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2 膜材料及膜孔径的选择
2.1 膜材料的选择
膜材料是膜技术的核心。污染物在膜上的吸附是由于膜、溶剂、污染物之间相互作用的结果,当然还与膜表面性质和膜孔径等因素有关。针对污染物的性质,选择合适的耐污染膜材料,可以有效地减少膜对污染物的吸附。
膜材料的选择主要是基于膜材料的亲疏水性、机械强度、荷电性能、耐化学清洗性能及表面粗糙度等指标。
污水体系中很多污染物都是带电荷的。金属氢氧化物胶体一般带正电,很多聚合物絮凝胶体带负电,正确判断污水中主要污染物的荷电性对选膜具有重要意义。如果超滤膜所带电荷与污水中的主要污染物所带电荷相同,由于排斥作用则将降低膜污染。此外,改变污水pH可以改变膜表面Zeta电位,因此,也可以通过调节污水pH来减缓膜污染。
对于膜材料亲疏水性能的选择,一般来说,亲水性的膜在水处理中具有更好的抗污染能力,这是由于水中的污染物大部分为疏水性物质。但是,由亲水材料制成的亲水膜化学稳定性稍差,pH使用范围较窄,而由像PVDF等疏水性高分子材料制成的疏水膜,因其化学性能更为稳定,机械强度高,而被广泛采用。为改进疏水膜的抗污染能力,膜厂家一般采用不同的化学改性方法,使原疏水膜改性为偏亲水膜。目前超滤采用的多为经过改性的亲水膜,亲水程度因各厂家改性方法的不同而不同。
2.2 膜孔径的选择
适宜孔径的膜对防止膜污染有重要作用,因此确定膜材料以后,还要选择适当的膜孔径。这就需要首先进行污水水质分析,确定污水中的主要污染物及其粒径分布,然后根据污水中的主要污染物粒径及其分布以及所要达到的截留率来选择膜孔径。
理论上讲,在保证能截留所需粒子或大分子溶质的前提下,应尽量选择孔径或截留分子质量大点的膜,以得到较高透水量。但研究发现,选用较大孔径的膜,尽管初始通量较大,但具有更高的污染速率,长时间透水量衰减得更快,易使孔堵塞导致膜污染。因此,膜孔径的选择应比截留物质的粒径要小,这样不仅可以获得好的处理效果,还可减少膜孔溶质吸附和堵塞造成的污染。但孔径越小,流体阻力越大,通量越小。
有研究报道,膜的截留分子质量(MWCO)应比待分离颗粒相对分子质量小一个数量级。当膜孔小于粒子或溶质的尺寸时,由于横切流作用,它们在膜表面很难停留聚集,不易堵孔。也有研究表明,膜孔堵塞主要和颗粒粒径与膜孔径的比值(dp /dm)有关;当dp /dm<2.4时,以颗粒物质在膜上形成的膜孔堵塞为主;而当2.4
3 结语
在膜法污水回用过程中,膜污染是一个不可避免的问题,也是阻碍膜技术应用的重点和难点。膜污染限制了膜的渗透通量,使膜的使用寿命缩短,造成膜分离性能下降和分离效率降低。影响膜污染的因素很多,它不仅与膜本身的特性有关,也与膜组件、系统操作条件等有关。
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