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絮凝时间对混凝-超滤工艺的膜污染特性影响

2018-02-11 09:13来源:《北京工业大学学报》作者:李星等关键词:膜污染超滤膜水处理技术收藏点赞

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2.2 絮体粒径:根据Carman-Kozeny 公式 ,滤饼层阻力与絮体粒径、絮体二维分形维数有显著的相关性. 在混凝-超滤工艺中絮体粒径越大、结构越疏松,则滤饼层阻力越小. FI 值能够反映出混凝阶段的絮体变化规律,FI 值变化规律如图4 所示;混合阶段(小于30s)FI 值较小,这是由于水中颗粒物形成的微絮体的颗粒粒径很小 . 在混合和凝聚阶段完成后的0 ~300 s 内,FI 值迅速增大,此时微絮体形成了粒径较大的絮体,絮凝时间为280 s 时絮体FI 值达3. 03%的稳定值. Yu 等 测定的FI 值变化曲线表明,投加铝盐混凝剂后FI值迅速增大,在200 s 时FI 值达到稳定,与本试验结果相似. 由图4 可见,

絮凝时间对混凝-超滤工艺的膜污染特性影响

絮凝时间为0、5 min(对应于混凝时间的1. 5、6. 5 min)时,FI值分别为2. 24%、3. 01%,可见,絮凝反应初始阶段的絮体较小,没有达到相对平衡的状态,絮凝5 min以后絮体粒径已处于相对稳定状态.由图4 可知,絮体的FI在反应阶段有一个逐渐减小的趋势,说明随着絮凝时间的延长絮体粒径会出现缓慢减小的趋势,最终稳定的FI 为2. 68%.

2.3 絮体形态:采用二维分形维数对絮体的形态进行了表征.由图5 可知,

絮凝时间对混凝-超滤工艺的膜污染特性影响

絮体在絮凝反应0、5、10、15、20 min 时对应的二维分形维数分别为1. 88、1. 89、1. 70、1. 80和1. 79,絮凝时间为0 ~5 min 时的二维分形维数相近,反应时间为15 ~20 min 时的二维分形维数也很相近. 可见,二维分形维数总体上呈现先减小后增加的趋势,絮凝时间为10 min 时最小. 絮凝时间为15 ~20 min 时的二维分形维数虽有上升,但与0 ~5min 时的相比数值仍偏小. 李冬梅等用含沙高浊水进行试验的结果表明,絮凝反应时间为0 ~ 600 s过程中,二维分形维数先增加后减小,反应180 s 时最大,本试验的二维分形维数变化规律与之相似.

由FI 指数和二维分形维数的变化趋势可以看出,在絮凝反应阶段,絮体的形成过程经历了3 个阶段. 在第1 阶段,即0 ~5 min 絮凝初期,由微絮体聚集形成较密实的絮体过程,使得FI 快速增加,二维分形维数较大;在第2 阶段,即5 ~15 min 絮凝反应中期,密实絮体之间通过吸附架桥和网捕作用形成了结构松散的絮体,FI 指数基本不变,而二维分形维数则显著减小;在第3 阶段,即15 ~ 20 min 絮凝反应后期,絮体形态由松散态逐步向密实态过渡,使得FI 逐渐减小,二维分形维数重新增加. 因此,不同的混凝阶段的水进行超滤时,形成的滤饼层特性会有一定程度的差异. 一般认为 ,在混凝-超滤过程中,絮体粒径较大时滤饼层阻力较小. 二维分形维数较小时,絮体具有更大的孔隙率和更疏松的结构,形成的滤饼层透水性会更好,膜通量更高. 因此,絮凝10 min 是混凝-超滤组合工艺的最佳絮凝反应时间.

2.4 膜通量和膜阻力:

2. 4. 1 膜比通量变化比:通量是指瞬时通量与初始通量的比值,该可以用来描述膜污染的程度. 混凝剂投量为20 mg/L 时,超滤膜比通量随过样体积的变情况如图6所示.由图6 可知

絮凝时间对混凝-超滤工艺的膜污染特性影响

,原水直接超滤时膜比通量下降的最快,最终的膜比通量为0. 37. 经过絮凝反应后,膜比通量得到明显的改善,絮凝0、5、10、15、20 min 的膜比通量分别为0. 58、0. 69、0. 72、0. 69 和0. 70. 可见,絮凝时间对膜比通量有显著影响,随着絮凝时间的延长,膜比通量呈现先增加后减小再增加的趋势.絮凝时间为10 min 时的膜比通量最大,此时膜污染程度最小. 因此,优化絮凝时间能够缓解膜污染程度.

2. 4. 2 投药量过膜阻力的影响:混凝剂投量对膜总阻力的影响情况如图7 所示. 可见,不同的投药量条件下膜总阻力的分布规律不同;投药量在5 ~20 mg/ L 条件下,随着絮凝时间的增加,膜总阻力均在反应10 min 时达最小值,其中投药量为20 mg/ L 条件下膜总阻力达到最小值0. 38;但投药量为25 mg/ L,絮凝时间为10 min 时膜总阻力却达最大的0. 63,这可能是由于过量投药造成的. 由图7 可知

絮凝时间对混凝-超滤工艺的膜污染特性影响

,5 mg/ L 与15 ~ 20 mg/ L 投药量的膜总阻力有非常显著的差异,这是由于5 mg/ L 投药量过小造成的.

原标题:絮凝时间对混凝-超滤工艺的膜污染特性影响
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