【实验证明】解决膜污染提高饮用水处理技术

由图  2可知，海藻酸钙溶液过滤通量与过滤压力成正相关关系.恒定压力下，随着过滤时间增加，海藻酸钙溶液过滤速度不断降低，主要是由于随着过滤的进行，膜表面形成阻力较大的污染层，污染层不断积累，过滤阻力也随之不断增大.形成的污染层是含水率较高的凝胶层.

天然水体中Ca2+并非单独存在，Fe(Ⅲ)在水体中会以离子和颗粒态存在，并且在水处理过程中，Fe(Ⅲ)常被作为絮凝剂投加到水体中，为了接近实际水体，应考察钙铁共存时，其与多糖结合后造成的膜污染情况.因此分别进行了存在不同比例Fe(Ⅲ)的海藻酸钙溶液恒压过滤实验，以研究Ca2+和Fe(Ⅲ)在以多糖为主的污染层所起的作用.Fe(Ⅲ)含量分别为Ca2+的1%、5%、10%、15%、20%、30%、50%、70%及100%.

在钙离子存在的情况下，加入1%的Fe(Ⅲ)，溶液过滤的速度仍然较慢，过滤后得到的凝胶层与海藻酸钙溶液类似，肉眼观察并无明显差别.逐步增大Fe(Ⅲ)的浓度，过滤速度变化不大，但可观察到污染层呈红棕色，且Fe(Ⅲ)浓度越大，污染层的红棕色越深，且可观察到污染层中存在铁颗粒，表明Fe(Ⅲ)的存在使凝胶层产生一定变化.当Fe(Ⅲ)浓度超过钙离子的50%时，溶液过滤速度有了明显的增大，污染层的下层是凝胶层，上层是絮体污染物.如图  3所示.

图 3 130 kPa压力下各溶液超滤V-t图(a)及局部放大V-t图(b)

当Fe(Ⅲ)的含量低于Ca2+浓度的50%时，Fe(Ⅲ)的存在对过滤速度影响不大，形成的污染层仍以结构紧密的凝胶层为主，凝胶层内含有Fe颗粒.但当Fe(Ⅲ)含量较高时，过滤速度有所增加.这主要是由于较大量的Fe(Ⅲ)会形成絮体，该絮体结构不及凝胶层紧密，破坏了凝胶层完整性，从而减少了过滤阻力.

4.2 含1% Fe(Ⅲ)的海藻酸钙凝胶层过滤特性分析

由上述分析可知，当Fe(Ⅲ)含量小于钙离子浓度的50%时，污染层仍是典型的凝胶层，可用Wang and  Waite(2008)的模型进行凝胶层的过滤特性分析.

下面以含1% Fe(Ⅲ)的凝胶层为例，对其特性进行分析.

根据公式：

积分可得：

因此，根据实验所得的时间与体积数据可得t/V-V关系图，如图 5所示，V与t/V为线性关系，并据此可得到αav值.

图 4 含1% Fe(Ⅲ)的海藻酸钙溶液超滤V-t关系图