动态膜处理污水性能的研究

上海理工大学学报.第27卷第4期J. University of Shanghai for Science and TechnologyVol.27 No.4 2005文章编号:1007 - 6735(2005)04 - 0323 -04动态膜处理污水性能的研究李俊，李方，卓琳云，奚旦立(东华大学环境科学与工程学院，上海200051) .摘要:研究了在陶瓷管载体内壁制成高岭土动态膜及动态膜对城市二级出水的过滤性能、动态膜的清洗和再生方法.实验中采用错流操作方式处理二级出水.结果表明,涂膜液中高岭土质量浓度在0.3-0.7g/L、涂制时间在10~37 min时,成膜的水处理性能差别不大;跨膜压差对过滤有一定影响,当0.1~0.3 MPa时,滤出液通量基本相同,但明显低于0.4 MPa时滤出液通量;错流速度对过滤影响显著,速度愈大则滤出液通量愈大,错流速度在1~2 m/s时出水通量比较稳定.动态膜对浊度的去除率基本上为100%,对COD(化学需氧量)去除率约为40%.关键词:高岭土;动态膜;错流过滤;二级出水中图分类号: TQ 028.8文献标识码: AStudy on the performance of dynamic membranefor wastewater treatmentUJun，LI Fang，ZHUO Lin-yun，XI Dan-li( Institute of Environment Science and Engineering , Donghua University, Shanghai 200051 , China)Abstract: The performances of kaolin dynamic membrane,formed on the inner wall of a ceramic tubefor the filtration of secondary effluent from domestic wastewater treatmient plant are studied, and itscleaning and regeneration methods are investingated. It shows that the membrane gives almost thesame characters when the concentration of kaolin is between 0.3 to 0.7 g/L, and the deposit time be-tween 10 to 37 minutes. The transmembrane pressure and especially the crossflow velocity have impor-tant effects on the filtration processes. Dynamic membrane can be used effectively with turbidity re-moval rate nearly 100 %，and COD removal rate about 40 % . Cleaning and regeneration of the dynamicmembrane are very convenient if necessary .Key words: kaolin ; dymamic membrane ; crossflow filtration ; secondary effluent膜分离技术已普遍用于化工、轻工、环境工程、染技术在 20世纪80年代开始有研究报道,随着膜电子及食品等领域.对于超滤和微滤过程,污染是影技术的推广应用,近年来动态膜的研究报道增多.动.响过程可靠性的决定性因素,开发廉价、抗污染技术态膜是在一定条件下含有某种固体颗粒悬浮物或胶非常必要.动态膜作为一种超滤和微滤分离膜抗污体的溶中国煤化工表面形成的具有HCNMHG收稿日期: 2004- 11-26基金项目:上海市科委重点科技攻关项目(012312032)作者简介:李俊(1964- ),男,博士后.324上海理工大学学报2005年第27卷分离性能的滤饼层或膜.动态膜可用于反渗透、渗透2结果与讨论汽化、纳滤、超滤和微滤等[1-5]分离过程,并具有制备过程简单、膜原料丰富、渗透通量高及易清洗再生2.1影响动态膜过滤性能的因素等优点.文献[1]研究了MnO2动态膜的制备及其分2.1.1 涂膜时间离性能,得出了有意义的结果;文献[3]报道了右旋首先制备动态膜,制膜时跨膜压差为0.2MPa,糖苷-锆复合动态膜对蛋白质血色素溶液的浓缩特膜管内流体的错流速度0.5 m/s,涂膜液中高岭土性,结果表明,动态膜能100%截留血色素;文献[4]颗粒质量浓度为0.3 g/L,涂制时间如图1中所示.报道了聚乙烯醇超滤动态膜的抗污染特性;文献[5]用制备的动态膜对城市污水厂二级出水进行过滤，研究了微网生物动态膜的过滤性能和截留分离性过滤操作时跨膜压差为0.2 MPa,错流速度1 m/s.能,所形成的动态膜能完全截留污泥絮体,对溶解性通过对涂膜过程中出水通量的测量可知,前10 min有机物也有一定的截留效果.研究表明,动态膜不仅左右,渗透液通量迅速减小,之后,渗透液通量继续可用作超滤、微滤等膜的抗污染改性技术,而且有希减小，但衰减速度显著变小,这说明10 min左右即望成为有价值的分离膜.本文以陶瓷管为载体制备可形成比较稳定的动态膜.从图1可以看出,不同涂了高龄土动态膜,研究了高岭土动态膜对城市污水膜时间所制备的动态膜处理二级出水时出水通量变厂二级出水的处理效果,并考查了动态膜的清洗再.化很相似,即前40min左右通量减小较快,此后则生方式.显著趋缓.产生这--现象可能是因为过滤过程初期1实验材料 、装置及方法二级出水中的污染物较多地进人动态膜的微孔,通过架桥、吸附及其他作用力附着于微孔中使膜孔变1.1 材料及污水小或形成部分堵塞;另外,由于错流冲刷作用，污染动态膜载体为a- Al2O3陶瓷膜管,内径9 cm,物不易在膜面沉积,从而使过滤初期渗透液通量迅外径13 cm,长度40 cm,空隙率36%,孔径1~ 3速减小,过滤后期渗透液通量变化很小.不同涂膜时μm.膜组件由圆简形陶瓷膜管和膜管外不锈钢筒构间可能导致成膜厚度的差异,但从本实验的结果来成.动态膜材料为高岭土,粒度由Beckman Coulter看,不同涂膜时间制备的动态膜处理二级出水时,渗. Ls 13- 320粒度分析仪分析,平均粒径0.13 pμm(体透液通量及其变化趋势比较接近,说明本实验条件积平均粒径2 μm),最小粒径约为0. 04 pm,最大粒下涂膜时间的差异并不会引起动态膜对二级出水过径10pm.污水为.上海市天山污水处理厂二级出水，滤性能的明显影响.其特征指标:COD为120~ 150 mg/L,浊度为20 ~1000s100 mg/L,pH为7~8.10 min●30 min1.2 工艺过程及分析方法00 t制膜操作中将配制好的涂膜液加入料液罐,涂膜液经泵加压和流量计计量后进人膜组件中的陶瓷膜0 50 100 !50 200 250管内,经过--定时间后,在陶瓷膜管内壁便形成动态膜.处理二级出水时,将二级出水加到料液罐,经泵加图1涂膜时间对处理出水通量的影响Fig.1 Relationship between filtrate flux and filtration压和流量计计量后进入膜组件中陶瓷膜管内,渗透液time at different deposited time由电子天平实时称量,并据此计算渗透液通量.实验中所制备的动态膜的表观形貌采用扫描电2.1.2涂膜液浓度镜进行观察.利用制备的动态膜处理城市污水厂二制备动态膜时,跨膜压差Op为0.2 MPa,膜管级出水，以考查动态膜的性能.实验中主要研究了涂内流惟花十“，各浓度下涂膜时膜时间t、涂膜液浓度、错流速度及跨膜压差对渗透间均YH中国:膜液质量浓度0.0液通量J.COD去除率和浊度去除率及其随时间变g/LCNMHG_级出水的实验结化关系的影响. COD用微波消解法测定,浊度由分果.比较基膜和动态膜处理二级出水的结果可知,基光光度法测定.膜直接处理二级出水时最初阶段渗透液通量下降最第4期李俊,等:动态膜处理污水性能的研究325快,然后达到稳定状态,稳态通量较小，且出水水质污染，使过滤过程能较长时间稳定地进行.从图4可略差(COD和浊度略大).不同浓度涂膜液制备的动.知，各错流速度下过滤二级出水时,经过30~40min态膜处理二级出水时,渗透液通量变化规律相似,过过滤操作,渗透液通量趋于稳定,错流速度愈大则稳滤初期约40 min 通量下降较快,后期通量较为稳.定通量愈大.过滤操作前30~40min,二级出水中的定,涂膜液质量浓度为0.3g/L和0.7g/L时所制污染物因吸附架桥及其他作用而滞留于动态膜的微得的动态膜过滤后期通量更稳定,且通量较大.动态孔中,使动态膜孔道变小或形成部分堵塞,引起滤液膜处理二级出水时出水浊度基本上为零,即浊度去.通量迅速下降.在本实验条件下,错流速度在1,1.55,除率均为100%,COD去除率一般不低于40%,波2.0m/s时渗透通量较为稳定.实验过程发现,错流速动略大.这一实验结果表明,本实验条件下涂膜液质度超过2.2m/s后,动态膜出现部分脱落,从而影响量浓度为0.3g/L和0.7 g/L时,10 min即可制得过滤操作的稳定性.从出水水质可知(见图5),在各错性能良好的动态膜,这种动态膜对浊度去除率可稳流速度下,动态膜对浊度的去除率稳定地保持在定在100% ,对COD也有一定的去除率.100% ,对COD的去除也能起到一定的作用.1000;1 500E 0p= 0.2 MPa; 1m/s1 0000p=0.2 MPa: 1.0m/s.1.55m/s. 2.0m/s↓ii00 t10 550 100150200250t/ min04080，.120160200图2不同高岭土质量浓度涂制的膜处理二级出水通量随时间的变化图4不同错流速度下通量随时间的变化Fig.2 Relationship between filtrate flux and filtrationFig.4 Filtrate flux withrespect to time at differnttime at different kaolin levelcrossflow velocity107100无动志膜有动志腾808 800F→-1.55 m/s+80册600H+二2.0 m/s- 60K440州40--40H8 20Ap= 0.2 MPa- 200p= 0.2 MPa20君v=Im/s50100150 200250」0t1 min30 120 160 200图3不同高岭土质量浓度涂制的膜处理二级出水图5不同错流速度下浊度及COD随时间的变化COD及浊度去除率随时间的变化Fig. 5 Relationship between COD and filtration timeFig.3 Relationship between COD and filtration time atat different crossflow velocitydifferent kaolin level2.1.4跨膜压差2.1.3错流速度 .在跨膜压差0.2 MPa,错流速度0.5 m/s,涂膜制备动态膜时,跨膜压差0.2MPa,错流速度液质量浓度0.3 g/L的条件下,经10 min涂膜制备0.5 m/s, 涂膜液质量浓度0.3 g/L,涂膜时间10出动态卡,错流速度1 m/min.用动态膜处理二级出水,跨膜压差0.2MPa,实s,在不M中国煤化工:的实验结果如图验结果如图4和图5所示.错流过滤时,由于流体对6(见下1cNMHG膜压差是过滤过动态膜面的持续剪切作用,污染物较难在膜面沉积程的推动力，压差愈大则过滤推动力也愈大,但污染滞留,从而可保证在动态膜过滤过程中不会被严重物也愈容 易进人膜孔,使过滤阻力变大.从图6的实326上海理工大学学报2005年第27卷验结果可知,各压差下渗透液通量变化趋势基本相操作中,经反冲洗后基膜性能可恢复约80% ;在第4似,过滤操作前30~ 40 min,由于污染物进人动态~5次循环操作中,经反冲洗后,基膜性能恢复50%膜微孔，使孔道变小或形成部分堵塞,导致通量迅速~60% ;在第6次循环操作中,反冲洗后,再用100下降;约40min后污染物对膜孔的堵塞阶段基本完.mol/m3的NaOH和100 mol/m3 HCI水溶液先后洗成，污物很少进人孔道，滤液通量基本保持稳定.在涤30min,基膜性能恢复90%以上.本实验条件下,跨膜压差为0.1,0.2,0.3 MPa时稳3结论定后渗透液通量基本相同,在0.4 MPa下稳定通量略大.从出水水质来看(见图7),在4个跨膜压差下以陶瓷管为基膜的高岭土动态膜能够对城市污过滤二级出水时，动态膜对浊度去除率基本上为水厂二级出水进行较为有效的处理,在本实验条件100% ,对COD去除率有所波动,但也基本上保持在下,动态膜对二级出水浊度去除率为100%,对COD40%左右.去除率约为40%.与基膜相比,动态膜可以提高对浊度及COD的去除率,且过滤过程中渗透液通量较为稳定,通量也较大.、1000v=im/s当错流速度为0.5 m/s,跨膜压差为0.2 MPa,除膜液中高岭土质量浓度为0.3~0.5 g/L时,10 min100即可制得过滤性能稳定的动态膜.过滤过程中跨膜压差对渗透液通量及渗透液水质有一-定影响,尤其在跨10040 80 ,120 160 200膜压差为0.4 MPa时，渗透液通量明显高于压差为t/ min0.1~0.3MPa时的通量.错流速度对滤液通量影响图6不同跨膜玉差下通量随时间的变化较显著,滤液通量随错流速度的增大而增大,错流速Fig.6 Filtrate flux with respect to time at度为1~2m/s时,渗透液通量较稳定.different transmembrane pressure动态膜的清洗再生操作方便,用自来水冲洗然后涂膜10min即可使动态膜性能基本恢复;若经过! 100多次清洗再生循环后膜的性能恢复较差,反冲洗后80用NaOH和HCI水溶液依次冲洗后再涂膜,动态膜60的过滤性能就可以基本恢复.”州40菜. 0.1 MPa参考文献:20-- 0.2MPa-20员- 0.3 MPav=lm/s-●←0.1 MPa_a[1] Cai Bang -xiao, Ye Hailin,Li Yu. 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