水处理工艺中滤膜的化学结垢堵塞及其应对方法概述 5页

第25卷第2期污染防治技术VoI．25．No．22012年4月POLLUTIONCONTROLTECHN0LOGYApr．，2012水处理工艺中滤膜的化学结垢堵塞及其应对方法概述芮祥军。严慧雯(句容市环境保护局，江苏句容212400)摘要：文中首先介绍应用于水处理工艺中的滤膜类型，然后讨论在滤膜表面形成化学结垢堵塞的机制及其影响因素，最后提出了应对滤膜结垢堵塞的方法。关键词：水处理工艺；滤膜；滤膜化学结垢堵塞；应对方法中图分类号：X505文献标识码：AAnOverviewonChemicalFoulingofMembranesinWaterTreatmentProcessandtheMeasuresofCopingRUIXiang—jan，YANHui—wen(EnvironmentProtectionBureauofJurong，Jurong，Jiangsu212400，China)Abstract：Thetypesofmembraneusedinwatertreatmentprocessareintroducedatfirst．Thenthemechanismsofchemicalfoulingofmembranesandthefactorsofaffectingthefoulingonmenbranesarediscussed．Themeasuresofcopingwiththefoulingarepresentedfinally．Keywords：watertreatmentprocess；membrane；chemicalfoulingofmenbrane；measuresofcoping前言膜技术应用领域中的突出问题，是水处理领域中制膜技术被广泛应用于水处理和其它多种分离约膜技术应用的一个主要因素。因此，迫切需要研领域，涵盖了多种不同复杂程度的分离过程。在大究膜的结垢堵塞现象，只有针对其产生原因和条件多数情况下，膜技术的应用十分高效，无需添加化采取相应的措施，才能有效的减少和控制滤膜的结学物，并且是相对低能耗和较为完善的工艺。垢堵塞。近几年来，为寻求消除或缓解滤膜的化学目前，市场上有不同孑L径的滤膜，每种滤膜适结垢堵塞的影响，提高水的净化效能，滤膜修复和用于特定的需求。根据孔径的大小，膜可以被分为膜添加剂的技术研究得到了迅速的发展。四种类型：微滤膜(膜孑L径范围0．1—1m)，超滤滤膜的结垢堵塞是指滤膜表面或膜孔内部杂膜(膜孑L径范围0．001—0．1m)，纳米滤膜(膜孔质微粒的积聚，从而降低了滤膜的渗透或过滤效能径范围0．001～0．O1m)和可逆渗透膜(膜孔径范和使用寿命。衡量滤膜结垢的途径有两个方面，即围<0．0001m)。流速(L·m一·h)和跨膜压力，后者是指从滤众所周知，在膜技术应用过程中膜孑L径越小，膜的注入一端到过滤一端的平均压力。当发生膜需要的压力越高。由此，膜又可以被分为：低压膜结垢时，随着流速的降低，就必须提高跨膜压力，从而消耗更多的能量，滤膜的渗滤能力也就(微滤膜和超滤膜)和高压膜(纳米滤膜和可逆渗透膜)。对于低压膜来说，操作压范围一般从降低。文中旨在扼要综述滤膜的化学结垢堵塞现象0．2～5个标准大气压，而高压膜则需要5个标准大气压以上才能有效的工作。膜过滤的原理可见收稿日期：2012—03—02图1。作者简介：芮祥军(1968一)，男，江苏句容人，工程师，大学本由于膜孑L径很小，滤膜的化学结垢堵塞已成为科，主要从事环境管理研究工作。\n·30·芮祥军．水处理工艺中滤膜的化学结垢堵塞及其应对方法概述第25卷第2期及其类型，发生机理，影响滤膜结垢堵塞因素，以及吸附作用和生物结垢(生物膜的形成)。可以消除或缓解滤膜结垢堵塞的方法。3．1．1有机物的吸附一般来说，天然水体或废水中，由于较低的Ka值，有机物通常带有负电荷，而滤膜表面通常为电中性，从而增加了有机物与膜之间的吸附作用。一旦有机物吸附在滤膜表面，就增加了滤膜的有效表面积从而能吸附更多的有机物沉积在滤膜表面’(见图2)。压力(△D)图1膜过滤原理示意图Fig．1Schematicdrawingillustratingtheprincipleofmembraneefihration2滤膜化学结垢堵塞的类型：可逆和不可逆的滤膜结垢堵塞图2有机物吸附在膜表面2．1可逆的滤膜结垢堵塞Fig．2Organicmatteradsorbedontothemembranesu~ace可逆的滤膜结垢是指可以通过机械清除、反冲洗或其它除垢方法去除的滤膜结垢。例如：当原水中的化学微粒粒径和膜孔径相同，微粒很容易3．1．2生物结垢(生物膜的形成)微生物是水进入膜孔并沉积其中，这种结垢可以通过加压反冲中的另一类有机物质，包括细菌、病毒和其它微型洗来消除。生物体。这些生物非常活跃并且繁殖力极强。一2．2不可逆的滤膜结垢堵塞旦它们接触到滤膜表面，借着水中的营养物质，可不可逆的滤膜结垢是指不能被消除、对滤膜造以在滤膜表面停留并生长，形成生物膜(见图成永久性损害的化学结垢。膜结垢可能是由膜本3)。在污水／废水的生物处理中，生物膜可发挥重身和原水中的物质相互反应形成的，也有可能是由要作用。然而，当膜技术应用于水处理时，生物膜于滤膜表面生物膜的形成。经反冲洗后，滤膜的渗的形成对滤膜应用来说，会损害滤膜并导致不可逆透率降低，可视为不可逆滤膜结垢。这类结垢通常结垢堵塞。需要更换滤膜设备，从而使膜技术的应用需要更大3．2无机物结垢堵塞的资金投入。除了有机化合物会导致滤膜结垢以外，一些无有时也可以通过颗粒与滤膜表面的粘合力增机物也会在滤膜上产生结垢从而降低滤膜的效能。加，使可逆结垢转化成不可逆结垢。无机物结垢的产生机制主要是滤膜表面吸附和膜孔堵塞。Ca“3滤膜化学结垢堵塞机理、Al和si2+等二价的金属离子都会导致3．1有机物结垢堵塞：有机物的吸附和生物膜膜结垢。这些金属离子先与CO一、SO一、甚至有形成时与OH一相互作用，形成难溶的沉淀物CaCO，等，原水中的有机物(OM)一般具有较大分子量，并沉积在膜表面或堵塞膜孔。随着这些沉淀物的并有复杂的功能基团和较高疏水性基团。废水中积聚，形成滤膜结垢并最终导致滤膜能效降低。会有更多有机物，称作出水有机结垢物(EfOM)，其分子量甚至更大，并拥有更为复杂的结构。有4影响滤膜化学结垢堵塞的因素机物会导致滤膜结垢，其产生机制是由于有机物的影响滤膜结垢的因素可分为三类。\n2012年4月芮祥军．水处理工艺中滤膜的化学结垢堵塞及其应对方法概述温度变化主要引起无机沉淀物溶解度的变化。以下是在一定温度下，特定化合物实际溶解度的计算公式。=一[÷一]K：温度为T时的溶解度常数K=温度为25℃时的溶解度常数AH。=随溶解产生的热焓值变化R=普适气体常数T=温度(。K)T=已知溶解度的温度(298．150。K)溶解度的变化依赖于热焓值。由于多数金属图3滤膜表面生物结垢(生物膜的形成)离子具有负热焓值，这就意味着当温度升高时，溶Fig．3Biofouling(Biofilmformation)解度也会随之上升，从而可减少由无机化合物引发onmembranesurface的滤膜结垢堵塞。4．3操作压力的影响(1)滤膜特性：膜孑L径及其分布、滤膜疏水性4．3．1操作压力对有机化学结垢的影响一般对和滤膜材料；不同类型的滤膜应选择不同的操作压。对于有相(2)原水(进水)的特性：化学组分、浓度和颗对较大孔径的微滤膜和超滤膜来说，需要使用低压粒物大小分布；时，膜表面可以看到较薄的一层生物膜(见图4)。(3)工艺条件：pH、温度、流速和操作压。但是对于具有较小膜孔的纳米滤膜和可逆渗透膜滤膜特性通常是特定的，取决于滤膜材料及其系统来说，在较高压力的情况下，形成的生物膜比制造工艺，原水的性质也是既定的。文中在此对前低压滤膜表面形成的生物膜要厚近3倍(见图5)。两类因素不作讨论，仅叙述工艺条件因素对滤膜结这就是高压膜比低压膜更容易产生结垢的原因。垢包括有机结垢和无机结垢的影响。4．1pH的影响原水的pH是影响滤膜结垢堵塞的首要因素。由于有机物带负电荷，它们更容易形成较大分子群体。当pH值降低时有机物会质子化，变成更小的颗粒，从而增加了这些有机物的电荷密度和有效表面积。同时，由于较低的pH值，膜的扩散双电层(DDL)开始压缩，滤膜与有机化合物或无机化合物的拒斥力变弱，使滤膜结垢更为严重。此外，pH值会影响无机化合物在水中的溶解度。水中大多数化学沉淀是正电荷金属离子，一般图4低压滤膜表面生物结垢(生物膜形成)图在pH值较低的情况下(pH<6)，这些金属离子在Fig．4Biofouling(Biofim)onlowpressuremembrane水中的溶解度很大。同时由于CO；一的pKa值约为10．5，因而可以忽略CO；一的浓度。由于CO；一4．3．2操作压力对无机化学结垢的影响操作的浓度低，只有极少沉淀形成，所以滤膜表面的无压力也会影响无机物的溶解度。对于低压膜而言，机化学结垢是微不足道的。其影响较小，可忽略不计。但对于诸如纳米滤膜和4．2温度的影响可逆渗透膜一类的高压膜而言，操作压力对于无机温度对有机化学结垢的影响非常小并较难测物溶解度的影响十分显著。量，因此文中只讨论温度对无机化合物结垢的影响。\n芮祥军．水处理工艺中滤膜的化学结垢堵塞及其应对方法概述第25卷第2期图6钙的配位和桥联图5高压滤膜生物结垢(生物膜形成)图Fig．6CalciumcomplexationandbridingFig．5Biofouling(Biofim)onhighpressuremembrane对于非居民饮用水系统来说，可通过使用阻凝下列公式可以用来计算由操作压力的变化导剂来避免碳酸钙和硫酸钙沉淀的形成。这些阻凝致无机物溶解度的变化。剂通过筒式过滤器直接加入原水中，剂量取决于对例如，对于可逆渗透膜而言，当操作压达到27原水的分析，但一般为2—5mg／L。arm时，CaCO的溶解度会增加7．4％，从而减少潜5．2分散剂注入法在的化学结垢。对于悬浮物或者胶状物来说，可在给水中注入=一P。]分散剂。通常分散剂的使用剂量为10mg／L，分散剂能避免悬浮固体凝结或从膜表面脱落。K=压力P下的溶解度常数5．3酸注入法K=1atm下的溶解度常数调节给水的pH值是另一种控制碳酸钙沉淀AV。：随着增溶作用发生的容积变化的方法。通过酸注入法来降低给水的pH值，其直R=普适气体常数接的效果是将碳酸氢盐碱度转化成二氧化碳，从而T=温度(。K)避免碳酸钙的形成。由于从操作方法以及安全性4．4离子强度的影响考虑，酸注入法不宜用于居民或小的商业水处理4．4．1离子强度对有机化学结垢的影响许多研系统。究表明，随着离子强度的增加，滤膜结垢也会增加。5．4降低滤膜回复率在较高离子强度情况下，由于双电层收缩，有膜回复率是指过滤后的流量与进水流量的比机物与膜之间的电荷会降低，减少有机物内部和有率。增加进水流量会降低滤膜回复率。低回复率机物与膜表面间的静电拒斥力，从而会增加有机物会降低可逆渗透系统中所有物质的浓度。在膜上的沉积和浓度极化，滤膜结垢层随之变厚。5．5滤膜清洗这种结垢层给通过膜的滤源带来了额外的水力阻即使对渗滤系统采取所有的预防措施，一些滤力，并导致流量减少。Ca在生物结垢中也扮演膜仍会产生结垢堵塞。膜清洗可以提高滤膜的效着重要的角色，有机物和生物膜表面的CO0一会吸能。可以使用膜生产商提供的清洁液来清洗滤膜，引ca“，从而在它们之间形成钙离子桥，产生桥联但清洗净化可逆渗透系统所使用的滤膜需要付出作用(见图6)。所以当ca的浓度较高时，更容较高代价。易形成生物膜。4．4，2离子强度对无机物结垢的影响较高离子[参考文献]强度会增加滤膜无机物结垢，这显然是由于具有较[1]R．Baker．MembraneTechnologyandApplications[M]．2nd高浓度的Ca“、si“、A1“所致。当I>0．8M时，二Edition．JohnWiley＆SonsInc．2004．[2]M．Mulder．BasicPrinciplesofMembraneTechnology[M]．价电解质溶解度开始降低。KluwerAcademicPublisher，Dordecht／Boston／London1996．[3]YanZhao，LianfaSongandSayLeongOng，FoulingofRO5消除或缓解滤膜结垢堵塞的方法MembranesbyEfOM：RelatingMajorcomponentsofEfOMto5．1阻凝剂注入法TheirCharacteristicFoulingBehaviors[J]．JournalofMem-braneScience2010．349：75—82．\n2012年4月芮祥军．水处理工艺中滤膜的化学结垢堵塞及其应对方法概述·33·[4]MichelleChapmanWilbert．EnhancementofmembraneFoulingMFMembranesPresentation[J]．DepartmentofChemicalEngi-ResistanceThroughSurfaceModification[J]．WaterTreatmentneering，EnvironmentMEngineeringProgram，YaleUniversity，TechnologyProgramReportNo．22，USDepartmentoftheinte—2001，6．rior，1997，3．[8]HongtaoZhu，XianghuaWen，XiaHuang．MembraneOrganic[5]ChalorJarusutthirak．GaryAmyandJean—PhilippeCroue，FoulingandtheEffectofPre—ozonationinMicrofihrationofFoalingcharacteristicsofwastewaterEfOMisolatesonNFandSecondaryEffluentOrganicMatter[J]．JournalofMembraneUFmembranes[J]．Desalination，2002，145：247—255．Science，2010，352：213—221．[6]In—SoungChang．PierreLeClech．BruceJeffersonandSimon[9]QilinLiMenachemElimeleth．OrganicFoulingandChemicalJudd，MembranefoulinginMembraneBioreactorsforCleaningofNanofihrationMembranes：MeasurementsandWastewaterTreatment[J]．JournalofEnvironmentalEngineer-Mechanisms[J]．Environ，Sci．Techno1．2004，28：4683ing，Nov2002，1018—1029．—．4693MenachemElimeleth，NaturalorganicMatter(NOM)Foulingof(上转第l5页)矿山废弃物排放减量化、管理利用资源化、处理存4．2．4搞好综合开发将土地复垦与生态环境建放无害化、采矿与矿山环境恢复治理同步化、矿山设结合起来，统筹规划，综合开发。根据沛县矿井生产文明化。在采煤矿区要逐步形成煤矿开采的和采煤塌陷地分布情况，做好预测和综合开发总体循环经济区。规划，制定土地复垦年度计划；在采煤塌陷地复垦4．3．3坚持预防为主，标本兼治的原则建立中，注重生态环境保护，根据水资源紧缺的实际，合采煤塌陷地的地面塌陷灾害预警预报机制，对采煤理保留采煤塌陷地形成的水面，建成水利配套工塌陷地早圈定、区内的居民早搬迁，将塌陷损失减程，既可发挥其蓄水抗旱、调节气候作用，又能发展少到最低程度。建立矿区地面沉降GIS监测网，加水产养殖业；力求通过复垦整理，增加耕地、林地和强对煤矿区地面沉降的监测和预防。综合治理已建设用地，因地制宜把采煤塌陷地开发成农业区塌陷地区，加大复垦工作力度，积极安置塌陷区群等，提高土地利用价值和利用率。众的生产和生活。将矿区采煤与村庄搬迁和中心4．3技术建议村(小城镇)建设相结合，统筹考虑，总体规划，优4．3．1进行科学规划专门聘请专家对全县的塌化方案，合理有序搬迁促进小城镇建设，达到政府陷地治理进行总体规划。规划既要处理好近期规一农民一企业三赢。划与长远规划、局部治理与总体布局的关系，也要【参考文献】考虑塌陷区的自然资源和社会发展的需要。4．3．2因地制宜、加快绿色矿山建设实施生态[1]王巧妮，陈新生，张智光．我国采煤塌陷地复垦的现状、问题和原因分析[J]．能源环境保护，2008，05．矿业工程，实现开发利用方案设计、采场开采、矿石[2]沛县采煤塌陷地调查报告[R]．运输、废石综合利用和环境绿化全过程精细化综合[3]周兴东，高卫东，尹文忠．徐州沛县采煤塌陷地复垦与综合治管理，对全县新建和在采矿山，严格执行矿山准入理方法和经验[J]．煤炭工程，2003，10．制度，积极推进和实现矿产资源开发利用合理化、·动态与简讯·真皮皮包如何收藏真皮皮包不用时，最好置于棉布袋中保存，不要放人塑料袋里，因为塑料袋内空气不流通，会使皮革过干而受损。鹿皮、反毛皮等绒面的皮包在收藏前，最好使用柔软的动物毛刷将皮面清除干净，如污染较严重时，可试以橡皮轻轻向四方均匀推散除去污垢；漆皮容易产生裂痕，使用时必须特别小心，平常只要用手绢般的柔软布来擦拭就可以了；如果出现裂痕，可以用布蘸一点专用的油脂，然后再轻轻地擦拭。过季要收藏的皮包，在收藏前得先清洁其皮面，且皮包内要放入干净碎纸团或棉衫，以保持皮包的形状，但避免与樟脑丸或其他有味道的东西放在一起。真皮皮包不慎淋到雨水时，忌用火烘烤或直接晒于大太阳底下，而宜放置于阴凉处风干，否则皮包会变形；产生皱痕时，宜将熨斗设定成毛料温度并隔布烫平；产生斑渍黑点时，宜以同色皮料蘸酒精轻拭；染上了饮料时，宜立即用干净布或海绵将之吸干，再用湿布擦抹让其自然干，忌用吹风吹干。园丁