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新農(nóng)村微動力污水處理一體化設(shè)備
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國內(nèi)外關(guān)于有機(jī)物親疏水性對膜污染的影響研究數(shù)不勝數(shù)。A. W. Zularisam 等的研究表明，有機(jī)物的親疏水性與膜污染之間有很大關(guān)系。L. Fan等將有機(jī)物分離成強(qiáng)疏水性、弱疏水性、極性親水性和中性親水性有機(jī)物，并考察了其對膜污染的影響。實驗表明，中親水性有機(jī)物是造成膜污染的主要因素。Jixiang Yang 等的研究表明，引起膜污染的有機(jī)物主要是親水性有機(jī)物。但J. A. Nilson 等的研究卻得到相反的結(jié)果，研究中發(fā)現(xiàn)，疏水性有機(jī)物是引起膜污染的主要因素，而親水性有機(jī)物對膜通量的影響不大。Y. Chen 等研究認(rèn)為，引起膜通量快速下降的主要因素是大分子質(zhì)量疏水性有機(jī)物。
綜上所述，引起膜污染的主要原因是有機(jī)物，但是水中存在的鈣離子等無機(jī)離子能加速有機(jī)物對膜的污染，而懸浮物的存在能減緩有機(jī)物對膜的污染。因此要根據(jù)水中離子含量，綜合考慮各種成分的相互作用，確定引起膜污染的主要因素，提出具有針對性的方案恢復(fù)膜通量。
2 膜類型對膜污染的影響
膜技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵是篩選合適的膜材料，不同材料、結(jié)構(gòu)和孔徑的膜具有不同的處理效果、產(chǎn)水通量、產(chǎn)水水質(zhì)和使用壽命。膜材料的表面能、極性、荷電性、化學(xué)結(jié)構(gòu)、親疏水性等影響著膜污染。目前的膜材料主要是聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚砜、聚醚砜等。
A. Drews的研究表明，膜污染與超濾膜性質(zhì)尤其是膜表面親疏水性有很大關(guān)系。親水性好的膜材料抗污染能力強(qiáng)。R. H. Sedath 等通過添加陰離子、表面活性劑及表面氟化等方式提高膜表面親水性，使膜污染得到明顯降低。K. H. Choo 等通過含氟聚合物、聚砜及纖維素3 種不同的膜材料，研究吸附在膜表面的物質(zhì)的表面自由能的變化時發(fā)現(xiàn)，含氟聚合物的疏水性小并且造成的膜污染小。Guojun Zhang 等在研究聚偏氟乙烯、聚丙烯腈和聚砜超濾膜處理污泥樣品過程中的污染情況時發(fā)現(xiàn)，污染嚴(yán)重的是表面粗糙和疏水性強(qiáng)的聚砜膜。
孔徑分布窄的超濾膜的篩分作用較強(qiáng)，過濾性能優(yōu)異，隨著孔徑的增加，膜通量會迅速提高，但是孔隙率增大，膜內(nèi)吸附隨之增強(qiáng)，膜污染加劇。膜孔的曲折率越小，膜通量就會越大。金康鵬等通過研究發(fā)現(xiàn)，孔徑小的超濾膜容易形成濾餅層從而降低膜孔內(nèi)污染。由于污染物容易進(jìn)入到孔徑大的膜孔內(nèi)部引起內(nèi)孔污染，因此相對于孔徑小的超濾膜，孔徑大的超濾膜膜表面的污染物較少。
操作條件對膜污染的影響
超濾分離過程中操作壓差、操作時間、操作溫度、膜面流速等操作條件對超濾膜污染的影響不容忽視。適當(dāng)?shù)牟僮鲏毫?、較大的線流速能減緩濾餅層的形成，控制流體穩(wěn)定性和在次臨界流量條件下運行均可減緩膜污染。
1 操作壓差
Xianghua Zhen 等的研究表明，在超濾分離過程中，未受污染的膜，濃差極化作用可忽略，膜通量與壓力成正比;隨著過濾過程的進(jìn)行，膜表面濾餅層逐漸形成而引起膜污染，并且隨壓力的增大，膜通量的增加變慢。沈飛等的研究表明，在低于臨界壓力的條件下進(jìn)行超濾操作有利于減緩膜污染。因此超濾時，應(yīng)根據(jù)實驗臨界通量確定適宜的操作壓差，以降低膜污染的速率。
2 操作時間
在超濾分離過程中，隨著運行時間的延長，在濃差極化等作用下，膜表面會形成污染層并且堵塞膜孔，導(dǎo)致膜通量下降。因此需要根據(jù)水質(zhì)狀況、膜清洗狀況等因素來確定運行周期的長短。
3 操作溫度
趙立合等的研究表明，溫度變化會引起料液黏度改變，進(jìn)而影響膜通量。隨著溫度的升高，料液黏度下降，擴(kuò)散系數(shù)增加，從而降低了濃差極化的影響，有利于膜通量的增加。但是溫度升高也會改變料液的其他性質(zhì)，使料液中某些組分的溶解度下降，使污染加劇。研究表明，改變溫度會影響膜面以及膜孔與料液中污染物的相互作用，使膜通量發(fā)生改變。
4 膜面流速
H. Ma 等的研究表明，適當(dāng)?shù)哪っ媪魉倏墒鼓z層變薄，阻力下降，從而減小濃差極化的影響，使膜通量提高。當(dāng)膜面流速超過臨界值后，濃差極化作用顯著，剪切力增大，使得污染物變形而被擠入膜孔導(dǎo)致膜通量降低。改變料液的流動狀態(tài)有助于提高膜的分離效率，因此應(yīng)根據(jù)實際情況確定合適的膜面流速，有效地減弱濃差極化作用，提高膜的抗污染能力，從而提高膜分離效率同時延長膜的壽命。水質(zhì)基準(zhǔn)主要建立在對污染物的環(huán)境生態(tài)毒理學(xué)及水質(zhì)風(fēng)險評估的研究基礎(chǔ)上，應(yīng)該包含兩大類內(nèi)容，一是水質(zhì)生態(tài)基準(zhǔn)，二是水質(zhì)人體健康基準(zhǔn)。
水質(zhì)生態(tài)基準(zhǔn)就是指如藻、溞、魚、蝦、螺等水生態(tài)系統(tǒng)的生物生活在水環(huán)境中是否安全正常；水體中營養(yǎng)物是短缺還是過多；水底沉積物如底泥中污染物的毒性如何等。人體健康基準(zhǔn)一般包括人的感官、娛樂（游泳、劃船）用水是否健康安全，還有人體飲水或食用水生物是否存在短期或*的毒性風(fēng)險等。
新農(nóng)村微動力污水處理一體化設(shè)備超濾膜通常是指不對稱多孔膜，表面孔徑在20~50 nm，可截留分子質(zhì)量范圍較寬，從數(shù)千到數(shù)十萬u。一般認(rèn)為，超濾是一種篩孔分離過程，其中溶劑和小分子溶質(zhì)透過膜被收集，而大分子溶質(zhì)被膜截留成為濃縮液。超濾技術(shù)是一種低能耗、無相變的物理分離過程，它具有高效節(jié)能、無污染、操作方便和用途廣泛等優(yōu)點。目前，超濾膜不僅廣泛應(yīng)用于分離、濃縮、純化生物制品，提純醫(yī)藥制品和食品工業(yè)等領(lǐng)域，而且在飲用水處理、廢水處理、超純水制備以及血液處理中也發(fā)揮著巨大的作用。由于膜的截留作用，膜很容易受到污染，使膜的通透性下降，從而導(dǎo)致分離效率降低且影響膜的使用壽命。因此膜污染是制約超濾膜應(yīng)用的重要原因之一。筆者結(jié)合國內(nèi)外有關(guān)超濾膜污染的研究進(jìn)展對影響膜污染的因素進(jìn)行了綜述，并對今后超濾膜污染的研究方向進(jìn)行了探討。
1 引起膜污染的物質(zhì)
不同水中含有不同的污染性物質(zhì)，因此其對膜的污染也有所差別。研究表明，引起膜污染的物質(zhì)主要有無機(jī)物、有機(jī)物、懸浮物和細(xì)菌等。
1.1 無機(jī)物
僅在無機(jī)離子的作用下，污染物對超濾膜的影響并不十分明顯，但由于分離液體的復(fù)雜性，當(dāng)其中存在有機(jī)物時，有機(jī)物和無機(jī)物之間的相互作用會對膜造成污染。研究發(fā)現(xiàn)，無機(jī)離子易被有機(jī)物聯(lián)結(jié)，使無機(jī)物以及有機(jī)物的形態(tài)發(fā)生變化，從而加劇膜污染。Y. J. Chang 等在用中空纖維超濾膜處理天然原水時發(fā)現(xiàn)，沉積在膜表面的物質(zhì)多為鋁、硅、鈣和鐵等物質(zhì)。其認(rèn)為溶解性有機(jī)物發(fā)揮了“黏合劑”的作用，將無機(jī)離子和膜表面連接起來。S. H.Yoon 等進(jìn)行了腐殖酸對納濾膜膜通量影響的研究，發(fā)現(xiàn)鈣離子存在下，可加快膜通量的下降。研究者認(rèn)為，腐殖酸首先吸附或沉積在膜表面，然后鈣離子將溶液和膜表面粘連，從而將溶液和膜表面的腐殖酸連接起來，加快了膜通量的下降。M. Kabsch-Korbutowicz 等在對含腐殖酸以及鈣鹽的溶液進(jìn)行超濾實驗時發(fā)現(xiàn)，增加鈣離子濃度，會使腐殖酸收縮并與金屬離子生成絡(luò)合體而阻塞膜孔。
1.2 懸浮物
懸浮物主要包括泥沙、黏土、大分子有機(jī)物、微生物、化學(xué)沉淀物、細(xì)菌等，懸浮物的粒徑大約為0.001~100 μm。超濾時，大的懸浮物會沉積在膜表面，較小的懸浮物顆粒則滯留在膜孔中，更小的懸浮物顆粒在通過膜后會對后續(xù)的反滲透進(jìn)一步造成影響。當(dāng)有機(jī)物與懸浮物質(zhì)混合時，其膜通量比只存在有機(jī)物時高，且隨著懸浮物的增加，膜通量下降的速度減緩，原因可能是懸浮物吸附了有機(jī)質(zhì)，減小了有機(jī)物與膜直接接觸的機(jī)會，從而降低了膜污染。
1.3 有機(jī)物
有機(jī)物是造成膜污染的主要原因，有機(jī)物的溶解性、親疏水性、分子質(zhì)量等對膜的污染都有影響。有關(guān)有機(jī)物的溶解性對膜污染的影響，國內(nèi)外已有廣泛的研究。F. Rogella的研究表明，溶解性有機(jī)物是造成超濾膜污染的關(guān)鍵因素，特別是腐殖酸類有機(jī)物通過膜孔內(nèi)部吸附以及膜表面攔截形成緊密的吸附層而使膜受到污染。C. F. Lin 等通過研究也發(fā)現(xiàn)，腐殖酸類有機(jī)物是超濾膜的主要污染物，并且其羧基含量與膜污染成正比。H. A. Mousa通過實驗研究發(fā)現(xiàn)，實驗初期腐殖酸首先在內(nèi)孔中吸附，而引起孔道阻塞，然后在膜表面吸附形成濾餅層。董秉直等在對黃浦江原水膜分離性能研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)濁度固定時，增加溶解性有機(jī)碳，會使膜過濾阻力迅速增加。
