超滤处理中预处理对净水效能及膜污染的影响

发布时间：2020-09-03 09:59

　　近年来,废纸消费量逐年增加,二次纤维占造纸用浆的比例逐年提高,然而,如何处理大量产生的二次纤维造纸废水,使其能够实现深度处理和回用,已成为目前制浆造纸工业亟待解决的难题。膜处理技术由于具有优良的截留性能、操作简便等优点受到人们广泛关注,但严重的膜污染限制了膜技术在水处理领域的大规模应用。采用合适的预处理技术不仅能够提高超滤的净水效能,还能对膜污染进行有效的控制,降低膜工艺的运营维护成本,延长膜的使用寿命。本论文分别采用混凝和芬顿作为膜前预处理,系统地考察了预处理方式对超滤净水效能及膜污染的影响,并对其膜污染影响机理进行探讨。论文首先以广东某造纸企业的二次纤维造纸二级生物处理出水为研究对象,采用田口设计方法分别优化混凝预处理和芬顿预处理,从化学需氧量(COD)去除率、色度去除率、总悬浮固体(TSS)去除率方面来确定混凝试剂、芬顿试剂的最佳投加量,优化预处理的运行工况。结果表明,混凝预处理的优化运行条件为:聚合氯化铝(PAC)投加量1000 mg/L,阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)投加量20 mg/L,pH 9,温度25°C。在此条件下,混凝后水样进行超滤处理,其出水的COD为95 mg/L,TSS为2 mg/L,色度为19 Units PtCo。芬顿预处理的优化运行条件为:FeSO_4投加量8 mg/L,H_2O_2投加量6 mg/L,pH 4.45,在此条件下,芬顿后水样进行超滤处理,其出水的COD为60 mg/L,TSS为0 mg/L,色度为12 Units PtCo。采用芬顿-超滤联合处理可实现二次纤维废水达标排放和深度回用。对不同预处理后水样超滤过程中的膜污染机制进行研究。对于所有水样,在超滤处理初始阶段,主要的污染机理为膜孔堵塞,包括完全孔堵塞、标准孔堵塞和中间孔堵塞,而在超滤处理后期,主要的膜污染机理为滤饼层过滤。相较于未经预处理的二级生物出水直接超滤处理过程,膜前预处理能缓解膜通量下降的速度,延缓膜污染机制从膜孔堵塞到滤饼层过滤的转换,减缓膜污染趋势。其中,相比于混凝预处理,芬顿预处理的延缓膜污染效果更好。同时,对不同处理前后水样中的有机物分子量的变化进行探究,结果表明,混凝预处理主要降低了水样中高分子量有机物含量,而对低分子有机物去除作用有限,而芬顿预处理能同时降低水样中高分子有机物和低分子有机物含量,更有效地降低超滤工艺段的进水污染负荷。此外,芬顿预处理减缓了膜表面由亲水性向疏水性转换的趋势,有效地降低了膜污染。最后,根据二次纤维废水超滤处理过程中的膜污染,对污染膜进行剪切力辅助膜清洗,评估了水清洗和化学清洗两种方式对超滤污染膜的清洗性能的影响,探究了搅拌速率、清洗温度对膜清洗效果的影响,并利用数据统计分析软件MINITAB进行二次多项回归拟合,优化水清洗和化学清洗过程,有效恢复超滤膜的膜通量。结果表明,水清洗过程的优化运行条件为:搅拌速率为400 rpm,清洗温度为35°C,此时通量恢复率为53.43%;化学清洗的优化运行条件为:清洗剂为次氯酸钠,搅拌速率为400 rpm,清洗温度为45°C,此时通量恢复率为78.57%。对于水清洗,搅拌速率是最重要的条件因素,而对于化学清洗,温度是最重要的条件因素,其次是搅拌速率。对清洗前后的膜表面进行表征,发现适宜的条件下次氯酸钠可有效去除沉积在膜表面的污染物,提高膜表面亲水性能,且未对膜结构造成破坏,是一种有效的化学清洗剂。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X793
【部分图文】：

示意图,膜分离过程,示意图

滤膜水处理技术离是一种新兴的分离、净化和浓缩技术，它具有环境友好、运行简单、无护方便等优点，能够实现废水的高层次回用，具有广阔的应用前景[7]。其种以超滤膜为分离介质，通过膜两侧的压力差达到分离产物目的的技术。分离离技术是一门系统科学，它集成了物理化学、有机化学、高分子材料科学化工机械、生物化工等多个学科的科学知识，是一门多科学交叉的科学[8利用选择性透过膜，在膜两侧施加推动力如压力差 p、浓度差 c、温度差φ 等，使样品一侧中的欲分离组分选择性地透过膜，以此来分离混合物中从而实现产物的提取、纯化、分级、浓缩或者富集等目的[9]，膜分离示意示。

路线图,路线,剪切力,超滤膜

华南理工大学硕士学位论文艺进行对比研究，探究预处理对膜污染的缓解机理。（3）剪切力辅助膜清洗过程探究对上述芬顿预处理-超滤工艺污染后的超滤膜进行清洗研究，探究剪切力辅助的水清洗和化学清洗对超滤膜的通量恢复情况，考察清洗剂类型、清洗温度及剪切力对清洗效果的影响，以及对比两种清洗方式的优劣。1.5.3 技术路线图本论文的技术路线图如图 1-2 所示。

流程图,废水处理工艺,流程,卡纸

材料膜采用的超滤膜为平板膜，膜材料为聚砜（Polysulfone, PSF），由山东有限公司提供，截留分子量为 5 kda，有效膜面积为 . × 103 2保护性甘油和抑菌剂，超滤膜在进行超滤实验前需在超纯水中充分水 2 L。源于广东省某造纸有限公司，该纸厂主要以二次纤维为原料进行生（包括牛卡纸、环保牛卡纸及白面牛卡纸）、高强瓦楞原纸以及涂布废水处理流程如图 2-1 所示。

【参考文献】