CN111792742B - 一种多级协同过滤强化纳滤膜抗污染能力的方法 - Google Patents

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Abstract

一种多级协同过滤强化纳滤膜抗污染能力的方法，该方法可通过多级协同过滤而在纳滤膜表面形成生物聚合物吸附功能层有效防止膜孔堵塞，减缓纳滤膜污染；该方法不需要使用任何化学药剂对膜前水进行预处理，属绿色净水工艺，简单易行、亦可为新建采用膜法工艺分质供水的水厂提供借鉴和技术支撑。

Description

一种多级协同过滤强化纳滤膜抗污染能力的方法
技术领域
本发明属给水处理领域，特别涉及一种基于生物聚合物含量调控的多级协同过滤强化纳滤膜抗污染能力的方法。
背景技术
纳滤，亦称为低压反渗透，是一种介于超滤和反渗透之间的膜分离过程，可有效去除水中的微生物、有机物及部分金属离子等，同时还能适当保留对人体有益的矿物元素，被认为在饮用水净化领域具备广阔的应用前景。
提高纳滤膜系统运行效率、强化纳滤膜的抗污染能力已成为近年来给水处理领域的研究热点。相比纳滤膜的改性及新型膜材料研发制备，优化常规净水工艺流程是可最快进行工程化应用的改进方式。纳滤膜的进水中有机污染物的含量及其特性(如有机物的分子量)均显著影响着纳滤过程。在多数研究中认为将超滤单元与纳滤单元串联构成双膜法工艺会由于超滤截留了部分有机物而必然减缓纳滤膜的污染。然而，在我们最新的研究中发现：虽然超滤膜可截留全部颗粒物、微生物及绝大部分大分子生物聚合物，但造成纳滤膜膜孔堵塞的小分子有机物并未被超滤膜截留，从而导致了纳滤膜通量显著下降。
因此，开发能够提高纳滤膜抗污染性能的高效工艺过程是当前给水处理研究与工程实践中亟需进一步解决的难题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是针对给水处理中的纳滤单元过程，以提高其长期运行过程中抗污染能力为目标，提出了一种基于生物聚合物含量调控的多级协同过滤强化纳滤膜抗污染能力的方法；该方法简单易行、无需添加化学药剂，属绿色净水技术。
本发明的一种多级协同过滤强化纳滤膜抗污染能力方法的技术原理在于：将原水分别泵入过滤单元A和过滤单元B，通过调节上述两个过滤单元的产水量控制其混合比例，将混合后的水作为纳滤单元的进水，水中适宜含量的生物聚合物在膜表面形成吸附功能层保护纳滤膜，防止水中污染物造成膜孔堵塞。
本发明提供了一种多级协同过滤强化纳滤膜抗污染能力的方法，所述方法包括以下步骤：
使原水进入采用并联式运行的过滤单元A和过滤单元B；
使过滤单元A和过滤单元B的出水按混合比例分别进入调节水池，使调节水池中生物聚合物含量处于预设范围；
以调节水池中的水作为纳滤单元的进水，在纳滤膜表面形成生物聚合物吸附功能层防止纳滤膜膜孔堵塞。
优选的，所述的生物聚合物是指分子量为10kDa～200kDa的水中微生物代谢的大分子有机物。
优选的，所述的过滤单元A用于去除水中颗粒物及微生物，其出水中仍含有生物聚合物，包括但不限于砂滤和微滤单元。
优选的，所述的过滤单元B用于去除水中颗粒物、微生物及生物聚合物，其出水中仍含有分子量小于过滤单元B截留孔径的有机物，包括但不限于超滤单元。
优选的，所述的混合比例为0％～100％，取决于调节水池中生物聚合物含量。
优选的，所述的调节水池中生物聚合物含量的预设范围依据纳滤单元的运行工况选定，更优选为0mg/L～5mg/L。
优选的，所述纳滤单元的出水经消毒步骤后作为饮用水供给终端用户。
基于上述技术方案，本发明的有益效果至少具有以下其中之一或其中一部分：
(1)本发明针对给水处理中纳滤过程，以提高纳滤膜抗污染能力为目标，提出了一种多级协同过滤强化纳滤膜抗污染能力的方法，通过多级协同过滤调节纳滤单元进水中生物聚合物含量形成吸附功能层以减缓膜污染，不需要使用任何化学药剂进行膜前预处理，属绿色净水工艺。
(2)应用本发明的多级协同过滤强化纳滤膜抗污染能力的方法，可在已投产的采用超滤、纳滤双膜工艺的净水厂经简单的管路改造即可实现，改造费用较低；特别是为新建采用膜法工艺进行分质供水的水厂提供借鉴和技术支撑。
附图说明
图1为本发明实施例中强化纳滤膜抗污染能力方法的流程图；
图2为本发明实施例中不同生物聚合物浓度的膜前水对纳滤膜污染影响的示意图；
图3为本发明实施例中生物聚合物浓度为0mg/L的膜前水经纳滤后纳滤膜截面的扫描电镜图；
图4为本发明实施例中生物聚合物浓度为2mg/L的膜前水经纳滤后纳滤膜截面的扫描电镜图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的说明。
实施例
以模拟夏季高藻期某地表水作为试验用水，原水浊度为25.2NTU，CODMn为23.7mg/L，pH值为7.8，水温为26.5℃。如图1所示，分别使用孔径为0.45μm的醋酸纤维微滤膜和截留分子量为50kDa的PES超滤膜分别作为过滤单元A和过滤单元B进行微滤和超滤，将其出水按照不同比例进行混合，使得混合后水中生物聚合物的浓度分别为0.5、2.0、5.0和15.0mg/L，然后将其作为截留分子量为1kDa的PES纳滤膜的进水，在操作压力为0.4MPa及工作温度为26.5℃的条件下对纳滤膜污染行为开展研究，以归一化比通量表示，具体结果如图2所示。
结论：当纳滤单元的进水中生物聚合物含量低于5mg/L时，生物聚合物的存在对纳滤膜具有保护作用，相比不含生物聚合物的进水纳滤膜污染明显减缓；而当其含量高于5mg/L时，生物聚合物的存在反而不利于纳滤单元的运行，导致膜通量显著下降。通过扫描电镜观察纳滤膜的截面形貌，不含生物聚合物(即0mg/L，如图3所示)的膜前水经纳滤后，膜表面泥饼层的厚度明显较生物聚合物含量为2mg/L(如图4所示)时薄，证明纳滤单元膜前水中适量的生物聚合物可以在纳滤膜表面形成预吸附功能层，通过吸附小分子防止膜孔堵塞，有效减缓膜污染。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种多级协同过滤强化纳滤膜抗污染能力的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
使原水进入采用并联式运行的过滤单元A和过滤单元B；其中，所述的过滤单元A用于去除水中颗粒物及微生物，其出水中仍含有生物聚合物，包括砂滤和/或微滤单元；所述的过滤单元B用于去除水中颗粒物、微生物及生物聚合物，其出水中仍含有分子量小于过滤单元B截留孔径的有机物，包括超滤单元；
使过滤单元A和过滤单元B的出水按混合比例分别进入调节水池，使调节水池中生物聚合物含量处于预设范围；
以调节水池中的水作为纳滤单元的进水，在纳滤膜表面形成生物聚合物吸附功能层防止纳滤膜膜孔堵塞；其中，所述的生物聚合物是指分子量为10kDa～200kDa的水中微生物代谢的大分子有机物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的混合比例为0％～100％，取决于调节水池中生物聚合物含量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的调节水池中生物聚合物含量的预设范围依据纳滤单元的运行工况选定，为0mg/L～5mg/L。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的纳滤单元的出水经消毒步骤后作为饮用水供给终端用户。
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预处理方式对纳滤工艺性能及膜污染影响研究;张泉等;《膜科学与技术》;20140228;第34卷(第1期);全文 *

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