CN113069929A - 一种在膜滤过程中添加疏水改性调理剂缓解滤膜污染的工艺 - Google Patents
一种在膜滤过程中添加疏水改性调理剂缓解滤膜污染的工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本申请公开一种在膜滤过程中添加疏水改性调理剂缓解滤膜污染的工艺，原水被连续泵入膜槽，膜槽的水力停留时间1‑3 h，膜组件在膜槽中被完全浸没，每个膜组件在使用前用纯水充分浸泡以去除杂质；调理剂首先被配制成的母液，随后取一定量进行稀释，稀释后调理剂溶液泵入膜槽，膜槽内调理剂浓度通过调节母液进料流量来控制；反清洗和鼓泡装置同时运行，使用20℃‑50℃的纯水作为反清洗水；在整个膜滤过程中，渗透水流量保持恒定，定时记录一次跨膜压；利用低的浓度疏水改性调理剂控制膜滤膜污染，同时提高渗透水质。
Description
技术领域
本申请涉及膜滤技术领域，特别是涉及一种在膜滤过程中添加疏水改性调理剂缓解滤膜污染的工艺。
背景技术
膜滤是一种成熟可靠的水处理技术，它可以有效去除地表水中的悬浮颗粒、细菌、病毒和溶解有机物等，已被广泛运用在发达国家的饮用水处理系统中。不幸的是，膜污染极大地限制了膜滤技术的广泛运用，由于膜污染会增加膜滤过程的运行动力，减少膜通量，降低膜的使用寿命，导致膜滤工段的运行成本增加。聚偏氟乙烯(PVDF)膜滤膜是目前应用最广泛的膜滤膜之一，尽管其具有良好且稳定的理化、机械和水力性能，但其疏水特性使其易结垢，长期运行时除垢成本较大。
预处理工艺方案(包括滤膜表面改性、原水预氧化、预混凝/絮凝、预吸附等)已经被广泛报道并应用到实际的水处理工艺中。其中，絮凝预处理，在与膜滤工艺进行耦合之后，可以在很大程度上缓解膜污染，这主要被归因于絮凝工段能够使污染物浓度大幅降低。同时，改性的壳聚糖、淀粉、海藻酸盐等生物高分子絮凝剂由于其具有可持续性、二次污染风险低、去除胶体污染物效率高等优点，越来越受到人们的重视。然而，值得注意的是，这些生物高分子本身也是导致膜污染的重要污染物，因此，在膜槽中添加生物高分子材料是否会对膜滤过程产生有利或不利的影响需要具体问题具体分析。
疏水改性的天然高分子调理剂，一般被当作絮凝剂直接处理天然地表水。由于这类材料同时具有亲水的糖环主链和疏水的烷基支链，因而其具备与PVDF膜表面(疏水表面)疏水缔合，使亲水糖环的主链向外延伸，形成亲水改性层的潜力，理论上来说这在膜滤过程中将有助于增加膜通量和减少膜污染。此外，疏水改性的天然高分子调理剂一般还是一类具有温敏性的材料，在高温条件下分子会发生蜷缩，表现出相对疏水的特性，反之则表现出相对亲水的特性。
为了提升滤膜的抗污染性能，常见的方法之一是对滤膜进行亲水化改性，例如在滤膜表面接枝石墨烯材料等。然而，两个重要的因素限制了表面亲水改性在实际生产上的应用：1、亲水涂层会在系统运行一段时间后从膜上脱层或剥离。这严重降低了亲水改性膜的使用效率；2、亲水改性材料多数是纳米材料，脱离了膜基材或将会产生新的潜在的纳米污染。因此，提出一种亲水化改性滤膜的方法，使之具备抵消由于亲水涂层剥离而造成的膜表面亲水性(抗污性能)损失，同时具备能防止改性材料对处理水体造成二次污染，将是一个极具潜力的发展方向。
申请内容
解决的技术问题：
本申请需要解决的技术问题是现有技术中易结垢、亲水改性膜的使用效率低、存在纳米污染等技术问题，提供一种在膜滤过程中添加疏水改性调理剂缓解滤膜污染的工艺，在膜滤过程中，添加一种疏水改性的天然高分子调理剂，在较低的调理剂添加浓度下，控制滤膜污染，提升渗透水质。
技术方案：
一种在膜滤过程中添加疏水改性调理剂缓解滤膜污染的工艺，步骤为：
第一步，连续流膜滤过程：原水被连续泵入膜槽，膜槽的水力停留时间1-3h，膜组件在膜槽中被完全浸没，每个膜组件在使用前用纯水浸泡时≥24h以去除杂质；
第二步，添加疏水改性调理剂：调理剂首先被配制成0.1-1g/L的母液，随后取母液稀释至0.01mg/L-0.1mg/L，稀释后调理剂溶液泵入膜槽，膜槽内调理剂浓度通过调节调理剂稀释液进料流量与原水进料流量来控制，所述调理剂稀释液进料流量：原水进料流量＝1:10-1:100；
第三步：反清洗和鼓泡装置同时运行，使用20-50℃的纯水作为反清洗水；
第四步：在整个膜滤过程中，渗透水流量保持恒定，每2-4h记录一次跨膜压，以评价滤膜污染的严重程度。
作为本申请的一种优选技术方案：所述第一步中原水包括但不限于实验室配制的模拟地表水和真实的地表水。
作为本申请的一种优选技术方案：所述第二步中调理剂是疏水改性的调理剂，具有亲水主链和疏水支链，具体为含有亲水的糖环主链和疏水的烷基支链的絮凝剂。
作为本申请的一种优选技术方案：所述含有亲水的糖环主链和疏水的烷基支链的絮凝剂为壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺或壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺。
作为本申请的一种优选技术方案：所述膜槽体积为1-4L/h·m2，膜槽中膜为PVDF中空纤维膜。
作为本申请的一种优选技术方案：所述膜槽中膜的平均孔径0.01-0.05μm。
作为本申请的一种优选技术方案：所述第三步中反清洗参数设定为2-8L/h·m2，每30-60min运行1-3min。
作为本申请的一种优选技术方案：所述第三步中鼓泡装置运行参数设定为每30-60min运行1-3min。
作为本申请的一种优选技术方案：所述连续流膜滤系统运行三个周期，每个周期连续运行12h，然后进行一次异位清洗，将膜丝表面的滤饼层用海绵擦洗干净。
有益效果：
本申请所述一种在膜滤过程中添加疏水改性调理剂缓解滤膜污染的工艺采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、利用低的浓度疏水改性调理剂控制膜滤膜污染，同时提高渗透水质；
2、利用工业废热提升反冲洗水温，进一步缓解膜污染，提升渗透水质，废热能源多级利用，提高了能源利用效率；
3、基于类膜面改性原理，原位生成抗污染的亲水改性层，无需考虑涂层剥落的一系列问题；
4、基于简单的工艺流程改造，仅在常规的膜滤过程中添加调理剂，不增加额外工段，不需要改造设备，不需要增加占地成本；
5、利用本身环境友好的调理剂，绿色环保；基于使用成本可控的调理剂，经济可行；
6、基于低浓度的疏水改性调理剂即能有效控制膜滤膜污染并提高渗透水质，明显降低膜滤过程的操作动力造成的能源消耗，节约运行成本，与不使用疏水改性调理剂的情况相比，系统运行压力同比约减少7％，DOC去除率同比增加约9％，使用0.01mg/L的壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺调理剂，反清洗水温为25℃；
7、基于利用工业废热来提升反清洗水温，进而更加有效的缓解膜污染并提升渗透水质，系统运行压力同比减少约5％，DOC去除率同比增加约8％，膜滤膜在连续的冷热水之间转换不会降低其强度，膜的使用寿命不受损失；
8、操作工段无需进行改造，不需要额外改造设备，不需要额外增加施工场地；调理剂廉价易得，处理废水成本可控，平均处理100t受污染水体的药剂成本不足两分钱人民币。
附图说明
图1为本申请的添加不同浓度的壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺对跨膜压的影响图；
图2为本申请的添加不同浓度的壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺对渗透水质的影响图；
图3为本申请添加不同浓度的壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺对跨膜压的影响图；
图4为本申请添加不同浓度的壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺对渗透水质的影响图；
图5为本申请在壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺膜滤系统中使用不同反清洗水温进行反清洗对跨膜压的影响图；
图6为本申请在壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺膜滤系统中使用不同反清洗水温进行反清洗对渗透水质的影响图；
图7为本申请在壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺膜滤系统中使用不同反清洗水温进行反清洗对跨膜压的影响图；
图8为本申请在壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺膜滤系统中使用不同反清洗水温进行反清洗对渗透水质的影响图；
图9为本申请使用壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺对真实长江水膜滤系统跨膜压的影响图；
图10为本申请使用壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺对真实长江水膜滤系统渗透水质的影响图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
实施例1:
调理剂类型：壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺；
调理剂浓度：0.001mg/L；
反清洗液温度：25℃；
处理水体：模拟地表水(包括10mg/L的HA、SA以及BSA，50mg/L的kaolin)。
将壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺投加到膜滤系统中进行膜滤连续流试验。向膜滤系统的膜槽中连续泵入模拟地表水，模拟地表水流量为20L/h，膜槽的水力停留时间为1h，自制的膜滤膜组件采用的是平均孔径为0.02μm的聚偏氟乙烯中空纤维膜。所述聚偏氟乙烯中空纤维膜在膜槽中被完全浸没，聚偏氟乙烯中空纤维膜在使用前用纯水纯水浸泡时≥24h以去除杂质。
壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺被连续泵入膜槽中保持膜槽中壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺的浓度为0.001mg/L。反清洗和鼓泡装置被同时使用，系统每运行30min即进行一次反清洗和鼓泡清洗，反清洗液温度为25℃，流量为40L/h。
连续流膜滤系统运行三个周期，每个周期连续运行12h，然后进行一次异位清洗，将膜丝表面的滤饼层用海绵擦洗干净，系统运行时每2h记录一次跨膜压，同时取渗透水样。跨膜压由连接在系统的压力表测得，跨膜压监测结果显示：在膜滤系统中添加0.001mg/L的壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺，系统在第三阶段末由可逆污染造成的跨膜压为12.8kPa，不可逆污染造成的跨膜压为2.7kPa。采用浊度仪测定浊度(代表kaolin)并计算kaolin去除率。结果表明，在超滤系统中，添加0.001mg/L的壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺条件下kaolin的最低去除率约为95.14％；采用DOC分析仪测定渗透水样品中溶解的有机碳(DOC)并计算DOC的去除率，结果表明，添加0.001mg/L的壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺条件下DOC的最大去除率约为73.80％。膜滤系统运行过程中跨膜压随时间变化情况以及渗透水质的变化情况详见图1和图2。
实施例2
调理剂类型：壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺；
调理剂浓度：0.01mg/L；
反清洗液温度：25℃；
处理水体：模拟地表水(包括10mg/L的HA、SA以及BSA，50mg/L的kaolin)。
将壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺投加到膜滤系统中进行膜滤连续流试验。向膜滤系统的膜槽中连续泵入模拟地表水，模拟地表水流量为20L/h，膜槽的水力停留时间为1h，自制的膜滤膜组件采用的是平均孔径为0.02μm的聚偏氟乙烯中空纤维膜。所述聚偏氟乙烯中空纤维膜在膜槽中被完全浸没，聚偏氟乙烯中空纤维膜在使用前用纯水纯水浸泡时≥24h以去除杂质。
壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺被连续泵入膜槽中，保持膜槽中壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺的浓度为0.01mg/L。反清洗和鼓泡装置被同时使用，系统每运行30min即进行一次反清洗和鼓泡清洗，反清洗液温度为25℃，流量为40L/h。
连续流膜滤系统运行三个周期，每个周期连续运行12h，然后进行一次异位清洗(将膜丝表面的滤饼层用海绵擦洗干净)，系统运行时每2h记录一次跨膜压，同时取渗透水样。跨膜压由连接在系统的压力表测得，跨膜压监测结果显示：在膜滤系统中添加0.01mg/L的壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺，系统在第三阶段末由可逆污染造成的跨膜压为11.8kPa，不可逆污染造成的跨膜压为0.9kPa。采用浊度仪测定浊度(代表kaolin)并计算kaolin去除率。结果表明，在超滤系统中，添加0.01mg/L的壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺条件下kaolin的最低去除率约为94.71％；采用DOC分析仪测定渗透水样品中溶解的有机碳(DOC)并计算DOC的去除率，结果表明，添加0.01mg/L的壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺条件下DOC的最大去除率约为77.47％。膜滤系统运行过程中跨膜压随时间变化情况以及渗透水质的变化情况详见图1和图2。
实施例3
调理剂类型：壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺；
调理剂浓度：0.1mg/L；
反清洗液温度：25℃；
处理水体：模拟地表水(包括10mg/L的HA、SA以及BSA，50mg/L的kaolin)。
将壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺投加到膜滤系统中进行膜滤连续流试验。向膜滤系统的膜槽中连续泵入模拟地表水，模拟地表水流量为20L/h，膜槽的水力停留时间为1h，自制的膜滤膜组件采用的是平均孔径为0.02μm的聚偏氟乙烯中空纤维膜。所述聚偏氟乙烯中空纤维膜在膜槽中被完全浸没，聚偏氟乙烯中空纤维膜在使用前用纯水纯水浸泡时≥24h以去除杂质。
壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺被连续泵入膜槽中，保持膜槽中壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺的浓度为0.1mg/L。反清洗和鼓泡装置被同时使用，系统每运行30min即进行一次反清洗和鼓泡清洗，反清洗液温度为25℃，流量为40L/h。
连续流膜滤系统运行三个周期，每个周期连续运行12h，然后进行一次异位清洗(将膜丝表面的滤饼层用海绵擦洗干净)，系统运行时每2h记录一次跨膜压，同时取渗透水样。跨膜压由连接在系统的压力表测得，跨膜压监测结果显示：在膜滤系统中添加0.1mg/L的壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺，系统在第三阶段末由可逆污染造成的跨膜压为12.3kPa，不可逆污染造成的跨膜压为1.8kPa。采用浊度仪测定浊度(代表kaolin)并计算kaolin去除率。结果表明，在超滤系统中，添加0.1mg/L的壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺条件下kaolin的最低去除率约为95.35％；采用DOC分析仪测定渗透水样品中溶解的有机碳(DOC)并计算DOC的去除率，结果表明，添加0.1mg/L的壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺条件下DOC的最大去除率约为76.59％。膜滤系统运行过程中跨膜压随时间变化情况以及渗透水质的变化情况详见图1和图2。
实施例4
调理剂类型：壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺；
调理剂浓度：0.001mg/L；
反清洗液温度：25℃；
处理水体：模拟地表水(包括10mg/L的HA、SA以及BSA，50mg/L的kaolin)。
将壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺投加到膜滤系统中进行膜滤连续流试验。向膜滤系统的膜槽中连续泵入模拟地表水，模拟地表水流量为20L/h，膜槽的水力停留时间为1h，自制的膜滤膜组件采用的是平均孔径为0.02μm的聚偏氟乙烯中空纤维膜。所述聚偏氟乙烯中空纤维膜在膜槽中被完全浸没，聚偏氟乙烯中空纤维膜在使用前用纯水纯水浸泡时≥24h以去除杂质。
壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺被连续泵入膜槽中，保持膜槽中壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺的浓度为0.001mg/L。反清洗和鼓泡装置被同时使用，系统每运行30min即进行一次反清洗和鼓泡清洗，反清洗液温度为25℃，流量为40L/h。
连续流膜滤系统运行三个周期，每个周期连续运行12h，然后进行一次异位清洗(将膜丝表面的滤饼层用海绵擦洗干净)，系统运行时每2h记录一次跨膜压，同时取渗透水样。跨膜压由连接在系统的压力表测得，跨膜压监测结果显示：在膜滤系统中添加0.001mg/L的壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺，系统在第三阶段末由可逆污染造成的跨膜压为13.7kPa，不可逆污染造成的跨膜压为2.2kPa。采用浊度仪测定浊度(代表kaolin)并计算kaolin去除率。结果表明，在超滤系统中，添加0.001mg/L的壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺条件下kaolin的最低去除率约为95.08％；采用DOC分析仪测定渗透水样品中溶解的有机碳(DOC)并计算DOC的去除率，结果表明，添加0.001mg/L的壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺条件下DOC的最大去除率约为72.69％。膜滤系统运行过程中跨膜压随时间变化情况以及渗透水质的变化情况详见图3和图4。
实施例5
调理剂类型：壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺；
调理剂浓度：0.01mg/L；
反清洗液温度：25℃；
处理水体：模拟地表水(包括10mg/L的HA、SA以及BSA，50mg/L的kaolin)。
将壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺投加到膜滤系统中进行膜滤连续流试验。向膜滤系统的膜槽中连续泵入模拟地表水，模拟地表水流量为20L/h，膜槽的水力停留时间为1h，自制的膜滤膜组件采用的是平均孔径为0.02μm的聚偏氟乙烯中空纤维膜。所述聚偏氟乙烯中空纤维膜在膜槽中被完全浸没，聚偏氟乙烯中空纤维膜在使用前用纯水纯水浸泡时≥24h以去除杂质。
壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺被连续泵入膜槽中，保持膜槽中壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺的浓度为0.01mg/L。反清洗和鼓泡装置被同时使用，系统每运行30min即进行一次反清洗和鼓泡清洗，反清洗液温度为25℃，流量为40L/h。
连续流膜滤系统运行三个周期，每个周期连续运行12h，然后进行一次异位清洗(将膜丝表面的滤饼层用海绵擦洗干净)，系统运行时每2h记录一次跨膜压，同时取渗透水样。跨膜压由连接在系统的压力表测得，跨膜压监测结果显示：在膜滤系统中添加0.01mg/L的壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺，系统在第三阶段末由可逆污染造成的跨膜压为12.5kPa，不可逆污染造成的跨膜压为1.2kPa。采用浊度仪测定浊度(代表kaolin)并计算kaolin去除率。结果表明，在超滤系统中，添加0.01mg/L的壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺条件下kaolin的最低去除率约为95.15％；采用DOC分析仪测定渗透水样品中溶解的有机碳(DOC)并计算DOC的去除率，结果表明，添加0.01mg/L的壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺条件下DOC的最大去除率约为76.11％。膜滤系统运行过程中跨膜压随时间变化情况以及渗透水质的变化情况详见图3和图4。
实施例6
调理剂类型：壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺；
调理剂浓度：0.1mg/L；
反清洗液温度：25℃；
处理水体：模拟地表水(包括10mg/L的HA、SA以及BSA，50mg/L的kaolin)。
将壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺投加到膜滤系统中进行膜滤连续流试验。向膜滤系统的膜槽中连续泵入模拟地表水，模拟地表水流量为20L/h，膜槽的水力停留时间为1h，自制的膜滤膜组件采用的是平均孔径为0.02μm的聚偏氟乙烯中空纤维膜。所述聚偏氟乙烯中空纤维膜在膜槽中被完全浸没，聚偏氟乙烯中空纤维膜在使用前用纯水纯水浸泡时≥24h以去除杂质。
壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺被连续泵入膜槽中，保持膜槽中壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺的浓度为0.1mg/L。反清洗和鼓泡装置被同时使用，系统每运行30min即进行一次反清洗和鼓泡清洗，反清洗液温度为25℃，流量为40L/h。
连续流膜滤系统运行三个周期，每个周期连续运行12h，然后进行一次异位清洗(将膜丝表面的滤饼层用海绵擦洗干净)，系统运行时每2h记录一次跨膜压，同时取渗透水样。跨膜压由连接在系统的压力表测得，跨膜压监测结果显示：在膜滤系统中添加0.1mg/L的壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺，系统在第三阶段末由可逆污染造成的跨膜压为12.9kPa，不可逆污染造成的跨膜压为1.9kPa。采用浊度仪测定浊度(代表kaolin)并计算kaolin去除率。结果表明，在超滤系统中，添加0.1mg/L的壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺条件下kaolin的最低去除率约为94.45％；采用DOC分析仪测定渗透水样品中溶解的有机碳(DOC)并计算DOC的去除率，结果表明，添加0.1mg/L的壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺条件下DOC的最大去除率约为74.22％。膜滤系统运行过程中跨膜压随时间变化情况以及渗透水质的变化情况详见图3和图4。
实施例7
调理剂类型：壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺；
调理剂浓度：0.01mg/L；
反清洗液温度：40℃；
处理水体：模拟地表水(包括10mg/L的HA、SA以及BSA，50mg/L的kaolin)。
将壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺投加到膜滤系统中进行膜滤连续流试验。向膜滤系统的膜槽中连续泵入模拟地表水，模拟地表水流量为20L/h，膜槽的水力停留时间为1h，自制的膜滤膜组件采用的是平均孔径为0.02μm的聚偏氟乙烯中空纤维膜。所述聚偏氟乙烯中空纤维膜在膜槽中被完全浸没，聚偏氟乙烯中空纤维膜在使用前用纯水纯水浸泡时≥24h以去除杂质。
壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺被连续泵入膜槽中，保持膜槽中壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺的浓度为0.01mg/L。反清洗和鼓泡装置被同时使用，系统每运行30min即进行一次反清洗和鼓泡清洗，反清洗液温度为40℃，流量为40L/h。
连续流膜滤系统运行三个周期，每个周期连续运行12h，然后进行一次异位清洗(将膜丝表面的滤饼层用海绵擦洗干净)，系统运行时每2h记录一次跨膜压，同时取渗透水样。跨膜压由连接在系统的压力表测得，跨膜压监测结果显示：在膜滤系统中添加0.01mg/L的壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺，系统在第三阶段末由可逆污染造成的跨膜压为10.9kPa，不可逆污染造成的跨膜压为1.0kPa。采用浊度仪测定浊度(代表kaolin)并计算kaolin去除率。结果表明，在超滤系统中，添加0.01mg/L的壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺条件下kaolin的最低去除率约为96.13％；采用DOC分析仪测定渗透水样品中溶解的有机碳(DOC)并计算DOC的去除率，结果表明，添加0.01mg/L的壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺条件下DOC的最大去除率约为79.00％。膜滤系统运行过程中跨膜压随时间变化情况以及渗透水质的变化情况详见图5和图6。
实施例8
调理剂类型：壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺；
调理剂浓度：0.01mg/L；
反清洗液温度：40℃；
处理水体：模拟地表水(包括10mg/L的HA、SA以及BSA，50mg/L的kaolin)。
将壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺投加到膜滤系统中进行膜滤连续流试验。向膜滤系统的膜槽中连续泵入模拟地表水，模拟地表水流量为20L/h，膜槽的水力停留时间为1h，自制的膜滤膜组件采用的是平均孔径为0.02μm的聚偏氟乙烯中空纤维膜。所述聚偏氟乙烯中空纤维膜在膜槽中被完全浸没，聚偏氟乙烯中空纤维膜在使用前用纯水纯水浸泡时≥24h以去除杂质。
壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺被连续泵入膜槽中，保持膜槽中壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺的浓度为0.01mg/L。反清洗和鼓泡装置被同时使用，系统每运行30min即进行一次反清洗和鼓泡清洗，反清洗液温度为40℃，流量为40L/h。
连续流膜滤系统运行三个周期，每个周期连续运行12h，然后进行一次异位清洗(将膜丝表面的滤饼层用海绵擦洗干净)，系统运行时每2h记录一次跨膜压，同时取渗透水样。跨膜压由连接在系统的压力表测得，跨膜压监测结果显示：在膜滤系统中添加0.01mg/L的壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺，系统在第三阶段末由可逆污染造成的跨膜压为10.9kPa，不可逆污染造成的跨膜压为1.2kPa。采用浊度仪测定浊度(代表kaolin)并计算kaolin去除率。结果表明，在超滤系统中，添加0.01mg/L的壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺条件下kaolin的最低去除率约为96.10％；采用DOC分析仪测定渗透水样品中溶解的有机碳(DOC)并计算DOC的去除率，结果表明，添加0.01mg/L的壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺条件下DOC的最大去除率约为78.96％。膜滤系统运行过程中跨膜压随时间变化情况以及渗透水质的变化情况详见图5和图6。
实施例9
调理剂类型：壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺；
调理剂浓度：0.01mg/L；
反清洗液温度：40℃；
处理水体：真实长江水(初始浊度为15.4±3NTU，初始DOC为8.2±0.6mg/L)。
将壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺投加到膜滤系统中进行膜滤连续流试验。向膜滤系统的膜槽中连续泵入真实长江水，长江水流量为20L/h，膜槽的水力停留时间为1h，自制的膜滤膜组件采用的是平均孔径为0.02μm的聚偏氟乙烯中空纤维膜。所述聚偏氟乙烯中空纤维膜在膜槽中被完全浸没，聚偏氟乙烯中空纤维膜在使用前用纯水纯水浸泡时≥24h以去除杂质。
壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺被连续泵入膜槽中，保持膜槽中壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺的浓度为0.01mg/L。反清洗和鼓泡装置被同时使用，系统每运行30min即进行一次反清洗和鼓泡清洗，反清洗液温度为40℃，流量为40L/h。
连续流膜滤系统运行三个周期，每个周期连续运行12h，然后进行一次异位清洗(将膜丝表面的滤饼层用海绵擦洗干净)，系统运行时每2h记录一次跨膜压，同时取渗透水样。跨膜压由连接在系统的压力表测得，跨膜压监测结果显示：在膜滤系统中添加0.01mg/L的壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺，系统在第三阶段末由可逆污染造成的跨膜压为6.1kPa，不可逆污染造成的跨膜压为0.6kPa。采用浊度仪测定浊度(代表kaolin)并计算kaolin去除率。结果表明，在超滤系统中，添加0.01mg/L的壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺条件下kaolin的最低去除率约为99.96％；采用DOC分析仪测定渗透水样品中溶解的有机碳(DOC)并计算DOC的去除率，结果表明，添加0.01mg/L的壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺条件下DOC的最大去除率约为82.40％。膜滤系统运行过程中跨膜压随时间变化情况以及渗透水质的变化情况详见图7和图8。
实施例10
调理剂类型：壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺；
调理剂浓度：0.01mg/L；
反清洗液温度：40℃；
处理水体：真实长江水(初始浊度为15.4±3NTU，初始DOC为8.2±0.6mg/L)。
将壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺投加到膜滤系统中进行膜滤连续流试验。向膜滤系统的膜槽中连续泵入真实长江水，长江水流量为20L/h，膜槽的水力停留时间为1h，自制的膜滤膜组件采用的是平均孔径为0.02μm的聚偏氟乙烯中空纤维膜。所述聚偏氟乙烯中空纤维膜在膜槽中被完全浸没，聚偏氟乙烯中空纤维膜在使用前用纯水纯水浸泡时≥24h以去除杂质。
壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺被连续泵入膜槽中，保持膜槽中壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺的浓度为0.01mg/L。反清洗和鼓泡装置被同时使用，系统每运行30min即进行一次反清洗和鼓泡清洗，反清洗液温度为40℃，流量为40L/h。
连续流膜滤系统运行三个周期，每个周期连续运行12h，然后进行一次异位清洗(将膜丝表面的滤饼层用海绵擦洗干净)，系统运行时每2h记录一次跨膜压，同时取渗透水样。跨膜压由连接在系统的压力表测得，跨膜压监测结果显示：在膜滤系统中添加0.01mg/L的壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺，系统在第三阶段末由可逆污染造成的跨膜压为6.5kPa，不可逆污染造成的跨膜压为0.7kPa。采用浊度仪测定浊度(代表kaolin)并计算kaolin去除率。结果表明，在超滤系统中，添加0.01mg/L的壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺条件下kaolin的最低去除率约为99.91％；采用DOC分析仪测定渗透水样品中溶解的有机碳(DOC)并计算DOC的去除率，结果表明，添加0.01mg/L的壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺条件下DOC的最大去除率约为80.27％。膜滤系统运行过程中跨膜压随时间变化情况以及渗透水质的变化情况详见图9和图10。
对比例1-4：
将上述实施例2和实施例5中调理剂种类分别改为：空白(模拟水直接进行膜滤，不添加药剂)，聚合氯化铝；阳离子聚丙烯酰胺；壳聚糖，其余操作参数条件不变(药剂浓度均为0.01mg/L，空白实验除外)。
跨膜压由连接在系统的压力表测得，跨膜压监测结果显示：在膜滤系统中添加不同的调理剂，由对比例1至对比例4，系统在第三阶段末由可逆污染造成的跨膜压依次分别为18.4kPa，18.2kPa，19.8kPa，18.7kPa；不可逆污染造成的跨膜压依次分别为3.9kPa，3.7kPa，5.1kPa，2.7kPa。采用浊度仪测定浊度(代表kaolin)并计算kaolin去除率。结果表明，在超滤系统中，在对比例1至对比例4的条件下kaolin的最低去除率依次分别约为94.58％，94.36％，94.68％，94.71％；采用DOC分析仪测定渗透水样品中溶解的有机碳(DOC)并计算DOC的去除率，结果表明，在对比例1至对比例4的条件下DOC的最大去除率依次分别约为68.60％，69.02％，65.48％，67.39％。
对比例5-8：
将上述实施例7和实施例8中调理剂种类分别改为：空白(模拟水直接进行膜滤，不添加药剂)，聚合氯化铝；阳离子聚丙烯酰胺；壳聚糖，其余操作参数条件不变(药剂浓度均为0.01mg/L，空白实验除外)。
跨膜压由连接在系统的压力表测得，跨膜压监测结果显示：在膜滤系统中添加不同的调理剂，由对比例5至对比例8，系统在第三阶段末由可逆污染造成的跨膜压依次分别为16.3kPa，16.0kPa，17.5kPa，16.4kPa；不可逆污染造成的跨膜压依次分别为2.7kPa，2.5kPa，4.0kPa，1.9kPa。采用浊度仪测定浊度(代表kaolin)并计算kaolin去除率。结果表明，在超滤系统中，在对比例5至对比例8的条件下kaolin的最低去除率依次分别约为95.46％，96.36％，94.79％，95.88％；采用DOC分析仪测定渗透水样品中溶解的有机碳(DOC)并计算DOC的去除率，结果表明，在对比例1至对比例4的条件下DOC的最大去除率依次分别约为70.23％，70.89％，66.24％，68.10％。
本发明涉及一种基于在膜滤系统中添加一类低浓度的疏水改性的调理剂，促进其在膜滤膜表面形成亲水改性层，缓解膜滤过程中的膜污染，提高渗透水质的工艺方法。具体实现该技术方案的方法和途径还有很多，以上所述仅仅是本发明工艺优选后的实施方案。应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员，只要不脱离本发明工艺的基本精神，依然可以对本试验的方案进行进一步的优化，这些改进与优化应该也要被视为本发明的保护范围。本实施例中没有明确的实验条件均可以使用现有的通行技术加以实现。
Claims (9)
1.一种在膜滤过程中添加疏水改性调理剂缓解滤膜污染的工艺，其特征在于，步骤为：
第一步，连续流膜滤过程：原水被连续泵入膜槽，膜槽的水力停留时间1-3 h，膜组件在膜槽中被完全浸没，每个膜组件在使用前用纯水浸泡时≥24 h以去除杂质；
第二步，添加疏水改性调理剂：调理剂首先被配制成0.1-1 g/L的母液，随后取母液稀释至0.01 mg/L-0.1 mg/L，稀释后调理剂溶液泵入膜槽，膜槽内调理剂浓度通过调节调理剂稀释液进料流量与原水进料流量来控制，所述调理剂稀释液进料流量：原水进料流量=1:10-1:100；
第三步：反清洗和鼓泡装置同时运行，使用20-50℃的纯水作为反清洗水；
第四步：在整个膜滤过程中，渗透水流量保持恒定，每2-4 h记录一次跨膜压，以评价滤膜污染的严重程度。
2.根据权利要求1所述的一种在膜滤过程中添加疏水改性调理剂缓解滤膜污染的工艺，其特征在于：所述第一步中原水包括但不限于实验室配制的模拟地表水和真实的地表水。
3.根据权利要求1所述的一种在膜滤过程中添加疏水改性调理剂缓解滤膜污染的工艺，其特征在于：所述第二步中调理剂是疏水改性的调理剂，具有亲水主链和疏水支链，具体为含有亲水的糖环主链和疏水的烷基支链的絮凝剂。
4.根据权利要求3所述的一种在膜滤过程中添加疏水改性调理剂缓解滤膜污染的工艺，其特征在于：所述含有亲水的糖环主链和疏水的烷基支链的絮凝剂为壳聚糖接枝聚丙烯酰正丙胺或壳聚糖接枝聚丙烯酰异丙胺。
5.根据权利要求1所述的一种在膜滤过程中添加疏水改性调理剂缓解滤膜污染的工艺，其特征在于：所述膜槽体积为1-4 L/h·m2，膜槽中膜为PVDF中空纤维膜。
6.根据权利要求1所述的一种在膜滤过程中添加疏水改性调理剂缓解滤膜污染的工艺，其特征在于：所述膜槽中膜的平均孔径0.01-0.05 μm。
7.根据权利要求1所述的一种在膜滤过程中添加疏水改性调理剂缓解滤膜污染的工艺，其特征在于：所述第三步中反清洗参数设定为2-8 L/h·m2，每30-60 min运行1-3 min。
8.根据权利要求1所述的一种在膜滤过程中添加疏水改性调理剂缓解滤膜污染的工艺，其特征在于：所述第三步中鼓泡装置运行参数设定为每30-60 min运行1-3 min。
9.根据权利要求1所述的一种在膜滤过程中添加疏水改性调理剂缓解滤膜污染的工艺，其特征在于：所述连续流膜滤系统运行三个周期，每个周期连续运行12 h，然后进行一次异位清洗，将膜丝表面的滤饼层用海绵擦洗干净。
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2021
- 2021-03-25 CN CN202110322391.9A patent/CN113069929B/zh active Active
Patent Citations (6)
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113069929B (zh) | 2022-11-18 |
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