正渗透膜生物反应件膜污染行为分析

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1、正渗透膜生物反应件膜污染行为分析1绪论1.1正渗透膜分离过程的研究现状图1.1是正渗透（FO)、压力延缓渗透（PRO)和反渗透（R0)膜分离过程中水流动方向示意图。半透膜左侧是纯水或废水，被称为原料液，右侧是浓盐水。对于正渗透，外加压力Ap接近于0，水会由于渗透压Ml的作用自发从原料液一侧扩散到浓盐水一侧。对于压力延缓渗透，在浓盐水一侧施加正压力Ap，但是An>Ap，水仍会从原料液一侧扩散到浓盐水一侧。对于反渗透，在浓盐水一侧施加压力Ap，并且An<Ap，这样水就会从膜浓盐水一侧扩散到膜原料液一

2、侧。由此可见正渗透膜分离过程是一种不需外加压力做驱动力，而仅依靠渗透压驱动的膜分离过程[51。它具有低能耗、低污染和出水水质好等优点。在正渗透膜分离过程中，提供正渗透压驱动力一侧的溶液被称为汲取液。1.1.2汲取液在正渗透膜分离过程中，膜渗透液侧的汲取液是正渗透膜分离过程的驱动力。在选取汲取液时，最基本的一点是其渗透压应该比原料液的渗透伍高很多，这样才能提供正渗透压差作为分离过程的驱动力。图1.2是OLIStreamAnalyzer2.0(OLISystemsInc.,MorrisPlains,NJ)[7H

3、十算的几种溶液的渗透压对摩尔浓度的曲线。在选取汲取液时，可以此作为参考。在以前的研究中，海水、死海的海水和盐湖水[8等，在一些正渗透和压力延缓渗透的研究中被用来作为汲取液进行测试。由于在正渗透膜分离过程运行时，汲取液会不断地被稀释，所以选取汲取液时，还要考虑是否有合适的方法对汲取液进行浓缩循环。氯化钠溶液通常被用作汲取液，因为它分子量小、具有高溶解度，这样单位质量氯化钠的溶液能够产生较高的渗透压，并且它能够用反渗透（R0)这种相对简单的方法进行浓缩循环。选取汲取液时，在某些应用过程中还需要考虑的一点是，汲取

4、液溶质通过膜泄露到原料液一侧的反向运输。在某些正渗透应用中，需要正渗透膜对汲取液溶质有较高的阻隔率，这样的话选取一些多价离子溶液作为汲取液就比较合适，因为多价离子一般体积较大，相对于单价小离子而言阻隔率更高些。此外，国外很多科学家对其他多种化学物质作为汲取液用于正渗透膜分离过程做了测试，尤其是在海水脱盐的应用中。Stadie[113将浓缩的果糖溶液用于正渗透脱盐过程中，同时能够生产营养饮膜结构和没有多孔支撑层的特点[5]，这样会减小内部浓差极化现象，浓差极化现象将会在1.1.5部分介绍。2实验装置与实验方法

5、2.1实验装置本论文实验中用的正渗透膜是由HydrationTechnologies,Inc.(HTI,Albany,OR)提供的。很多课题研究组已将这种膜用于正渗透膜分离过程的不同应用中进行测试研究[15'84'851。这种膜的结构是不对称的，它由醋酸纤维材料做成，以聚酯筛网作为支撑层。山1'它的支撑层很薄，所以其厚度不到50pm。这种膜只允许水分子透过，某些条件下会有少量很小的分子或离子透过，另外，它的水透过性和盐溶质阻隔率在不同的实验室条件下会有轻微的变化[861。HTI膜的活

6、性层和支撑层的接触角分别是76°和87°。根据原子力显微镜（AFM)观察得到的数据，HTI膜的平均粗糙度是36mn，这比典型的TFC反渗透膜要光滑很多[78，871。更多有关于HTI膜结构和性质的详细描述可以从相关研究中找到。2.1.2原料液和汲取液本论文第3部分活性污泥性质对膜通量影响的实验，用20种活性污泥来研究污泥忭质对OMBR运行过程中通量的影响。接种污泥取自不同处理工艺的污水处理厂。例如1;'二批式生物反应器（SBR)、循环活性污泥技术（CAST)、曝气生物滤池（BAF)和

7、厌氧-好氧（A/0)工艺。把这些从不同污水处理厂取来的活性污泥在不同条件下培养大概一周左右，使它们拥有不同的性质。所有活性污泥的pH控制在7-8左右。本论文第4部分对滤饼层性质研究实验，活性污泥取自大连凌水河污水处理厂。两部分实验中用到的汲取液是分析纯氯化钠溶解在去离子水制成的。汲取液的浓度是4M。实验运行过程中生物反应器的进水组成成分列在表2.1中。2.1.3正渗透膜生物反应器的组成结构本论文实验中用到的OMBR结构简图如图2.1所示。生物反应器有效体积是2L，其水位通过平衡水箱控制。错流式膜组件外置于生

8、物反应器。膜组件在膜两侧有相同的通道结构，通道的尺寸是高205mm，长21.5mm，宽3.0mm。装汲取液的容器放在电子秤上，电子种与电脑相连，这样电脑能够记录汲取液重量变化，以便计算通量变化。蠕动泵用来使原料液和汲取液在膜两侧错流循环。3活性污泥性质对正渗透膜生物反应...........32-423.1引言...........323.2实验过程...........32-333.3统计方法.........