新型聚芳醚砜酮超滤膜污染与膜阻力研究

超滤膜能有效截留废水中的悬浮物和胶体，具有能耗低、效率高、易操作和无二次污染等优点，因此在反渗透（RO）预处理方面有着广泛的应用[1]。现有的超滤膜材料主要为聚合物材料，其中聚芳醚砜酮（PPESK）因具有较高的玻璃转化温度、较高的机械性能和耐热性能，同时由其制备的超滤膜具有较好的渗透性和选择性，因此能较好的用于污水处理和RO预处理[2]。PPESK超滤膜的研究主要集中在平板膜和中空纤维膜的制备和性能上，而对于该种新型材料制备的超滤膜阻力方面的研究较少[3-4]。本试验以新型PPESK超滤膜为分离介质，以炼厂达标污水为研究对象，研究了超滤膜通量衰减和膜污染现象，测定了PPESK超滤膜自身阻力、不同通量衰减率下的污染阻力和不可逆阻力大小。1试验部分1.1材料工艺废水为中石化某炼厂生化出水，主要水质参数：pH为8.5，电导率为1355μS·cm-1；COD为28mg·L-1；总Fe、总Al和总Si的质量浓度分别为0.04、0.165、11.5mg·L-1，石油类的质量浓度为0.404mg·L-1。超滤膜材料为新型PPESK，截留相对分子质量为2000；膜面流动电位为-29mV；接触角大小为63.7°。盐酸、氢氧化钠，均为分析纯。1.2设备及仪器超滤膜性能评价装置；AB204-S分析天平，DSA100接触角测量仪，SurPASS固体表面流动电位分析仪；330i型pH测量仪，Cond-330i型电导率仪。1.3性能评价将待测超滤膜置于评价装置中，调节给水压力为0.1MPa，用去离子水预压30min后，测量0.08MPa下的超滤膜通量，根据公式计算溶液通量J：J=V/(At)。式中，V为渗透液体积，A为有效膜面积，t为测量时间。由于膜污染机理十分复杂，影响因素较多，因此很难用基于某一理论的单一因素来表征污染行为。文献[5]经验公式给出了含多种因素的膜污染过程对超滤膜通量衰减的影响，其表达式为：J=J0tn（n<0）。（1）式中，J为实际通量，J0为初始通量，指数n为实际废水处理过程中考虑了多种影响因素的溶液通量衰减指数大小。新型聚芳醚砜酮超滤膜污染与膜阻力研究王春艳，杨永强，栾金义（中国石油化工股份有限公司北京化工研究院环保所，北京100013）摘要：采用新型聚芳醚砜酮（PPESK）超滤膜为分离介质，以炼油污水为研究对象，测定了膜污染和膜阻力。结果表明，PPESK超滤膜在100kPa下的初始通量为480L·m-2·h-1，自身阻力为0.78nm-1；在超滤膜运行过程中，溶液通量随运行时间呈指数衰减，通量衰减由60%增加到95%时，膜污染阻力由0.69nm-1增大到5.68nm-1，膜污染阻力占总阻力的分数从43.95%增大到86.72%，其中不可逆膜污染阻力大小为0.20nm-1。PPESK超滤膜对达标炼油污水过滤时，因膜污染造成通量衰减，经化学清洗能够得到较大程度的恢复。关键词：聚芳醚砜酮；超滤膜；膜污染；膜阻力中图分类号：TQ028.8文献标识码：A文章编号：1000-3770(2010)07-0066-004收稿日期：2009-09-16基金项目：中国石油化工股份有限公司项目（G6001-08-ZS-0410）作者简介：王春艳（1983－），女，硕士研究生，研究方向为石化废水治理与回用；联系电话：13810227941；E-mail：chunyan1022@163.com联系作者：栾金义，教授级高工；联系电话：010-59202228；E-mail：jamesluan@brici.ac.cn第36卷第7期2010年7月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.36No.7Jul.,2010661.4阻力测定超滤膜在实际应用中的膜污染问题制约了膜分离过程的进一步发展，因此研究膜污染，确定膜污染阻力和不可逆膜污染阻力大小对于实际的膜法污水处理过程中通量衰减、污染膜的清洗以及性能恢复等起关键作用[6]。其中，膜自身阻力大小的测定对于相同条件下提高运行通量或降低操作压力，提高产水率具有重要的现实意义。在很多描述膜过滤的理论模型中，标准的Darcy定律过滤模型因其较简单，且适宜于实际的操作，较常用来指导膜阻力的测定，其数学表达式为[7-9]：J=Δpμ(Rm+Rz+Rir)（2）式中，Δp为操作压差，μ为料液粘度，Rm、Rz、Rir分别为超滤膜自身阻力、污染阻力、不可逆污染阻力。当不存在膜污染时的阻力为超滤膜自身阻力，即Rz=0、Rir=0，Rm为：Rm＝ΔpμJ（3）因而可根据通量和压力的变化关系，计算超滤膜自身阻力大小。当膜污染存在时，超滤膜阻力组成主要为膜自身阻力和膜污染阻力，即Rir=0，Rz为：Rz＝ΔpμJ-Rm（4）当超滤膜污染到一定程度时，超滤膜的纯水通量随压力的变化表现为线性关系，通过线性方程的斜