动态膜分离技术研究进展

文章编号:1007-8924(2007)04-0091-05专题综述动态膜分离技术研究进展李晓波,胡保安,顾平(天津大学环境科学与工程学院,天津300072)摘要:介绍动态膜分离技术的概念,着重讨论影响动态膜分离性能的相关因素以及动态膜在污水处理中的应用效果,指出动态膜技术具有良好的应用前景,但目前仍处于试验阶段,尚需深入研究.关键词:动态膜;污水处理;研究进展中图分类号:TQ028.8文献标识码:A膜分离技术是当今水处理领域研究的热点,国内外均做了大量的研究工作[1-5],然而,膜污染及膜组件昂贵的价格是阻碍膜技术广泛应用的主要原因.动态膜分离技术采用大孔径材料制作膜组件,降低了膜组件的造价;同时,已有研究表明,动态膜的渗透性能更佳、抗污染能力显著提高[6-8].因此,动态膜作为一项新型的特殊膜分离技术正越来越多地受到国内外水处理技术研究者的关注[9-13].1动态膜分离技术动态膜作为一种分离技术,包含动态膜的载体及动态膜分离层本身.动态膜的载体指用来承载动态膜的大孔径材料,一般价格低廉、易得,常见的有不锈钢丝网、普通筛网、工业滤布、筛绢等多孔材料和一些高分子材料,如烧结聚氯乙烯管等.动态膜分离层是动态膜分离技术的主体,指依附于动态膜载体之上、执行分离功能的滤饼层或污泥层.它是通过错流过滤或死端过滤的方式将某种固体或胶体微粒沉淀在载体表面上形成的.用于形成动态膜的粒子种类较多,有粘土类矿物、粉状活性炭(PAC)、ZrO2、MnO2、聚乙烯醇(PVA)等,也可用被处理的废液中的某种物质作为成膜物质沉淀在载体上形成动态膜,如自生生物动态膜的成膜物质为污水中的活性污泥.目前国内外关于动态膜分离技术的研究主要集中在影响动态膜分离性能的因素及操作参数的优化方面.2影响动态膜分离性能的因素2.1pH的影响pH对ZrO2动态膜和MnO2动态膜的影响较为明显,这是由于MnO2动态膜和大多数ZrO2动态膜都是通过化学反应来生成膜粒子的.ZrO2粒子的形成有两种方法:一种是提高含Zr4+溶液,如无水ZrCl4的水溶液的pH来形成[14],另一种是将ZrOCl2加入到硫酸溶液中而形成[15].Zr的水合氧化物在不同pH下的特性不同,其粒子大小也不同.pH较低时所生成的粒子粒径较小,随着pH升高,粒径也逐渐升高.由于小颗粒需要更长的时间堵塞载体的孔隙,所以形成动态膜所需的时间也更长.Altman等[16]的研究表明,动态膜的形成时间从pH为3.5时的120min减少到pH为6时的45min;Rumyantsev等[16]的研究结果则分别是100min和小于45min.蛋白质的截留率与pH的关系不是很明显,pH为3.5、5和6时形成的动态膜的截留率大于pH为4时的动态膜.MnO2是KMnO4的还原产物,其反应式为4KMnO4+6HCOONa=4MnO2↓+2K2CO3+3Na2CO3+3H2O+CO2↑收稿日期:2005-09-06;修改稿收到日期:2006-01-17作者简介:李晓波(1970-),男,河南省人,博士生,主要从事水污染治理技术的研究.第27卷第4期膜科学与技术Vol.27No.42007年8月MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYAug.2007©1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.netKMnO4在酸性、中性、碱性条件下的氧化还原性质各不相同,因此不同pH条件下所制备的MnO2动态膜的性能有所差别.Muhammad等[17]研究结果表明,同一KMnO4浓度下,pH越高,MnO2沉淀越快,动态膜的过滤阻力越大,截留率越高.Cai等[18]的研究也表明,随着pH从3升高到9,MnO2动态膜的形成时间缩短,膜通量先降低后升高.2.2成膜物质浓度的影响ZrO2动态膜和MnO2动态膜的性能也与反应物的浓度有关.Chen[15]的试验证明,[H2SO4]/[ZrOCl2]比值越小,反应生成的ZrO2胶体粒子及形成的动态膜的孔径越小,动态膜的通量减小,截留率升高.同时,胶体粒子越均匀,动态膜的孔径分布范围也越窄,分离性能更好.如[H2SO4]/[ZrOCl2]比值为0.6时所形成的ZrO2动态膜,对牛血清蛋白的截留率为近100%,而葡萄糖可自由通过,分离效果极佳.对于MnO2动态膜,同一pH时,存在一个最佳的KMnO4浓度值,这是因为MnO2粒子沉淀太多或太少对动态膜的性能都是不利的:粒子沉淀太多,将会堵塞膜孔,导致通量降低和运行时间减少;MnO2粒子沉淀太少,又不足以完全覆盖载体表面,致使出水浊度升高,分离效果变差,水质下降[19].Cai等[18]发现,随着还原剂HCOONa浓度增加