高岭土动态膜的制备_卓琳云

文章编号:1007-8924(2006)03-0037-04高岭土动态膜的制备卓琳云,李俊,陈季华,李方(东华大学环境科学与工程学院,上海200051)摘要:以陶瓷膜管为基质,研究了高岭土动态膜的制备过程.实验以高岭土为动态膜预涂材料,采用错流操作对膜管进行涂膜,通过记录和分析涂膜过程中的渗透液通量和测定在此过程中涂上的高岭土的量随时间的变化,研究了高岭土粒径、涂膜液浓度、跨膜压力、错流速度和涂膜时间对涂膜效果及清水通量的影响,对涂膜过程有了较好的认识,并得出最佳涂膜条件为:涂膜液质量浓度0.3g/L、跨膜压力0.2MPa、错流速度0.5m/s及涂膜时间10min.关键词:高岭土;陶瓷膜;动态膜;错流微滤中图分类号:X703文献标识码:A动态膜(Dynamicmembrane)是指通过预涂剂或活性污泥在膜表面形成的新膜,也称为次生膜(Secondmembrane)[1].动态膜技术是污水处理技术中比较新的一门技术,能在一定程度上解决传统膜处理方法中膜组件价格昂贵以及膜污染造成的通量衰减等问题.动态膜能提高出水水质及增强过滤和反冲洗性能.现在一般以孔径较大的材料来制作膜组件,在其过滤之前使用预涂剂(如高岭土、硅藻土、硅灰石、石灰石、MnO2)或者微生物及其代谢产物在膜材料表面形成动态膜,以使其过滤孔径变小而截留能力增强.最早对动态膜进行研究的是1965年美国OakRidge国家原子能所实验室发现了ZrOCl2动态膜具有反渗透效能.但由于膜材料制备技术的限制,使得之后的一段时间内膜分离技术发展缓慢,直到近些年来新型技术的崛起,膜材料种类增多,品质改进,造价下降带来了膜分离技术的又一次发展高潮,也给动态膜的研究提供了便利条件[2].近期在膜材料方面,Anderson等[3]研究了以不同浓度KMnO4生成MnO2涂膜对二级出水中浊度的去处效果.范彬[4]、Yoshiski.Kiso[5]等利用生物动态膜证明动态膜对悬浮污染物质有较强的截留能力.Johari等[6]研究了高岭土涂膜后处理二级出水对浊度的去处效果以及过程中的通量变化.然而,动态膜技术尚未成熟,动态膜的稳定性、动态膜系统操作的灵活性有待进一步研究,尤其是关于动态膜制备过程的详细研究鲜见报道.本文针对动态膜制备过程中的工艺参数进行研究,以高岭土为动态膜预涂材料,采用错流操作,系统研究了动态膜的制备.选择6000目高岭土进行涂膜最佳条件的研究,在涂膜过程中测量下渗透液通量及涂膜量的变化,最后得出最佳涂膜条件.1实验材料及方法1.1实验材料陶瓷膜管由广东省佛山市陶瓷研究所提供,材料为α-Al2O3,内径9mm,外径13mm,长度38cm,平均孔径2μm.高岭土由山西恒源高岭土有限公司提供,规格为1250、4000、6000目.表1高岭土目数与粒径的换算Tabel1Conversionofkaolinmeshandparticlesize目数/目1250200040006000平均粒径/μm1063.122.09收稿日期:2004-09-17;修改稿收到日期:2004-12-06基金项目:上海市科委重点科技攻关项目(012312032)作者简介:卓琳云(1980-),女,湖南张家界人,硕士,主要从事膜分离方面的研究工作.第26卷第3期膜科学与技术Vol.26No.32006年6月MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYJun.2006DOI:10.16159/j.cnki.issn1007-8924.2006.03.0081.2实验装置实验装置及流程如图1所示.涂膜液罐中的涂膜液依靠重力作用从涂膜液罐流至离心泵,由离心泵提供运行总动力使涂膜液在整个系统中循环,通过出水阀门的调节,可以给予膜管一定的压力,涂膜液在压力作用下,大部分回流到涂膜罐中,少部分经膜管渗透从组件侧面出口流出,而在渗透过程中,高岭土被截留在膜管表面形成动态膜.流速及过滤压差由各阀门调节控制.采用硅橡胶作为密封垫圈,起到密封作用.1、2.涂膜液罐;3.离心泵;4.流量计;5、6.阀门;7.膜组件;8、9、10.精密压力表;11.出水图1实验流程图Fig.1Flowdiagramofprocess本实验采用错流过滤.微滤的错流过滤在近20年来发展很快,有代替死端过滤的趋势.这种操作类似于超滤和反渗透.涂膜液以切线方向流过膜表面,在压差作用下通过膜,料液中的颗粒则被膜截留而停留在膜表面形成一层动态膜.与死端过滤不同的是料液流经膜表面时产生的高剪切力可使沉积在膜表面的颗粒扩散返回主流体,从而被带出微滤组件.由于过滤导致的颗粒在膜表面的沉积速度与流体流经膜表面时有速度梯度产生的剪切力引发的颗粒返回主体流的速度达到平衡,可使该动态膜不再无限增厚而保持在一个较薄的稳定水平.因此一旦动态膜达到稳定,膜渗透可在一段