SMSBR處理焦化廢水的膜污染機理研究

時間：2007-09-27 來源： 作者：

1　膜污染的表征

　　膜污染是用膜過濾過程中的污染阻力來表征的。根據(jù)達西(Darcy‘s law)方程：

　　　J=ΔP／μR　　(1)

　　式中 J——膜通量，m/s
　　　　　 μ——透過液粘度，Pa·s
　　　　 R——過濾總阻力，m^-1

　　　　ΔP——膜兩側壓差，Pa
　　在實際研究中由于所選用的膜和所過濾的料液特征不同，以及為了建立相應的模型，不同的研究者對膜污染阻力也有不同的理解［1～4］，歸納如下：
　　① 對于膜不完全截留
　　R=(Rm+Rp+Rf=Rm+Rp+Ref+Rif=Rm+Rc+Rif (2)
　　② 對于膜完全截留
　　R=Rm+Rp+Ref=Rm+Rc　　(3)
　　③ 根據(jù)水力清洗
　　R=Rm+Rf=Rm+Rrf+Rirf　　(4)
　　式中　Rm——清潔膜固有的阻力
　　　　Rp——凝膠極化阻力
　　　　Rf——污染阻力，為Ref與Rif之和
　　　　Ref——外部污染阻力
　　　　Rif——內部污染阻力
　　　　Rc——沉積阻力，為Rp與Ref之和
　　　　Rrf——可逆污染阻力(包括極化層阻力)，能通過水力清洗消除
　　　　Rirf——(不可逆污染阻力，不能通過水力清洗消除
　　從以上可以看出對膜污染阻力的劃分尚無定論，其中的內部污染是指小于膜孔的物質在膜孔中的堵塞和吸附，外部污染是指固體物質通過物化作用與膜緊密結合所形成的沉積層，凝膠極化阻力只有在膜過濾過程進行時才得以體現(xiàn)。由于凝膠極化阻力與外部污染阻力在試驗中難以準確區(qū)分，因此很多情況下將其合并作為沉積層阻力。式(2)、(3)中的膜污染是根據(jù)污染發(fā)生的位置來劃分的，而式(4)則是根據(jù)水力清洗的效果來劃分。可見除了膜固有的阻力外，其他阻力都可根據(jù)實際需要來描述。筆者認為，廣義的膜污染阻力應該定義為除了膜的固有阻力外的所有使通量衰減的過濾阻力［5］。根據(jù)污染發(fā)生的位置對各項污染阻力都進行了分析測定，經(jīng)比較得出了優(yōu)勢污染阻力。
　　式(2)、(3)中的Rc可進一步表述為：
　　　　Rc=α·M=rc·δc　　(5)
　　式中 α——污泥比阻，m/kg
　　　　　rc——污泥比阻，m-2?
　　　　M——沉積層密度，kg/m-²　　　

δc——沉積層厚度，m

　　根據(jù)Carman-Kozeny公式：

　　式中ε——沉積層孔隙率
　　　　　ρp——沉積層顆粒體積質量，kg/m³

　　　　dp——沉積顆粒平均粒徑，m
　　　　Ph——通過沉積層的水力透過性，m²

　　式中 mp——沉積層總干重，kg
　　　　　 Am——膜面積，m²

　　所以

2 　膜污染過程的數(shù)學表達

　　對于膜的不完全截留，膜污染包括膜孔的堵塞和膜面沉積層的形成；而對于膜的完全截留，則只有膜面沉積層的形成。對于MBR而言，由于所過濾的活性污泥混合液是由不同顆粒范圍的物質組成，因此在污染過程中必然同時存在膜孔的堵塞和沉積層的形成，一般的過程為：在過濾初期較短的時間內(幾分鐘)以膜孔的堵塞為主，之后為沉積層控制膜過濾。筆者采用用于非牛頓流體的標準堵塞過濾定律和沉積過濾定律來表達恒壓條件下的終端過濾膜污染過程［6］。
　　標準堵塞過濾定律：

　　　　KcV/2=(t/V)-(1/Q0)　　　　　　(9)

　　利用式(9)可以判斷過濾過程是否受堵塞控制。

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