膜技術(shù)廣泛應(yīng)用于水處理中，用于去除污染水中的懸浮顆粒、膠體和有機(jī)污染物。作為無(wú)機(jī)膜的典型代表，具有高通量和耐化學(xué)性等優(yōu)點(diǎn)，陶瓷膜在地表水、工業(yè)廢水、城市污水和飲用水的處理中具有巨大的潛在價(jià)值。

 

然而，膜污染是膜工藝發(fā)展和推廣的關(guān)鍵問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題廣泛存在于各種膜工藝中，特別是在廢水過(guò)濾的壓力驅(qū)動(dòng)過(guò)程中。因此，陶瓷膜也不可避免地受到膜污染的限制。因此，在水處理過(guò)程中迫切需要一種有效的減少膜污染的預(yù)處理技術(shù)。

 

混凝法因其低成本、高性能和去除天然有機(jī)物（NOM）的能力而被認(rèn)為是最成功的膜污染預(yù)處理技術(shù)之一。目前，基于鋁和鐵的鹽是最普遍的混凝劑，因?yàn)樗哂袃?yōu)異的混凝性能和成本效益。

 

但鋁基和鐵基鹽的應(yīng)用分別受到生物毒性和廢水著色的限制。鈦基混凝劑是一種先進(jìn)的工藝，近年來(lái)因其無(wú)毒、性能優(yōu)異和污泥回收利用等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。有望作為新一代混凝劑替代鋁基、鐵基混凝劑，實(shí)現(xiàn)高效安全的水質(zhì)凈化。

 

濟(jì)南大學(xué)、齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）和香港大學(xué)的研究人員以新興鈦基混凝劑（聚氯化鈦，PTC）為例，對(duì)鈦基混凝劑的預(yù)混凝性能進(jìn)行了評(píng)估。將混凝劑與傳統(tǒng)的鋁基混凝劑（聚合氯化鋁，PAC）進(jìn)行比較，并使用四種不同的數(shù)學(xué)模型綜合研究以下陶瓷膜錯(cuò)流過(guò)濾的污染機(jī)理。這項(xiàng)研究在線發(fā)表在環(huán)境科學(xué)與工程前沿。

在這項(xiàng)研究中，研究小組發(fā)現(xiàn)新興的鈦基混凝劑增強(qiáng)了陶瓷膜的過(guò)濾性能。

 

與 PAC 相比，PTC 具有顯著優(yōu)勢(shì)，可去除約 20% 的有機(jī)物。用陶瓷膜對(duì) PTC 凝結(jié)的流出物進(jìn)行后續(xù)過(guò)濾，產(chǎn)生的濾液質(zhì)量得到改善（DOC 去除率約為 78.0%），通量約為 600 L/(m² ·h)。

 

作為參考，PVDF 膜過(guò)濾可以獲得相當(dāng)?shù)?DOC 去除率（約 77.0%），但過(guò)濾通量較低，僅為60 L/(m² ·h)。

 

四個(gè)數(shù)學(xué)模型用于模擬陶瓷膜的污染機(jī)制。在 PTC 案例中，由于經(jīng)典 Hermia 模型模擬表明的濾餅主要污染機(jī)制，膜污染稍慢，而對(duì)于 PAC，標(biāo)準(zhǔn)過(guò)濾/中間過(guò)濾（膜孔阻塞）也是關(guān)鍵污染機(jī)制。

 

并且 Visvanathan 和 Ben aïm 報(bào)告的標(biāo)準(zhǔn)法過(guò)濾和經(jīng)典濾餅過(guò)濾模型不適用于陶瓷膜的污染表征，沒(méi)有識(shí)別所有不同情況的R2值。需要進(jìn)行分段模擬，以使用線性經(jīng)典 Hermia 模型區(qū)分 PTC 和 PAC 案例之間的結(jié)垢機(jī)制差異。

 

本研究研究了PTC預(yù)凝聚增強(qiáng)陶瓷膜的錯(cuò)流性能。結(jié)果表明，陶瓷膜過(guò)濾對(duì)地表水處理表現(xiàn)出較高的性能，PTC預(yù)混凝可顯著提高陶瓷膜的過(guò)濾性能，有效控制陶瓷膜污染。

 

該工作不僅為提高水處理過(guò)濾性能提供了一種高效的預(yù)處理技術(shù)，而且為先進(jìn)的預(yù)混凝技術(shù)對(duì)抗膜污染的開(kāi)發(fā)和評(píng)估提供了前進(jìn)的方向。