预涂动态膜再生原理

在膜的实际应用过程中，如何有效控制膜污染一直是一个较大的难题，作为分离膜中较特殊一员的预涂动态膜在抗污染及清洗再生方面具有较大优势，并具有制备工艺简单、膜通量高及处理效果好等优点，已成为近年来的一大研究热点。为此，本论文以预涂动态膜处理乳化油废水为应用背景，在涂膜材料筛选、预涂动态膜形成机理、预涂动态膜制备工艺及乳化油废水处理工艺优化、抗污染性能及其清洗再生等方面展开了研究。 在涂膜材料筛选研究中，以乳化油废水处理中的膜通量和截留率为判据，考察了各涂膜材料的性能，并用SEM扫描电镜进行了形貌分析。用高岭土、TiO2、ZnO2、 MnO2和Fe(OH)2·FeOOH涂膜30分钟时，膜通量已达到稳定状态，动态膜层已基本形成用聚丙烯酸、聚乙二醇和硅酸钠涂膜结束时，膜通量还未稳定，其衰减幅度非常大。除聚丙烯酸和聚乙二醇预涂动态膜外，其它预涂动态膜表面都比基膜表面密实。处理乳化油废水过程中，基膜直接处理时的膜通量衰减最严重，截留率也最低用高岭土、TiO2、ZnO2、MnO2和Fe(OH)2·FeOOH预涂动态膜处理时不仅稳态膜通量较高，而且稳定状态下的截留率也较高，渗透液含油量都低于10 mg·L-1。综合各预涂动态膜涂膜的分离性能、SEM膜表面形貌、材料价格及类型等因素，最终筛选高岭土和MnO2在后续试验研究中使用。 在预涂动态膜形成机理研究中，探讨了预涂动态膜形成过程中涂膜粒子的转移规律，并对预涂动态膜形成机理进行了模型化研究，还通过实验验证了模型的有效性。在膜孔堵塞、深床过滤、颗粒受力平衡及滤饼过滤基本理论基础之上，提出悬浮颗粒物堵塞基膜膜孔和形成动态膜层是预涂动态膜形成过程中同时并存的粒子行为，且动态膜层对小于基膜膜孔的细小颗粒物具有捕集作用，以此为基础建立了一种新的预涂动态膜形成过程理论模型。在不同错流速度、跨膜压差、涂膜溶液浓度及操作温度下，膜通量和涂膜量的模型计算值和实验值的吻合度较好，模型模拟过程是有效的。在预涂动态膜的制备过程中，动态膜层阻力、基膜总阻力及动态膜层比阻等模型参数不易直接测定出来，而掌握这些参数的变化特性有助于充分认识预涂动态膜形成机理，所建立模型还能有效模拟这些参数在不同制备条件下的变化特性，为优化工艺运行参数提供理论参考。 在预涂动态膜制备工艺研究中，考察了预涂动态膜制备工艺条件对其处理乳化油废水过程中的膜通量和截留率的影响。基膜孔径在微滤范围内变动及涂膜所用跨膜压差对预涂动态膜处理乳化油废水中的膜通量和截留率影响不大而涂膜所用错流速度和涂膜溶液浓度对预涂动态膜处理乳化油废水中的膜通量和截留率有一定的影响。高岭土预涂动态膜最佳制备条件为:基膜平均孔径为1.0μm，涂膜溶液浓度为0.4 g·L-1，错流速度为1.5 m·s-1，跨膜压差为0.2 MPa。高岭土/MnO2双层复合预涂动态膜处理乳化油废水的效果优于其它类型预涂动态膜，涂膜时高岭土和KMnO4溶液的最佳浓度分别为0.4g·L-1和0.1 g·L-1。 在乳化油废水处理工艺研究中，以乳化油废水处理过程中的稳态膜通量和截留率为指标，分析讨论了预涂动态膜在不同工艺条件下处理乳化油废水的适宜性。对高岭土预涂动态膜而言，跨膜压差及操作温度越高，稳态膜通量越高，截留率越低错流速度越高，稳态膜通量及截留率越高当废水呈酸性时，稳态膜通量较高，但渗透液呈酸性，不宜在酸性条件使用。在跨膜压差和错流速度分别为0.2 MPa和在1.5 m·s-1，废水排出温度或室温及中性或弱碱性条件下操作时较适宜。对高岭土/MnO2双层复合预涂动态膜而言，截留率随乳化油浓度的增高而增高，在低浓度范围内增加乳化油浓度时，稳态膜通量降幅较大若把废水pH值从6.8调至10.5，截留率变化不大，膜通量小幅上升，若把废水pH值从10.5调节至4.2，截留率小幅下降，膜通量升幅明显，但渗透液呈酸性当操作温度从283 K升至313 K时，稳定状态下的截留率从99.9％降至98.1％，稳态膜通量从120.1 L·m-2·h-1升至153.2 L·m-2·h-1，低温下升高温度时，稳态膜通量升幅明显。 在预涂动态膜抗污染性能及其清洗工艺研究中，测算了预涂动态膜及陶瓷膜（基膜）分别处理乳化油废水中的阻力分布，分析讨论了预涂动态膜的抗污性能，提出了合理有效的清洗工艺。乳化油污染阻力明显高于基膜固有阻力及涂膜粒子造成的阻力，乳化油污染作用是膜通量发生衰减的主要原因复合预涂动态膜所用基膜的污染程度低于高岭土预涂动态膜所用基膜，且两基膜污染程度都比陶瓷膜的内部污染轻复合动态膜层污染程度比高岭土动态膜层轻。清洗污染预涂动态膜时，若去掉动态膜层后基膜纯水通量衰减率低于80％时，基膜不经清洗并可直接涂膜否则，必须清洗基膜，此时可先用小功率超声探头清洗5分钟，再用0.1 mol·L-1的氢氧化钠和0.1 mol·L-1盐酸溶液分别反冲洗15分钟，再用小功率超声探头清洗5分钟，基膜纯水通量可恢复98％以上。 综上所述，预涂动态膜处理乳化油废水是一种新型高效的技术，其开发应用前景较好。所建立数学模型的模拟效果好，适用范围广，丰富了预涂动态膜形成理论模型，可为优化预涂动态膜工艺运行参数提供理论参考。

作者&机构

（1）根据铁黄的组成，从物质的分类的角度看FeOOH为纯净物或化合物，故答案为：纯净物或化合物；

（2）从流程图中可知，第②步反应物为FeS2和Fe3+，产物为Fe2+和S，所以根据元素化合价变化可知被氧化的元素是S，故答案为：S；

（3）根据流程图可知步骤③中，添加的反应物是氨水和空气，所以线段1溶液的pH快速下降的原因是沉淀溶解平衡Fe（OH）2?Fe2++2OH-向生成Fe（OH）2的方向移动，pH快速下降，随着空气的通入，溶液中沉淀溶解平衡：Fe（OH）2?Fe2++2OH-和氧化还原反应平衡：4Fe2++O2+6H2O?4FeOOH+8H+，两个平衡生成的OH-和H+的速率相当，所以线段2溶液pH的变化缓慢；由图示可知，线段3的pH最终小于7，则 说明反应体系中已经没有Fe（OH）2，残留Fe2+促使氧化还原平衡向右移动，产生大量的H+，

故答案为：沉淀溶解平衡Fe（OH）2?Fe2++2OH-向生成Fe（OH）2的方向移动，pH快速下降；溶液中沉淀溶解平衡产生的OH-和氧化还原平衡产生H+的速率相当；体系中已经没有Fe（OH）2，残留Fe2+促使氧化还原平衡向右移动，产生大量的H+；

（4）根据流程图中的提示信息“向滤渣加水”，应为洗涤沉淀的操作，故答案为：洗涤；

（5）n（H2Y）=0.0255L×0.100 0mol?L-1=0.00255mol，根据反应的方程式Fe3++3H2Y=[FeY2]-3+6H+，

可知100mL溶液含有n（Fe3+）=

0.00255mol

3

×4，m（Fe3+）=

0.00255mol

3

×4×89g/mol=0.3026g，

则样品纯度=

0.3026g

0.3107g

×100%=97.4%，

故答案为：97.4%．

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