研究小組發(fā)現(xiàn)，新興的鈦基混凝劑可以增強陶瓷膜的過濾性能

膜技術廣泛應用于水處理中，用于去除污染水中的懸浮顆粒、膠體和有機污染物。作為無機膜的典型代表，具有高通量和耐化學性等優(yōu)點，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值。

 

然而，膜污染是膜工藝發(fā)展和推廣的關鍵問題。這個問題廣泛存在于各種膜工藝中，特別是在廢水過濾的壓力驅動過程中。因此，陶瓷膜也不可避免地受到膜污染的限制。因此，在水處理過程中迫切需要一種有效的減少膜污染的預處理技術。

 

混凝法因其低成本、高性能和去除天然有機物（NOM）的能力而被認為是最成功的膜污染預處理技術之一。目前，基于鋁和鐵的鹽是最普遍的混凝劑，因為它具有優(yōu)異的混凝性能和成本效益。

 

但鋁基和鐵基鹽的應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的工藝，近年來因其無毒、性能優(yōu)異和污泥回收利用等優(yōu)點而受到廣泛關注。有望作為新一代混凝劑替代鋁基、鐵基混凝劑，實現(xiàn)高效安全的水質凈化。

 

濟南大學、齊魯工業(yè)大學（山東省科學院）和香港大學的研究人員以新興鈦基混凝劑（聚氯化鈦，PTC）為例，對鈦基混凝劑的預混凝性能進行了評估。將混凝劑與傳統(tǒng)的鋁基混凝劑（聚合氯化鋁，PAC）進行比較，并使用四種不同的數(shù)學模型綜合研究以下陶瓷膜錯流過濾的污染機理。這項研究在線發(fā)表在環(huán)境科學與工程前沿。

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

 

與 PAC 相比，PTC 具有顯著優(yōu)勢，可去除約 20% 的有機物。用陶瓷膜對 PTC 凝結的流出物進行后續(xù)過濾，產生的濾液質量得到改善（DOC 去除率約為 78.0%），通量約為 600 L/(m² ·h)。

 

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

 

四個數(shù)學模型用于模擬陶瓷膜的污染機制。在 PTC 案例中，由于經典 Hermia 模型模擬表明的濾餅主要污染機制，膜污染稍慢，而對于 PAC，標準過濾/中間過濾（膜孔阻塞）也是關鍵污染機制。

 

并且 Visvanathan 和 Ben aïm 報告的標準法過濾和經典濾餅過濾模型不適用于陶瓷膜的污染表征，沒有識別所有不同情況的R2值。需要進行分段模擬，以使用線性經典 Hermia 模型區(qū)分 PTC 和 PAC 案例之間的結垢機制差異。

 

本研究研究了PTC預凝聚增強陶瓷膜的錯流性能。結果表明，陶瓷膜過濾對地表水處理表現(xiàn)出較高的性能，PTC預混凝可顯著提高陶瓷膜的過濾性能，有效控制陶瓷膜污染。

 

該工作不僅為提高水處理過濾性能提供了一種高效的預處理技術，而且為先進的預混凝技術對抗膜污染的開發(fā)和評估提供了前進的方向。