摘要：在采用SMSBR处理焦化废水的过程中，通过对污泥进行终端过滤来反映膜污染机理，着重考察了过滤过程中的阻力分布，并通过标准堵塞过滤定律和沉积过滤定律来拟合膜过滤过程，从而确定了膜污染的控制因素。污泥的阻力分布试验表明，沉积层阻力占总阻力的90%以上，并随压力的升高而增大，而内部污染阻力所占比例最小；污泥的终端过滤过程严格符合沉积过滤定律，即使在过滤初期也不受堵塞过滤的控制，这与阻力分布的结果相对应；污泥在终端过滤过程中膜的相对通量随过滤时间呈指数衰减趋势，并在几分钟内就达到相对稳定值，且低压对应较高的相对通量，但通量衰减指数和压力之间没有相关性；污泥的压密指数为0.7015。
关键字：SMSBR 焦化废水 膜污染机理 终端过滤 中图分类号：TU991.2
文献标识码：A
文章编号：1000-4602(2002)04-0005-05
Mechanism of Membrane Fouling in Coke Wastewater Treatment bySubmerged Membra ne Sequencing Batch Reactor
LI Chun jie1, GENG Yan2, ZHOU Qi2, GU Guowei2
(1.School of Environmental Science and Engineering,Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240,China;
2.State Key Lab of Pollution Control and Resource Reuse, Tongji University,Shanghai 200092,China)
Abstract：In coke wastewater treatment by submerged membrane sequencing batch reactor (SMSBR),the mechanism of membrane fouling was studied by means of dead-end filtration of activated sludge.The study focused on the resistance distribution in filtra tion and the use of standard blocking filtration law and cake filtration law to fit in with the membrane filtration,and thus determining the factors that control the membrane fouling.The test on resistance distribution showed that the cake resistance makes up over 90% of total resistance and is increased with the rising of pressure,while the internal fouling resistance has the least proportion.The dead-end filtration of sludge is in strict conformity with the cake filtration law and is not controlled by blocking filtration even in the initial filtration period.It corresponds to the resistance distribution.In dead-end filtration of sludge,the relative flux is in the tendency to the exponential decay along with f iltration time and achieves the relative stability index in a few minutes. Furthe rmore,the low pressure is in correspondence with the higher flux,however,there is no correlation between decay index of flux and pressure;the compressibility index of sludge is 0.7015.
Keywords:SMSBR; coke wastewater; mechanism of membrane fouling; dead-end filtration
1 膜污染的表征
膜污染是用膜过滤过程中的污染阻力来表征的。根据达西(Darcy‘s law)方程：
J=ΔP／μR (1)
式中 J——膜通量，m/s
μ——透过液粘度，Pa·s
R——过滤总阻力，m-1
ΔP——膜两侧压差，Pa
在实际研究中由于所选用的膜和所过滤的料液特征不同，以及为了建立相应的模型，不同的研究者对膜污染阻力也有不同的理解［1～4］，归纳如下：
① 对于膜不完全截留
R=(Rm+Rp+Rf=Rm+Rp+Ref+Rif=Rm+Rc+Rif (2)
② 对于膜完全截留
R=Rm+Rp+Ref=Rm+Rc (3)
③ 根据水力清洗
R=Rm+Rf=Rm+Rrf+Rirf (4)
式中 Rm——清洁膜固有的阻力
Rp——凝胶极化阻力
Rf——污染阻力，为Ref与Rif之和
Ref——外部污染阻力
Rif——内部污染阻力
Rc——沉积阻力，为Rp与Ref之和
Rrf——可逆污染阻力(包括极化层阻力)，能通过水力清洗消除
Rirf——(不可逆污染阻力，不能通过水力清洗消除
从以上可以看出对膜污染阻力的划分尚无定论，其中的内部污染是指小于膜孔的物质在膜孔中的堵塞和吸附，外部污染是指固体物质通过物化作用与膜紧密结合所形成的沉积层，凝胶极化阻力只有在膜过滤过程进行时才得以体现。由于凝胶极化阻力与外部污染阻力在试验中难以准确区分，因此很多情况下将其合并作为沉积层阻力。式(2)、(3)中的膜污染是根据污染发生的位置来划分的，而式(4)则是根据水力清洗的效果来划分。可见除了膜固有的阻力外，其他阻力都可根据实际需要来描述。笔者认为，广义的膜污染阻力应该定义为除了膜的固有阻力外的所有使通量衰减的过滤阻力［5］。根据污染发生的位置对各项污染阻力都进行了分析测定，经比较得出了优势污染阻力。
式(2)、(3)中的Rc可进一步表述为：
Rc=α·M=rc·δc (5)
式中 α——污泥比阻，m/kg
rc——污泥比阻，m-2
M——沉积层密度，kg/m2
δc——沉积层厚度，m
根据Carman-Kozeny公式：
式中ε——沉积层孔隙率
ρp——沉积层颗粒体积质量，kg/m3
dp——沉积颗粒平均粒径，m
Ph——通过沉积层的水力透过性，m2
式中 mp——沉积层总干重，kg
Am——膜面积，m2
所以
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