反渗透系统中硅垢污染防治技术研究

来源 :内蒙古大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:jankhxin
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反渗透技术是解决目前水资源短缺的重要手段之一,但在实际运行过程中的膜污染严重降低出水水质,缩短膜的使用寿命。而在目前膜污染防治领域中多针对碳酸水垢的去除,对于更难处理的硅酸水垢研究较少。因此,本研究选用没食子酸(GA)以实现既能在过膜前阻垢,又能将膜上硅垢分解,抑制反渗透膜上产生硅垢,而且还能使反渗透膜再生,恢复其透水性能,延长膜使用寿命的目的。本研究首先对比纯硅酸溶液过膜、硅酸和GA混合溶液过膜和GA清洗硅垢膜3组实验,分析膜表面硅垢污染情况,探讨GA对膜表面硅垢的阻垢与解垢作用,并通过优化实验流程,探究膜再生的可能性。其次,通过硅酸和GA混合溶液全波段扫描初步探究二者之间的化学反应,考察浓度、pH的影响,分析阻垢机理。最后进行GA对聚硅酸的解聚研究,通过不同形态硅酸组分含量变化、粒径变化,结合凝胶色谱法分离不同组分计算Kav值,确定GA对硅垢的解垢机理。主要结论如下:(1)纯硅酸溶液通过反渗透膜时,随着硅酸浓度(20-400 mg/L)的增大,透过相同量溶液(50 mL)所需时间间隔不断增大,出水硅酸浓度和膜通量不断减小,膜表面结垢量不断增多,SEM-EDX结果显示膜堵塞现象加剧。硅酸和GA(各400 mg/L)混合溶液过膜时,膜表面硅垢结垢量减小,GA起到一定的阻垢作用,但对膜通量没有明显改善作用。结合SEM观察可知,GA分散、阻止小颗粒硅胶体聚集成大颗粒,使其在膜表面分布得更均匀。(2)用GA清洗硅垢膜时,出水硅酸浓度明显升高,膜通量明显增大,说明GA具有解垢作用,且洗垢能力远大于超纯水(约30倍)。但因反渗透系统的回流循环过程使得GA清洗下来的硅垢再次到达膜表面,后续膜通量仍然存在降低趋势。采用无回流方式通入GA清洗硅垢膜可去除膜表面81.87%的垢量,膜通量恢复至初始通量的89.7%,能够实现膜的再生。(3)溶液全波段扫描结果显示中性、碱性条件下,硅酸与GA反应生成配合物,且其浓度随pH(6.5-10)的增大而增大。质谱分析(MS)结果表明,GA与硅酸生成1:3的[Si(C20H11O13)-COO]-配合物起到阻垢作用。FT-IR红外光谱分析观察到的Si-O-C键证明配合物能够以固体形式从溶液中沉淀分离。(4)高浓度纯硅酸溶液自聚生长为不同粒径的聚硅酸颗粒,已形成各种粒径的聚硅酸颗粒的溶液中添加GA(0-400 mg/L)后,短短的0.5h内大粒径的聚硅酸迅速分解为小粒径的聚硅酸,单硅酸浓度随之上升。继续反应,硅酸组分含量与粒径值出现波动,溶液中GA解聚与硅酸聚合反应同时发生,整体结果GA缓解硅酸聚合成更大粒径。凝胶色谱分离结果表明,GA能够附着在聚硅酸颗粒上,形成表面配合物后再以可溶性配合物的形式脱落到溶液中起到解垢作用。这是大粒径的聚硅酸被分解成小粒径的聚硅酸、单硅酸以及硅酸-GA配合物的解垢机理。
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