Membranteknologi används i stor utsträckning vid vattenbehandling för att avlägsna suspenderade partiklar, kolloider och organiska föroreningar från förorenat vatten. Som en typisk representant för oorganiska membran med fördelar som högt flöde och kemisk beständighet, har keramiskt membran ett enormt potentiellt värde vid behandling av ytvatten, kommunalt avloppsvatten och dricksvatten.

Emellertid är membrannedsmutsning en kritisk fråga för utveckling och främjande av membranprocess. Detta problem finns i stor utsträckning i olika membranprocesser, särskilt under den tryckdrivna processen med avloppsvattenfiltrering. Som ett resultat begränsas keramiska membran också oundvikligen av membrannedsmutsning. Därför behövs en effektiv förbehandlingsteknik för att minska nedsmutsning av membranet i vattenbehandlingsprocessen.

Koagulering anses vara en av de mest framgångsrika förbehandlingsteknikerna mot membrannedsmutsning på grund av dess låga kostnad, höga prestanda och förmågan att avlägsna naturliga organiskt material (NOM). För närvarande är Al- och Fe-baserade salter de mest utbredda koaguleringsmedlen på grund av överlägsen koaguleringsprestanda och kostnadseffektivitet.

Men tillämpningarna av Al- och Fe-baserade salter begränsas av den biologiska toxiciteten respektive avloppsfärgningen. En avancerad process, titanbaserade koagulanter har rönt stor uppmärksamhet de senaste åren på grund av ofarlighet, utmärkta prestanda och slamåtervinning. Det förväntas användas som en ny generation koaguleringsmedel för att ersätta Al- och Fe-baserade koagulanter för att uppnå effektiv och säker vattenrening.

Baserat på fallet med framväxande titanbaserad koaguleringsmedel (polytitaniumklorid, PTC), utvärderade forskarna från University of Jinan, Qilu University of Technology (Shandong Academy of Sciences) och University of Hong Kong pre-koaguleringsprestandan hos titanbaserade koaguleringsmedel som jämfördes med konventionellt Al-baserat koaguleringsmedel (polyaluminiumklorid, PAC), och använde fyra olika matematiska modeller för att syntetiskt undersöka nedsmutsningsmekanismerna för följande keramiska membrankorsflödesfiltrering. Denna studie är publicerad online i Frontiers of Environmental Science &Engineering .

I den här studien fann forskargruppen att filtreringsprestandan hos keramiskt membran förbättrades av det framväxande titanbaserade koaguleringsmedlet. PTC visade en betydande fördel jämfört med PAC, vilket resulterade i cirka 20 % högre borttagning av organiskt material. Den efterföljande filtreringen av det PTC-koagulerade utflödet med keramiskt membran gav ett filtrat med förbättrad kvalitet (ca 78,0 % avlägsnande av DOC) och ett högt flöde på cirka 600 L/(m ² ·h).

Som referens kunde PVDF-membranfiltreringen erhålla jämförbart DOC-avlägsnande (cirka 77,0%), men med ett lågt filtreringsflöde på ca. 60 L/(m ² ·h) endast. Fyra matematiska modeller var inblandade i att simulera nedsmutsningsmekanismerna hos keramiska membran. I PTC-fallet var membrannedsmutsningen något långsammare på grund av den huvudsakliga nedsmutsningsmekanismen för kakfiltrering, vilket indikerades av den klassiska Hermias modellsimulering, medan för PAC var standardfiltrering/mellanfiltrering (blockering av membranporer) också en nyckelförorening mekanism.

Och standardlagen för filtrering och klassisk kakfiltreringsmodell som rapporterats av Visvanathan och Ben aïm var inte lämpliga för nedsmutsning av det keramiska membranet utan identifiering av R ² värden för alla olika fall. En segmenterad simulering krävdes för att särskilja skillnaden mellan nedsmutsningsmekanismer mellan PTC- och PAC-fall med hjälp av en linjär klassisk Hermias modell.

Denna studie undersökte den förbättrade korsflödesprestandan hos keramiskt membran genom PTC-förkoagulering. Det visade sig att den keramiska membranfiltreringen visade hög prestanda för ytvattenbehandling och PTC-förkoaguleringen kunde signalmässigt förbättra keramiska membranfiltreringsprestanda och effektivt kontrollera keramiska membranföroreningar. Detta arbete ger inte bara en högeffektiv förbehandlingsteknik för att förbättra filtreringsprestanda vid vattenbehandling utan erbjuder också en väg framåt för utveckling och utvärdering av avancerade förkoagulationsteknologier mot membrannedsmutsning. + Utforska vidare

Forskare reglerar porstorleksfördelningen för att förbättra nanofiltreringsmembranet