纳滤和正渗透过滤溶解性有机物的特性研究

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本课题以压力膜和渗透压膜过滤模型污染物和天然地表水的膜污染情况作为切入点,通过分析溶解性有机物的特性,对比两种膜技术在水处理过程中的异同。考察了纳滤膜和正渗透膜对模型污染物单宁酸和葡聚糖(T2)的净化效能,同时研究了影响膜通量及截留效果的物化因素,最后进行了纳滤膜和正渗透膜过滤原水的效果研究。采用HPSEC-UV-TOC联用技术进行连续的分子量分布测量,凝胶色谱柱的流速为0.5m L/min,柱温采用40℃,UV检测器在254 nm处测定样品,进样体积为100μL,测样时间为35分钟。并结合三维荧光光谱及平行因子分析法全面客观的刻画溶解性有机物及其组分的性质。以纳滤膜为代表的有压膜在饮用水处理中应用广泛,本课题考察了纳滤膜对模型污染物单宁酸和葡聚糖(T2)的净化效能,同时研究了影响纳滤膜通量及截留效果的物化因素,最后考察了纳滤膜过滤原水的效果,发现初始通量随外加压力的升高而增大,在相同的压力条件下,葡聚糖的膜通量大于单宁酸;纳滤膜对单宁酸和葡聚糖T2的去除率均在95%以上,说明纳滤能够有效地去除单宁酸和葡聚糖T2,并不受外加压力的影响。碱性条件下,单宁酸和葡聚糖(T2)的膜过滤效果更好;钙离子的存在会加重膜污染,在相同钙离子浓度条件下,相比于单宁酸,葡聚糖的污染较轻;随着初始污染物浓度的增加,膜通量衰减也更加严重;错流流速增加时,膜通量也随之增大,初始通量随错流流速的增加而线性增大,相关系数R2达到0.99944;钙离子对纳滤膜过滤单宁酸的影响比pH值的影响大,而葡聚糖(T2)则相反。纳滤膜对天然地表水中各分子量区间的溶解性有机物去除效果良好。以上试验结论为纳滤膜处理地表水提供了有效数据,有利于今后对纳滤去除溶解性有机物的深入研究。正渗透膜是近年来新兴的水处理技术。本课题考察了正渗透膜对葡聚糖(T2)的净化效能,同时研究了影响正渗透膜通量及截留效果的物化因素,最后考察了正渗透膜和纳滤膜过滤原水的效果,以及纳滤与正渗透组合工艺过滤原水的通量变化,结果如下:AL-DS模式下,增加错流流速只能在膜的支撑层表面起清洗作用,并不对支撑层内部的膜孔堵塞物有清洗效果;单宁酸主要堵塞支撑层内部,而葡聚糖多吸附在膜表面形成松散的污染层;高污染物浓度,酸性条件及钙离子存在时,膜污染更加严重;纳滤和正渗透都能有效去除原水中的溶解性有机物,正渗透膜支撑层内部污染更加严重;与纳滤相比,在AL-DS模式下正渗透对于原水中小分子量有机物的去除效果较差。在纳滤与正渗透组合工艺实验中,正渗透反冲洗后水通量提高11.51%,产水量提高10%,运行周期提高150%。以上试验结论为纳滤膜和正渗透膜处理天然地表水提供了有效数据,为今后纳滤和正渗透去除溶解性有机物的研究提供数据支持。本文采用XDLVO理论对膜污染机理进行分析,从计算所得的粘附自由能和聚合自由能看,纳滤膜通量快速下降主要是由于污染物在膜表面形成的较为致密的污染层,而正渗透膜通量的快速下降则主要是由支撑层内部的污染所致。原水中溶解性有机物对纳滤和正渗透膜通量的影响主要受到有机物-膜,以及有机物-有机物之间的酸碱相互作用力影响。有机物与正渗透膜的粘附自由能大于纳滤膜,但其水通量却较小,可能是纳滤作为有压膜,其外加压力比粘附自由能对纳滤膜污染的影响更大。
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