电渗析技术作为一种新兴的膜分离技术,被广泛应用于化工、医药、海水苦咸水淡化、废水处理等多种行业,离子交换膜的污染却成为制约其进一步发展的瓶颈。离子交换膜的污染会导致膜电阻增大,膜堆性能降低,进而影响电渗析操作的正常运行。膜污染的种类主要有无机污染、有机污染和微生物污染等,其中有机物易造成阴离子交换膜(AEM)的不可逆污染,而金属离子会与有机物发生螯合作用进而影响膜污染。本文以有机物/金属离子复合污染物为研究对象,探索自配水体系在电渗析过程中,金属离子对离子交换膜有机污染的影响。本文应用扩展Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek(XDLVO)理论定量解析阴离子交换膜与有机物/金属离子复合污染物之间的相互作用力,系统研究了三种有机物(海藻酸钠(SA)、腐殖酸(HA)、牛血清白蛋白(BSA))对阴离子交换膜的污染机理,重点考察金属离子(钙离子(Ca2+)、铁离子(Fe3+))浓度对膜有机污染机制的影响。结果表明,溶液中存在钙离子与不存在钙离子相比,钙离子极大地加剧了阴离子交换膜的污染。钙离子在膜污染过程中起到桥接作用致使膜表面形成更加致密的污染层。钙离子浓度为4mmol/L时,海藻酸钠污染后的膜与污染物之间的相互作用能最低,为-22.09mJ/m-2;钙离子为8mmol/L时,腐殖酸和牛血清白蛋白污染后的膜与污染物之间的相互作用能最小,分别为-18.55mJ/m-2和-20.57 mJ/m-2。此外,通过XDLVO理论对膜与污染物之间相互作用能的分析,揭示了短程酸碱(AB)相互作用能在ED过程中相互作用自由能的组分中起重要作用,钙离子主要通过影响AB相互作用能来影响总相互作用能。而且,钙离子对阴离子交换膜的有机膜污染的影响遵循以下顺序:SA>HA>BSA。根据XDLVO理论,三价铁离子的存在也对离子交换膜的污染有所影响。铁离子在海藻酸钠对离子交换膜污染影响中较为微弱;而当进水铁离子浓度较高时,对阴离子交换膜腐殖酸污染的影响较大。铁离子对牛血清白蛋白污染的影响随铁离子浓度的增加而加重。在所有的铁离子体系中,阴离子交换膜与污染物之间的作用均为吸引力作用,在铁离子浓度为4mg/L范围内铁离子对阴离子交换膜的有机膜污染的影响遵循以下顺序:BSA>HA>SA。此外,该研究表明,膜与污染物之间的总相互作用能减小,膜污染加剧。同时,金属离子能够与有机物发生架桥作用形成螯合物,造成相互作用能的增加,加剧膜污染行为;进而造成的膜污染越严重,电渗析脱盐性能越差。