典型无机污染物与溶解性有机物共存时的PVDF超滤膜污染行为研究

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本研究选用不同尺寸的二氧化硅(SiO2)及高岭土等典型无机污染物代表无机膜污染物,腐殖酸(HA)、牛血清蛋白(BSA)代表有机膜污染物,分别进行单种污染物及无机-有机污染物共存时的膜污染试验,结合膜-污染物及污染物-污染物间的微观作用力测定,评价无机污染物与有机污染物复合共存时的PVDF超滤膜污染机制。主要结论如下:(1)当污水中的有机污染物为HA时:(1)HA对超滤膜的污染幅度明显大于任一种无机污染物所引起的膜污染程度,主要是因为无机物之间有较强的相互作用力致使形成较大尺寸的团聚体,不易进入膜孔。(2)高岭土、微米级SiO2等尺寸较大的无机污染物与HA共存时,无机污染物的浓度不同以及运行阶段的不同,有机-无机共存体系的污染行为并不相同。运行初期,不管无机污染物浓度的大小,无机污染物的存在皆减缓了膜污染。这是因为SiO2-HA之间的作用力导致部分HA吸附在无机污染物表面,降低了HA在膜面的吸附累积及进入膜孔的机率,从而减缓了超滤膜通量衰减速率。但是,随着过滤的进行,滤饼层逐渐形成,滤饼层逐渐成为控制膜污染的主要因素,随着污水中无机污染物浓度的增加,滤饼层的形成速率加快。所以随着污水中无机污染物浓度的增加,其在运行后期引起的膜通量衰减愈大。(3)无机污染物的尺寸亦是影响超滤膜污染行为的关键。与HA污染膜相比较,HA-纳米级SiO2污染膜通量衰减速率及衰减幅度明显增大,且随着污水中纳米级SiO2浓度的增加,其对HA污染膜的加重程度也随之增大。这是因为SiO2-HA聚合体形成,破坏了大量SiO2团聚在一起。而SiO2-PVDF之间较强的相互作用力,使得SiO2及SiO2-HA团聚体快速吸附累积于膜孔及膜面,加剧膜污染。而随着污水中纳米级SiO2的浓度的增加,污水中SiO2-HA聚合体的含量以及聚合体中SiO2的含量也随之增多,从而增加了膜孔堵塞的几率。(2)当污水中的有机污染物为BSA时:(1)BSA对超滤膜的污染幅度明显大于任一种无机污染物所引起的膜污染幅度,主要是因为无机物之间有较强的相互作用力致使形成较大尺寸的团聚体,不易进入膜孔。(2)当无机污染物为微米级SiO2时,在所考察的浓度范围内,无机污染物的浓度对BSA污染膜的减缓程度影响不大,这是由于微米级SiO2与BSA形成的聚合体是稳定不变的。且由于BSA与PVDF膜之间的粘附力较大,对PVDF膜的污染更为严重,表面滤饼层结构形成较快,无机污染物浓度的大小对其滤饼层形成的速率影响不大。(3)当无机污染物为纳米级SiO2时,随着污水中纳米级SiO2浓度的增加,其对BSA污染膜的减缓程度也随之增大,这是因为纳米级SiO2的浓度越大,形成聚合体的聚合程度越高,形成的聚合体的粒径也较大。且随着纳米级SiO2浓度的增大,聚合体中纳米级SiO2的含量也随之增多,进一步减弱了PVDF膜对BSA的吸附性能。
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