基于XDLVO理论的亲疏水组分对超滤膜污染的影响

天然有机物的亲疏水性对膜污染的影响较大,但目前对其缺乏深入理解。以东江水为超滤原水,从界面作用角度探究不同亲疏水组分对超滤膜污染的影响。结果显示：原水中强疏水性和弱疏水性组分主要为腐殖类和蛋白类物质,而亲水组分主要为多糖类物质;相比疏水性组分,亲水性组分对超滤膜的污染较为严重。进一步采用腐殖酸（HA）、牛血清白蛋白（BSA）、海藻酸钠（SA）作为亲疏水组分的代表,研究各类污染物在不同pH条件下的污染行为。对于SA和HA,随着pH的增加膜通量衰减趋缓,对于BSA来说,在pH远离零电荷点（pH=4.7）时膜通量衰减较为缓和;整体来看,三者对膜污染的严重程度排序为SA>HA>BSA。采用XDLVO理论从界面作用能角度来理解膜污染,结果发现：不同pH条件下三类污染物对膜污染的影响与界面能垒呈现正相关性,能垒越大,膜表面对污染物的抵抗作用越强,越有利于缓解膜污染;此外,膜过滤后期的相对平稳通量值与“污染物-污染膜”界面能垒呈线性正相关。研究结果对原水预处理及水化学调配控制污染具有重要的启发。     

基于化学清洗的超滤膜污染研究

先后采用次氯酸钠和盐酸两种药剂对长期运行的超滤膜进行化学清洗,利用基于化学清洗的膜污染研究方法,分析混凝—浸没式超滤组合工艺中造成膜污染的主要物质成分.结果表明,经次氯酸钠清洗后,膜池中UV254 DOG、Al、Fe的浓度增加,增幅分别达到0.146 3 cm-1、4.14mg/L、0.058 mg/L、0.005 mg/L;继续使用盐酸进行化学清洗,膜池中UV254、DOC、Al、Fe的浓度分别增加了0.070 9 cm-、0.83 mg/L、18.293 mg/L、2.673 mg/L.化学清洗后,膜丝表面的C、O、Si、A1的相对含量分别下降5.2％、10.5％、1.8％、0.6％,F的相对含量升高17.8％.长期运行的超滤膜存在严重的有机物污染和Al、Si等无机元素沉积现象,次氯酸钠清洗可有效去除膜的有机物污染,随后的盐酸清洗可解除无机元素的沉积,同时实现有机物的进一步去除,但化学清洗后仍然存在残留污染.     

锰离子在超滤膜有机物污染中的作用与机理研究

为了解锰及其与天然有机物的络合物对超滤膜污染的影响,通过小试研究了Mn2+在超滤膜污染中的作用与机理。研究显示,Mn2+自身并不会造成超滤膜污染,同时超滤膜对其也没有截留效果。但当水中存在有机物时,Mn2+会严重加剧超滤膜的污染。而当Mn2+含量增加至0.50 mg/L时,相对跨膜压差(P/P0)增加至2.2,相比不含Mn2+时增加了约47%。扫描电镜显示,超滤膜污染层厚达15μm且较为致密。对污染机理的研究显示,Mn2+会使得有机物的Zeta电位下降、粒度增加,从而降低腐殖酸分子之间的排斥力,使得污染层在超滤过程中更易被压实,形成更为致密的滤饼层,从而加剧了膜污染。     

特型超滤膜净水机理研究

传统超滤过程中，水质常常与膜孔径相关。而工作过程中，膜处理效果又容易受浓差极化的影响而降低产水的水量和水质。同时，为防止浓差极化而进行频繁的反冲洗也会造成制水效率的降低。特型膜作为一种新型超滤膜，利用进水进入膜件时所具有的流速，冲刷膜面，并且对其他可控参数进行优化，以期达到减轻膜污染的目的。     

基于Zeta电位法研究腐殖酸对超滤膜的污染

基于Zeta电位法表征膜表面的荷电性能,分析单一腐殖酸或与Ca~(2+)共存下的吸附行为对超滤膜表面Zeta电位的影响及膜通量的变化,深入了解膜与腐殖酸的作用机制,阐释超滤膜污染的作用机理,为表征超滤膜的耐污染性能提供一种新颖的有效手段。结果表明,在中性溶液中,PVDF超滤膜表面ζ0,电性为负;腐殖酸的吸附导致膜通量大幅衰减,同时Zeta电位变化明显,随着腐殖酸浓度的增加,Zeta负电位变大; Ca~(2+)加速了对腐殖酸的吸附,同时中和膜表面所吸附的负电荷,削弱膜与腐殖酸分子之间的静电排斥作用,导致吸附增加,膜通量下降,加重膜污染。     

超滤膜的污染控制研究进展

以超滤技术为核心的组合工艺作为微污染水源水处理的一项新技术,引起了人们越来越多的关注,成为给水处理领域研究的热点,也为农村和小城镇水厂提供了很好的处理工艺,但膜污染一直是超滤技术在实际工程中推广应用所面临的一大障碍.总结了近年来超滤膜污染控制方面的新进展,包括膜污染的成因及机理、膜污染防治以及膜清洗等,并提出了今后超滤膜污染研究的重点和方向.     

粉末活性炭吸附对超滤膜污染的影响研究

进行了粉末活性炭(PAC)吸附缓解浸没式和内压式超滤膜污染试验研究,并探讨了PAC吸附缓解膜污染的机理。浸没式超滤膜试验结果表明:PAC通过吸附溶解小分子有机物,减少了膜孔堵塞和膜孔内吸附污染,缓解了运行初期通量的快速下降;但PAC在膜表面的累积会降低浸没式超滤膜的起始通量。内压式超滤膜试验结果表明:膜前PAC吸附预处理能提高对有机物的去除效能,降低膜表面的污染负荷,从而降低TMP及其增长速度。     

运行条件对超滤膜污染的影响

为了进一步明确超滤过程中运行条件对膜污染的影响 ,以三菱造纸厂黑液经井水稀释 (10 4 ～ 10 5倍 )作为试验原水 ,用截留分子质量为 15× 10 4 的超滤膜对不同原水浓度、透水率、反冲洗方式、间隔时间、压力等条件下的膜压差变化情况进行了试验。结果表明 :原水浓度在E2 60 值为 0 .0 3～ 0 .16之间运行 ,可以控制膜压差的迅速增大 ,提高运行效率 ;相反E2 60 >0 .35时 ,可能引起膜的不可逆污染。在不影响系统压力的原则下 ,增大膜表面的流速可以起到边透水边洗膜的作用 ,即膜表面流速为 1.6m/s时能大大缓解膜压差的增加。虽然反冲洗的间隔时间和压力会影响膜压差 ,但前者并不是重要的影响因素。从水质结果可以看出 ,膜污染层起到了和膜本体同样的过滤作用。     

清洗工艺对中空纤维超滤膜污染的影响研究

采用连续式膜过滤(CMF)工艺流程评测清洗工艺对中空纤维超滤膜污染的影响,重点考察物理清洗和化学清洗对膜污染的去除效果。物理清洗采用反洗、曝气工艺,并确定了最佳物理清洗参数,即反洗流速为4.3~4.8 m~3/h、总反洗水量为0.04~0.05 m~3、曝气流速为15~18m~3/h、总曝气量为0.20~0.25 m~3,在日常维护清洗中,使用次氯酸钠清洗40 min即可满足清洗要求,在经过几次化学清洗周期后建议使用次氯酸钠+柠檬酸进行化学清洗。试验证明,最优工况下,膜产水水质优良并具有极高稳定性,吨水能耗明显低于其他工况。     

三种有机物对超滤膜污染的界面作用研究

对腐殖酸、多糖类物质、蛋白质类物质所引起的超滤膜初期污染进行了比较,并对有机物和超滤膜的Zeta电位、接触角进行了测试,进而依据扩展DLVO(XDLVO)理论分析了三种有机物与超滤膜之间的界面自由能和界面作用力,并解释了三种有机物在相同运行条件下造成不同膜通量下降的相关机制。研究表明,三种有机物与超滤膜之间均存在较强的双电层斥力,但范德华力和酸碱力则各不相同。总界面力的作用范围不同是海藻酸钠形成较强膜污染的主要原因;蛋白质和腐殖酸与超滤膜之间总界面力的作用范围相当,但蛋白质与超滤膜之间相对较小的双电层斥力势垒可能是蛋白质相对腐殖酸更易造成膜污染的原因。应用XDLVO对超滤膜污染机制的研究会为膜污染控制策略的选择提供一定的理论依据。     

超滤膜处理沉淀池出水的膜污染影响因素研究

在中试规模下采用超滤膜处理供水厂的沉淀池出水,考察了供水厂原水水质期、混凝剂和助凝剂的种类、膜通量以及过滤周期等因素对膜污染的影响.结果表明,不同水质期的膜污染速度顺序为:低温低浊期>常温常浊期>高温高藻期;混凝剂及助凝剂的种类和投量对膜污染有一定的影响;膜通量越小、过滤周期越短,则膜比通量下降速率和衰减速率越小,膜污染速度越慢.     

超滤膜化学清洗及污染原因分析

对某热电厂锅炉补给水处理系统超滤膜污染物进行分析,确定其主要成份为有机物、泥沙和铁等。确定化学清洗方案后对4套超滤进行在线清洗。清洗后进出水压差恢复至0.02MPa,产水量达到105m3/h,清洗效果良好。从系统设备和运行操作两方面分析超滤膜污染的原因并提出改进建议。     

反洗水组分对超滤膜污染的影响

超滤反洗如同短时间的"死端过滤",反洗水组分对超滤膜污染进程有重要影响,以腐殖酸(HA)、Na~+和Ca~(2+)模拟反洗水中的小分子有机物、一价和二价金属阳离子,将海藻酸钠(SA)作为典型污染物,通过死端过滤的方式分析了反洗水中的不同组分对PVDF超滤膜污染的影响。同时借助质量守恒定律对膜的反洗效率和反洗后污染物的去除情况进行了定量分析。结果表明,反洗水中单独存在的小分子有机物对膜污染的影响并不显著,但小分子有机物协同金属阳离子对膜污染产生了较为明显的不利影响;一方面Ca~(2+)、Na~+等阳离子能够与带负电的HA小分子吸附结合,形成尺寸较大的聚集体,导致膜内壁污染以及反洗膜孔的堵塞,从而降低反洗效率,加剧膜面污染物的积累;另一方面,通过Ca~(2+)、Na~+等阳离子的"架桥作用"与电荷屏蔽效应,强化了膜表面污染物与膜壁之间的静电吸附作用,导致了更为严重的不可逆污染。     

铜绿微囊藻分泌物对超滤膜污染的影响

通过对实验室培养的铜绿微囊藻及其胞外分泌物进行研究,证实在不同生长阶段胞外分泌物的主要成分均为亲水性的大分子物质(30 ku)。在对分泌物的重要组成物质(碳水化合物和蛋白质)进行分析后发现,其浓度均随藻细胞的生长繁殖而逐渐增加。随着时间的变化,碳水化合物与溶解性有机碳(DOC)的比值逐渐降低,而蛋白质与DOC的比值以及蛋白质与碳水化合物的比值均呈增加的趋势。在采用超滤膜过滤含藻水时,藻细胞浓度及胞外分泌物浓度对膜污染的影响相当明显。藻细胞和腐殖酸间的协同作用,造成了更加严重的膜污染。相比藻液,单独的胞外分泌物能引起更为严重的膜污染现象。     

平板超滤膜在微污染水源水处理中的应用研究

为解决微污染水源水处理难题,采用浸没式平板超滤膜进行了超滤直接处理微污染水源水的现场中试研究.结果表明,直接超滤对微污染水源水中浊度的去除率＞99.0%,出水浊度＜0.1 NTU;对CODMn的去除率为25.8%～46.9%,出水CODMn＜2.5 mg/L;对UV254的去除能力相对较低,平均去除率为13.3%;超滤膜跨膜压差的增幅和过滤时间呈较好的线性关系;辅助空气表面冲洗可明显降低跨膜压差的平均增长速率,膜清洗效果明显改善.     

超滤膜污染EFM清洗效果研究及污染物成分分析

以长期运行后的受污染超滤膜为研究对象,考察了采用不同维护性化学清洗（EFM）方式对受污染膜组件的清洗效果,并采用扫描电镜（SEM）和能谱仪等对造成膜污染的污染物成分进行了分析.结果表明,EFM清洗的最佳方式为以柠檬酸清洗为主,间歇采用NaCLO清洗,最佳投药量均为200 mag/L;结合SEM和能谱仪的检测结果可以得出,含有Fe、Si等元素的无机污染物是造成膜污染的主要污染成分,而EFM清洗前有机物在膜表面的沉积相对较少.     

前表面三维荧光表征超滤膜污染的方法优化研究

超滤膜污染的表征是膜污染控制的关键基础,前表面三维荧光技术能够直接针对膜表面的污染物进行定量表征。对前表面三维荧光表征的方法进行了优化,对比了湿润样品直接检测、烘干样品检测和浸没样品检测3种样品预处理及检测方法。实验结果表明:湿润样品直接检测,荧光会受到样品湿度的影响;烘干样品检测,荧光会受到膜老化的影响;对浸没样品检测,前表面三维荧光技术能够稳定、准确地定量膜表面的污染物。将该方法进一步应用于超滤BSA污染试验的结果证明:优化后的前表面三维荧光表征方法能够准确定量膜污染物质含量并有效指示膜污染情况,从而为膜污染机理解析和膜污染控制提供参考。     

超滤膜前强化混凝预处理微污染原水的试验研究

为了探索适合杨柳青水厂生产运行的强化混凝预处理技术,采用小试和中试相结合的方式,对比考察了FeCl3、硫酸铝(AS)以及两者复配混凝对后续超滤工艺处理效果的影响。结果表明:在相同的混凝剂投加量下,采用FeCl3进行混凝预处理时,超滤膜出水的有机物浓度最低、膜污染程度最轻;而采用AS作为混凝剂时,中试系统的运行效果最差;FeCl3与AS复配的协同作用不显著。     

矿井水处理聚合氯化铝残留物对超滤膜污染的影响

针对矿井水混凝处理过程中投加的聚合氯化铝(PAC)残留物对超滤膜的污堵问题,采用在聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜前投加不同量的PAC对矿井水进行混凝和超滤试验,考察PAC不同投加量下浊度、污染指数(SDI)、残留铝含量、跨膜压差(TMP)和归一化膜比通量(NSF)间的相互关系及对超滤膜的影响。结果表明:当PAC投加量为35~40 mg/L时,混凝上清液中SDI最小为5. 3,残留铝含量约为0. 16~0. 23 mg/L,浊度约为6. 0~8. 0 NTU。跨膜压差随着PAC投加量、残留铝含量和pH值的增加而上升。当PAC投加量为40 mg/L、残留铝含量为0. 18 mg/L、pH值为4. 2~5. 2时,跨膜压差(TMP)最小值约为64. 8~68. 4 kPa。水中残留铝存在形态在不同pH值条件下可相互转化,其聚合态和絮凝体粒径又影响着超滤膜污染,酸性条件(pH值为4. 2~5. 2)下更有助于减少残留铝对超滤膜的污染。     

预处理对超滤膜产生不可逆吸附污染的影响

为测定超滤膜产生不可逆吸附污染的临界通量值,采用改进通量阶梯法和通量循环法2种方法对东营南郊自来水厂的原水、沉淀池出水、砂滤池出水进行了测定与对比,发现膜进水经预处理后可明显提高产生不可逆吸附污染的临界通量值,经预处理后的沉淀池出水和砂滤池出水作为膜进水时的不可逆吸附污染的临界通量值明显高于原水,为原水的1.7～2.0倍.从膜的不可逆吸附污染速率和污染量的形成方面考虑,改性的PVC超滤膜在高于不可逆吸附污染临界通量下运行,原水的不可逆吸附污染速率急剧增大,产生的不可逆吸附污染快速增多;而沉淀池出水和砂滤池出水的不可逆吸附污染速率和污染量的增加可维持在较低的水平.