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超滤作为一种具有优良的除浊、除微生物的功效,能够满足国家在饮用水生物安全保障方面需求的技术,已经广泛应用于水处理领域。尽管超滤技术有着迅速的发展,但如何解决超滤过程中产生的膜污染仍是限制其发展的最大问题。正是膜污染严重制约了超滤工艺在饮用水处理用的应用与推广,因此,膜污染迄今以来都是膜法水处理技术领域的研究热点。膜污染物的表征是膜污染机理解析的根本,是膜污染控制的前提。现有的膜污染表征方法仍较为局限,常用的表征方法有冲洗后表征膜污染物和利用质量平衡公式计算分析,但这两种方法操作繁琐,会导致表征结果误差偏大。此外,也有研究采用超声、电学、光学等多种新技术直接检测受污染的膜表面来表征膜过滤过程中污垢层的形成、演化过程,但也由于灵敏度不高,数据处理复杂等缺陷受到局限。因此,开发高效和准确的膜污染表征技术,是现阶段深入了解膜污染过程、开发膜污染控制技术的基础前提。 本研究开发了利用前表面三维荧光技术(Front-faceFluorescenceExcitation-emissionMatrix,FF-EEM)结合平行因子分析(Parallelfactoranalysis,PARAFAC),对荧光性有机膜污染物质进行直接检测的表征方法。首先建立了膜污染物的原位表征方法,进一步采用该方法对实际水体污水厂二级出水(Effluentorganicmatter,EfOM)的膜污染情况进行了表征解析。此外,还研究了该技术应用于混凝-超滤工艺中对混凝原位监测及膜污染趋势预测的可行性。 本论文首先以牛血清蛋白(Bovineserumalbumin,BSA)和腐殖酸(Humicacid,HA)作为标准污染物,分别将其及其混合物以一系列不同的负载量附着在聚偏二氟乙烯膜(Polyvinylidenefluoride,PVDF)上,进行前表面三维荧光检测,并通过平行因子分析进行处理,成功建立了相应的标准曲线。 其次,本文以该方法对超滤实验中的膜污染物进行了定量表征,并与传统液体三维荧光方法的检测结果对比分析,验证其有效性和准确性,并对膜污染机理进行分析。实验结果表明,相比于传统的液体三维荧光法,前表面三维荧光法由于避免了质量平衡公式计算中的误差传播,而且通过响应面分析有效消除了腐殖质类物质对蛋白质类物质荧光的猝灭效应,因此该方法能够更加准确有效地对膜上的荧光性污染物进行表征。此外,在探究膜污染过程中也发现了,不同污染物造成的膜阻力与其在膜上的负载量不具有相关性,膜污染阻力的主要的决定性因素是与膜污染的微观机理。 最后,本论文也尝试将前表面三维荧光技术应用于检测混凝后含絮体的EfOM水样,探究其原位表征的可行性。实验结果表明,混凝后含有絮体的水样的前表面三维荧光与絮体粒径大小并不相关,而与水样中的荧光性物质浓度相关性较好,且其与水样混凝后超滤过程中的膜污染指数相关性也很好。因此,可以利用前表面三维荧光技术来原位表征混凝后的浑浊液体,为混凝在线监测、混凝后续超滤膜污染预测及反馈调节提供技术支持。 综上所述,前表面三维荧光技术由于其操作简便高效,表征结果也更为直观准确,在超滤膜污染表征及混凝超滤组合工艺的监测表征方面有较好的研究价值及应用前景,能够为深入解析膜污染及膜污染的在线监测提供理论依据和技术支撑。