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膜污染及疏水膜亲水化是膜蒸馏法海水淡化过程中的主要问题。本文从主要研究膜蒸馏过程的膜污染机理及缓解膜污染的有效方法。首先,选取海水淡化系统中代表性的阻垢剂(ATMP、HEDP、PBTCA和EDTMPS)为研究对象,考察不同阻垢剂的阻垢性能、最佳投药量以及对疏水膜性能的影响;其次,模拟含有蛋白质和难溶盐(碳酸钙、硫酸钙)的废水,探讨蛋白质-难溶盐复合体系下膜污染机理,并研究阻垢剂对膜污染的影响;最后,考察了减压膜蒸馏技术进行海水淡化过程中阻垢剂对钙镁污染的影响。
本文主要研究减压膜蒸馏(VMD)浓缩实验过程中阻垢剂对钙镁污染的影响。通过VMD过程中的产水量和产水电导的变化,考察VMD过程中的膜污染及亲水化,并以场发射扫描电镜(FESEM)、X射线光电子能谱(XPS)等测试方法表征实验过程中膜表面污染物的形貌及组成,进一步探讨VMD过程中的膜污染及亲水化进程。通过监测浓水测电导率、阻垢率以及典型离子含量等参数在实验过程中的变化,分析污染物间以及污染物与膜材料之间的相互作用机理。
结果表明:4种阻垢剂的阻垢性能依次为:EDTMPS、PBTCA、ATMP、HEDP。单一体系的CaCO3和BSA对VMD性能影响较小,但BSA-CaCO3复合体系对VMD性能影响较大,主要原因是溶液中的pH值大于BSA的等电点时,BSA就会显负电,当蛋白质会吸附到膜表面时,从而露出其带负点的残基,该基团和BSA的空间构象共同诱导CaCO3结晶从而发生严重的膜污染。因此,降低溶液中BSA或CaCO3含量可以抑制膜蒸馏过程中的膜污染。EDTMPS和PBTCA可以有效的缓解VMD过程中的膜污染,同时,又不引起疏水膜的亲水化现象,主要原因是EDTMPS和PBTCA在低浓度时不仅表现出类似纯水的性质,而且可以高效抑制溶液中钙、镁结晶。在此基础上研究了阻垢剂对减压膜蒸馏海水淡化过程中钙镁污染的影响。海水中添加EDTMPS或PBTCA后,一方面提高了VMD海水淡化过程中的初始通量,减缓J/J0的衰减速率,降低产水电导率,提高膜蒸馏系统的脱盐率;另一方面阻垢剂通过螯合增溶作用将更多的硬度组分以离子的形式稳定在溶液中,从而抑制了晶体的析出。同时,将其与预除硬实验对比发现,在膜通量、产水电导方面达到了与除硬相同的实验效果。