原水有机物对纳滤膜的污染分析及过滤特性研究

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地表水和湖泊水作为饮用水水源,水中广泛存在多种多样的溶解性有机物(Dissolved organic matter,DOM),为饮用水的安全问题带来严峻的挑战。纳滤(Nanofiltration,NF)作为一种新型的水处理技术,能高效的截留水中溶解性有机物,极大的提高出水水质和安全,然而纳滤技术应用水处理过程中,膜污染带来的透水通量下降和能源高消耗限制着该技术的广泛应用。为了更好的缓解膜污染、降低运行成本,研究原水中有机物对纳滤膜过滤行为的影响,揭示纳滤膜污染机理及膜通量衰减机制是非常重要的。本研究以原水中溶解性有机物为研究对象,探究赣江原水中有机物分子量和亲疏水性分布特征及其对纳滤膜的污染形成过程的影响,并经德亚盖因-兰多-弗韦-奥弗比克(The extended Derjaguin-Landau-Overbeek,XDLVO)理论解析膜污染行为。主要研究内容及结论如下:1.赣江原水中TOC、UV254和SUVA的含量分别是3.287 mg/L、0.067 cm-1、2.038L/mg·m。赣江原水中亲水性有机物含量高于疏水性有机物,其中疏水性有机物占总有机物35.09%,亲水性有机物占总有机物58.14%,树脂分离损失占总有机物6.77%。分子量大于100KDa、100KDa~50KDa、50KDa~30KDa、30KDa~10KDa、10KDa~3KDa和小于3KDa的亲水性有机物占其区间的百分比分别为8.10%、8.76%、5.40%、7.16%、1.37%和27.35%;而疏水性有机物占其区间的百分比分别为4.10%、5.84%、3.60%、3.24%、1.33%和16.98%。赣江原水中有机物类型主要是溶解性微生物产物和类蛋白质(色氨酸),其次是富里酸。2.对污染后的纳滤膜进行物理和化学的处理后,确定纳滤膜的阻力组成成分,得出:膜的固有阻力Rm占总阻力的比重最大,占91.32%;吸附阻力Ra占4.34%;表面凝胶阻力Rc占2.63%;其它阻力R(包括内部堵孔和浓度极化)占1.74%。除膜的固有阻力外,对膜造成污染主要是吸附阻力和表面凝胶阻力。3.疏水性有机物组分对纳滤膜造成的通量衰减程度和衰减速率均高于相同分子量区间的亲水性有机物组分。亲水性有机物组分对膜通量影响较大的物质为小分子有机物,疏水性有机物组分对膜通量影响较大的物质为大分子有机物。4.有机物的亲疏水性和分子量大小对纳滤膜有机物的截留程度不同。分子量小于100KDa,小于30KDa和小于10KDa的有机物截留率受亲疏水性和分子量大小的影响均相对较大,分子量小于50KDa和小于3KDa的有机物截留率受亲疏水性和分子量大小的影响均相对较小。5.DOM对纳滤膜污染严重程度由强到弱排序为100k Da(疏)>50k Da(疏)>3k Da(疏)>3k Da(亲)>50k Da(亲)>100k Da(亲),XDLVO理论分析出的结果与试验结果相符。纳滤膜与污染物之间的总作用能大小由污染物与膜面之间的极性力作用能(AB)能决定。6.纳滤膜-溶液中的亲水性有机物间和亲水性有机物-亲水性有机物间都呈现出排斥作用,这会极大减缓膜的污染,促使膜比通量下降趋势趋于平衡。纳滤膜与溶液中的疏水性有机物间表现为吸引作用,而疏水性有机物与疏水性有机物间表现为排斥作用,这就极大的促使疏水性有机物向膜面聚集,加剧了膜污染的速率和程度。对污染前后纳滤膜进行红外分析发现,污染后的膜表面脂肪类、酰胺类以及苯环烯烃类组成的有机物种类堆积较多。
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