xDLVO理論解析不同溶液條件下多糖微濾膜污染行為.pdf

1、海藻酸鈉(Sodium Alginate，SA)微濾膜污染在膜生物反應(yīng)器污水處理工藝中普遍存在，其對(duì)整個(gè)工藝運(yùn)行效果以及經(jīng)濟(jì)成本具有重要影響，因此深入探討海藻酸鈉微濾膜污染過(guò)程中的微觀機(jī)制對(duì)控制膜污染的發(fā)生進(jìn)而提高工藝運(yùn)行效能尤為關(guān)鍵。本研究采用xDLVO理論對(duì)不同溶液離子條件下海藻酸鈉微濾膜污染過(guò)程中的界面微距作用力進(jìn)行定量解析，探討溶液離子條件影響海藻酸鈉微濾膜污染的控制因素。在不同的溶液離子強(qiáng)度條件以及二價(jià)離子存在條件下對(duì)疏水性以

2、及親水性微濾膜和海藻酸鈉的表面理化性質(zhì)進(jìn)行表征，根據(jù)xDLVO理論計(jì)算得出不同條件下微濾膜-SA以及SA-SA界面自由能，并預(yù)測(cè)相應(yīng)條件下海藻酸鈉微濾膜污染行為。理論預(yù)測(cè)結(jié)果通過(guò)過(guò)濾實(shí)驗(yàn)以及清洗實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。
　　研究結(jié)果表明:不同溶液離子條件對(duì)海藻酸鈉微濾膜污染的影響主要通過(guò)改變極性作用力來(lái)實(shí)現(xiàn)，極性作用力的主導(dǎo)地位由十二烷基磺酸鈉(SDS)清洗效率高于NaOH清洗效率這一結(jié)果得到驗(yàn)證。相比之下，范德華界面自由能隨不同溶液離

3、子條件沒(méi)有明顯的變化規(guī)律，雙電層作用力界面自由能雖然呈現(xiàn)一定的變化趨勢(shì)，但雙電層作用力界面自由能絕對(duì)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于極性作用力以及范德華作用力界面自由能，因此，雙電層作用力對(duì)海藻酸鈉與微濾膜接觸時(shí)的總界面作用力影響微弱。
　　海藻酸鈉溶液離子強(qiáng)度的升高會(huì)增強(qiáng)界面作用力的吸引性或減弱界面作用力的排斥性，從而降低海藻酸鈉微濾過(guò)程中的出水通量。當(dāng)海藻酸鈉溶液中有Ca2+存在時(shí)，增大Ca2+濃度會(huì)增強(qiáng)界面作用力的吸引性或減弱界面作用力的排斥性，

4、進(jìn)而使海藻酸鈉微濾過(guò)程中的出水通量降低;雖然Ca2+存在時(shí)Na+濃度的升高或Mg2+的存在會(huì)減弱界面作用力吸引性或增強(qiáng)界面作用力排斥性，使出水通量較僅有Ca2+存在時(shí)有所增大，但不會(huì)提高膜污染的可逆性。不同溶液離子條件下，疏水性膜與親水性膜過(guò)濾初始階段與后期階段中的膜污染趨勢(shì)分別與微濾膜-SA以及SA-SA界面自由能具有良好的負(fù)線性相關(guān)性，因此xDLVO理論可以有效預(yù)測(cè)不同溶液離子條件下的海藻酸鈉微濾膜污染趨勢(shì)。
　　不同溶液離子

5、強(qiáng)度條件下，物理清洗效率（即膜污染可逆性）隨著界面自由能的升高而上升;NaOH、SDS化學(xué)清洗效率隨界面自由能升高而降低。當(dāng)溶液中有二價(jià)離子存在時(shí)，物理清洗效率與界面自由能并沒(méi)有一定的相關(guān)性;NaOH、SDS化學(xué)清洗效率則隨界面自由能升高而降低。因此，xDLVO理論能夠預(yù)測(cè)不同離子強(qiáng)度條件下的膜污染可逆性，但卻難以預(yù)測(cè)二價(jià)離子存在條件下的膜污染可逆性。
　　在本研究涉及的所有溶液離子條件下，疏水性微濾膜與海藻酸鈉之間的界面作用力為