超濾膜處理地表水中天然有機物過濾特性的研究.pdf

1、超濾膜技術作為飲用水處理的一個工藝，是水處理領域十幾年來最重要的技術突破之一。本論文采用PVC中空纖維超濾膜應用于以地表水為原水的天津市芥園水廠的飲用水處理中試研究中，圍繞地表水中天然有機物對超濾膜造成的污染問題，在實驗室建立小型裝置，從地表水中天然有機物的分類、結構特性出發(fā)，深入、系統(tǒng)地研究各類有機物超濾過程的特性，并從清洗的角度研究各類有機物和超濾膜間的相互作用，從而建立一套超濾膜處理地表水中天然有機物的過濾規(guī)律，為優(yōu)化運行操作提供

2、指導。 首先，將PVC中空纖維超濾膜用于天津市芥園水廠以灤河和黃河地表水為原水的飲用水處理中試工程中，評價超濾膜處理地表水的性能特性，考察不同滲透通量恒流運行及水溫變化對超濾膜系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。結果表明：地表水中的天然有機物是造成超濾膜污染的主要成分，恒壓操作可增強超濾膜系統(tǒng)運行的穩(wěn)定可靠性。 為了深入了解地表水中的天然有機物污染超濾膜的本質(zhì)，本文先從地表水中天然有機物的組成和特性入手，根據(jù)物質(zhì)的極性和酸堿性的不同，將其

3、分成六類，分別選擇一種代表性物質(zhì)，配成TOC約為5mg/L 的溶液，在恒壓操作條件下研究各種物質(zhì)的超濾過濾特性。超濾膜過濾30min后，分別采用正沖、反沖、正反沖三種物理清洗方法和0.5％NaOH的化學清洗方法清洗污染后的超濾膜，過濾前后和清洗后分別剪取膜絲測定超濾膜內(nèi)表面的ATR-FTIR譜圖，分析超濾膜過濾該類物質(zhì)時二者的相互作用，同時測定超濾膜過濾該類物質(zhì)的滲透能力和截留能力的變化情況，總結不同物質(zhì)超濾的過濾特性。 超濾膜

4、過濾憎水性酸類物質(zhì)——富里酸溶液，富里酸的羧基與超濾膜表面羧酸的羥基和羰基形成分子間氫鍵，物理方法中的正反沖清洗具有最好的清洗效果，能清洗60％截留在膜上的污染物，滲透通量能夠恢復到初始時的99％，但對化學吸附的污染物清洗效果較差；0.5％NaOH化學清洗，不僅能將膜上截留的物質(zhì)都清洗下來，而且使膜的性質(zhì)也發(fā)生了一些變化，使?jié)B透通量比原始的超濾膜增加了20％。 超濾膜過濾憎水性中性物質(zhì)——丹寧溶液，丹寧的酚羥基和超濾膜表面的羧基

5、形成氫鍵，正反沖清洗是物理清洗中效果較好的方法，能清洗下35％的截留在膜上的污染物，而且滲透通量能夠恢復到初始時的65％。正反沖和反沖方法相比，超濾膜滲透率的恢復較接近，說明超濾膜過濾丹寧時主要截留在膜孔里。0.5％NaOH化學清洗，不僅能將膜上截留的物質(zhì)都清洗下來，而且使膜的性質(zhì)也發(fā)生了一些變化，使?jié)B透通量比原始的超濾膜增加了14％。和富里酸污染比較可知，丹寧污染明顯嚴重，說明丹寧中的酚羥基比富里酸中的羧基更容易吸附于膜表面。超濾膜過

6、濾憎水性堿類物質(zhì)--苯胺溶液，苯胺通過氫鍵吸附在膜表面羧基上。正沖、反沖、正反沖三種物理清洗和O.5％NaO}I化學清洗都不能使膜的過濾能力恢復，可能苯胺和超濾膜(主要在膜孔)發(fā)生了較強的化學作用，以致膜的性質(zhì)發(fā)生改變。 將憎水性富里酸、丹寧和苯胺三種物質(zhì)以1：1：1的比例配成混合溶液，進行過濾特性和清洗特性的研究。結果表明：三種物質(zhì)第一周期過濾時，其滲透率和截留率的變化情況基本是三種物質(zhì)各自的滲透率和截留率的簡單加和，說明三種

7、物質(zhì)過濾時單獨和超濾膜作用，相互之間影響較??；分別采用正沖、反沖和正反沖三種物理清洗后，膜的性質(zhì)改變不同，故第二、三周期的過濾特性不同。而NaOH清洗后，三種憎水性物質(zhì)基本上能全部清洗干凈，故第二、三周期的過濾特性和第一周期相近。 超濾膜過濾親水性酸類物質(zhì)--檸檬酸溶液，截留率較低，采用正沖、反沖、正反沖物理清洗和0.5％NaOH化學清洗均不能使膜的滲透率恢復，可能是由于檸檬酸和膜孔表面發(fā)生物理化學吸附作用而導致的促進傳輸機制造

8、成的。 超濾膜過濾親水性中性物質(zhì)--聚蔗糖溶液，親水的聚蔗糖很容易通過氫鍵力吸附在膜表面，在膜孔內(nèi)存在著促進傳輸機制，致使PVC超濾膜對聚蔗糖截留率不高。三種物理清洗方法中，正反沖具有最佳的清洗效果，清洗后膜的性能基本和初始膜相當；0.5％NaOH化學清洗，不僅能將膜上截留的物質(zhì)都清洗下來，而且使膜的性質(zhì)也發(fā)生了一些變化，使?jié)B透通量比原始的超濾膜增加了19％。 超濾膜過濾親水性堿類物質(zhì)--低聚肽溶液，低聚肽內(nèi)含有氨基和羧

9、基，極易和膜表面羧基形成氫鍵力。膜孔表面基團和低聚肽的相互作用對低聚肽的去除率具有重要影響，三種物理清洗方法均不能使?jié)B透率很好地恢復；0.5％NaOH化學清洗，只能使超濾膜滲透率恢復至初始的94％，而且使膜的性質(zhì)也發(fā)生了改變。 將親水性檸檬酸、聚蔗糖和低聚肽三種物質(zhì)以1：1：1的比例配成混合溶液，進行過濾特性和清洗特性的研究。結果表明：混合物的滲透率與三種物質(zhì)中滲透率最低的相當，截留率的變化隨清洗方法而不同。在物理清洗方法中，正

10、反沖對親水性物質(zhì)的去除最有效，能同時增加滲透率和截留率；NaOH清洗對三種污染物的混合污染清洗同樣有效，但滲透率不能全部恢復，而截留率則基本恢復。 將憎水性富里酸、丹寧和苯胺與親水性檸檬酸、聚蔗糖和低聚肽六種物質(zhì)以1：1：1：1：1：1的比例配成TOC約為5mg/L的混合溶液，進行超濾膜過濾特性和清洗特性的研究。結果表明：六種混合物對超濾膜的污染具有協(xié)同作用，導致混合物過濾時滲透率降低較大，而截留率較高。正反沖清洗具有最好的清洗