MIEX-UF一體式工藝基于微觀界面作用力的膜污染控制研究.pdf

1、UF膜過濾已經(jīng)成為第三代飲用水處理技術(shù)的核心，但膜污染控制仍然是UF技術(shù)應(yīng)用中的瓶頸問題。近年來磁性離子交換樹脂(MIEX)因其優(yōu)異的凈水性能，吸引了國內(nèi)外眾多學(xué)者的關(guān)注，成為一種新型的飲用水處理技術(shù)。目前關(guān)于MIEX與UF聯(lián)用的研究主要都是分體式組合工藝形式，即原水經(jīng)MIEX預(yù)處理后，出水再進(jìn)行膜過濾。本課題組在前期研究中發(fā)現(xiàn)，MIEX-UF一體式工藝減緩UF膜污染的效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于分體式工藝，但是膜污染控制機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。

2、　　本研究以腐殖酸(HA)、海藻酸鈉(SA)、牛血清白蛋白(BSA)作為引起超濾膜污染的典型模型物質(zhì)，以浸沒式PVDF中空纖維超濾膜組件為對象，從液相主體有機(jī)物去除，膜面刮擦以及近膜壁面MIEX動(dòng)態(tài)膜的形成三個(gè)方面，系統(tǒng)研究了MIEX-UF一體式工藝中針對不同類型污染物的UF膜污染減緩機(jī)理以及變化規(guī)律。利用原子力凝膠探針分析了MIEX-污染物，膜-污染物之間微觀界面作用力的變化，從微觀界面作用力層面解析MIEX動(dòng)態(tài)膜減緩膜污染的機(jī)理。在

3、此基礎(chǔ)上進(jìn)一步探討了樹脂表面形態(tài)變化（飽和、再生），膜的化學(xué)清洗，以及水溶液中離子強(qiáng)度和典型離子種類對微觀界面作用力的影響，以及這種變化對一體式工藝中膜污染控制規(guī)律的影響。
　　研究結(jié)果表明:在HA，SA和BSA三種不同污染物引起的膜污染中，MIEX顆粒在膜面形成動(dòng)態(tài)膜是控制膜污染的最主要因素，分別占膜污染控制總貢獻(xiàn)比例的80％、60％和70％。微觀界面作用力分析證明“MIEX-污染物”間的界面作用力明顯大于“PVDF-污染物”，

4、因此樹脂動(dòng)態(tài)膜對污染物具有優(yōu)先捕獲和強(qiáng)化水力反洗能力，從而有效減緩膜污染。這同時(shí)也證明“MIEX-污染物”和“PVDF-污染物”間微觀界面作用力的變化直接影響MIEX-UF一體式工藝控制膜污染的效果，“MIEX-污染物”與“PVDF-污染物”間界面作用力差值越大（前者越大，后者越?。?，膜污染控制效果越好。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，樹脂形態(tài)變化對微觀界面作用力影響明顯，“飽和MIEX-污染物”間的界面作用力均明顯小于“PVDF-污染物”，動(dòng)態(tài)膜效應(yīng)

5、消失，膜污染控制效果較差。隨著MIEX再生次數(shù)的增加，“MIEX-污染物”間的界面作用力逐漸減小，MIEX對膜污染的控制效果也隨之減弱。化學(xué)清洗后界面作用力的變化與膜清洗效果直接相關(guān)。對于HA污染物，NaOH清洗后的“膜-污染物”界面作用力略大于NaClO清洗，而對于SA和BSA污染物，NaClO清洗更有助于“膜-污染物”間界面作用力的恢復(fù);“MIEX-污染物”與“PVDF-污染物”的差值隨離子強(qiáng)度的增加呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，Ca2+、S

6、O42-和NO3-的存在均不同程度的減小了“MIEX-污染物”與“PVDF-污染物”間界面作用力的差值。對于減緩HA/SA類膜污染，抑制作用大小為Ca2+＞SO42-＞NO3-，對于減緩BSA類膜污染，抑制作用大小為SO42-＞Ca2+＞NO3-。同步單水力反洗周期TMP變化規(guī)律證實(shí)“MIEX-污染物”與“PVDF-污染物”間界面作用力的變化與膜污染控制規(guī)律確實(shí)緊密相關(guān)，這進(jìn)一步證實(shí)了微觀界面作用力在MIEX-UF一體式工藝控制膜污染過