正渗透膜污染过程的初步研究

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正渗透具有污染物截留率高、能耗低和不易受污染等优点,具有广阔的应用前景。良好性能的正渗透膜、高效低廉的驱动液和膜污染的有效控制是正渗透广泛应用的关键瓶颈因素。基于此,本文通过实验室装置,系统的研究了正渗透膜过滤过程中典型有机物的单一和复合污染过程,初步探索了膜污染机理;开展了海水和盐田水作为正渗透膜过程驱动液的可行性研究;并采用海水为驱动液进行了正渗透膜处理生活污水的试验研究。取得了如下研究结果:  1.以海藻酸钠为模型污染物,研究不同的物理化学条件对正渗透过程多糖污染的影响。结果表明溶液组成和水力条件对多糖污染有重要的影响,污染物浓度越高、离子强度越大、钙镁离子的存在、初始通量越高、流速越低和分离层朝向驱动液的膜方向等都会加重膜污染程度。  以牛血清蛋白(BSA)、海藻酸钠(SA)和腐植酸(HA)模拟蛋白质、多糖和腐殖质等典型有机污染物,研究正渗透过程的复合污染。结果表明膜污染程度与污染物的特征和污染物间的相互作用有关。对单一污染,污染物的污染程度为SA>HA>BSA;对复合污染,复合污染的通量变化介于两种污染物各自单独污染时的通量曲线之间,污染程度随污染能力较强污染物的含量增加而增加,污染程度为BSA/SA>SA/HA>BSA/HA。BSA/SA和BSA/HA复合污染时,两种污染物之间呈现协同效应。钙离子的存在增加污染物之间的相互作用,加重膜污染程度。  2.研究海水和盐田水作为正渗透驱动液的可行性,结果表明海水和盐田水具有高的渗透压,海水、2#、5#和9#盐田水作为驱动液产生的初始纯水通量分别与0.42 mol/L、0.8 mol/L、2.2 mol/L、4.2 mol/L的NaCl溶液相当。但盐田水中的有机物如蛋白质和无机盐类如硅酸盐类会相互作用沉积在膜表面;高浓度的盐田水会产生严重的膜污染。海水和盐田水作为正渗透的驱动液宜进行预处理,具有广阔的开发和利用前景。  3.以海水为驱动液,采用正渗透对生活污水进行处理。采用AL-FS(分离层朝向原料液)的膜方向可以获得稳定的通量,平均通量保持在5.6-5.7L/(m2·h)之间。正渗透膜对盐离子和污水中的污染物有很高的截留率;随膜污染程度增加,盐通量呈降低趋势,污染物截留率呈升高趋势。运行结束后海水中的TOC、NH3-N和TP的平均值分别为2.49、2.40和0.05mg/L,平均截留率分别大于98、70和97%。分离层的污染是通量降低的主要原因,污水中的微生物、有机物、无机胶体和盐类等会沉积在膜表面形成污染层;支撑层的膜污染程度并不严重,但硅酸盐可能会在膜表面形成沉积物。
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