论文摘要
污水中存在威胁人类健康的微量有机物，纳滤技术由于具备截留微量有机物的能力，被视为一项前景广阔的污水深度处理技术。然而，膜污染是限制其广泛应用的瓶颈之一。膜污染不仅影响产水效率，而且影响微量有机物的截留效果。针对目前该领域在膜污染及其对微量有机物截留的影响两方面的研究不足，本研究以有机/金属离子复合膜污染为研究对象，在自配水体系中系统深入考察了复合膜污染机理、复合膜污染对微量有机物截留的影响及其机理，之后在实际污水体系中对膜污染及其对微量有机物截留的影响作了初步研究。在复合膜污染机理方面，主要研究了进水钙和铁离子以及膜表面羧基密度对复合膜污染的影响机理。Ca2+可通过主体架桥作用和表面架桥作用对复合膜污染产生影响，主体架桥作用和表面架桥作用均随Ca2+浓度增加而加强，但前者减缓膜污染速度，而后者加快膜污染。Fe3+对复合膜污染的影响只与表面架桥作用有关，Fe3+浓度越高，膜污染越严重。用酰氯基团含量少的单体合成纳滤膜可以有效降低膜表面羧基密度，羧基密度的降低可以减弱纳滤膜-污染物分子的架桥作用，进而提高纳滤膜抗污染性能。在复合膜污染对微量有机物截留的影响方面，从微量有机物的总体迁移、水相迁移和固相迁移三个方面研究了复合膜污染的影响规律。总体迁移可分解为水相迁移和固相迁移，分别以表观截留率、质量传递系数和真实截留率作为这三种迁移的表征指标。低进水Ca2+浓度下，复合膜污染后表观截留率、质量传递系数和真实截留率均无明显变化。高进水Ca2+浓度下，复合膜污染后表观截留率下降，这种变化源于真实截留率的下降，而质量传递系数依然不受膜污染影响。为解释复合膜污染对固相迁移的影响机理，建立了污染膜截留模型。该模型给出一不等式判据以判断污染层对固相迁移的影响机理，指出污染层致密性是关键因素。分析了污染层致密性的代表指标比阻随进水Ca2+浓度的变化规律，提出污染层的影响机理为阻碍微量有机物的反向扩散。污染层比阻越大，致密性越高，阻碍能力越大，真实截留率下降越多。实际污水体系中，膜污染随进水Ca2+浓度增加而加重，表面架桥作用是主要的膜污染机理。膜污染后微量有机物截留率升高，微量有机物分子量越小，进水Ca2+越高，截留率升高越多。