反渗透膜有机污染的研究

论文摘要

膜污染问题是反渗透技术发展的瓶颈之一,其中有机污染是目前反渗透行业最头痛也是最难于解决的问题。它不仅会导致反渗透膜性能快速衰退,使反渗透膜的脱盐率、产水率快速、大幅下降,而且提高了膜的清洗频率以及缩短了反渗透膜的寿命。本实验主要研究以天然有机物（腐殖酸）、多聚糖类物质（海藻酸钠）以及蛋白质（牛血清蛋白）为代表的有机污染物对于反渗透膜分离过程的影响,以及探索它们和碳酸钙混合污染的机理。此外,提出了采用商用阻垢剂减缓反渗透膜有机污染的新方法。研究结果表明腐殖酸、海藻酸钠以及牛血清蛋白（BSA）均会在反渗透膜表面形成致密的凝胶层,致使膜通量快速衰减,尤其是当进水中含有Ca2+时,由于Ca2+的聚合作用以及有机物分子链之间的交联使得膜污染更严重。当进水的朗格里尔指数为1.1时,在反渗透膜混合污染过程中有机污染是导致产水量快速下降的主要原因。并且,料液的化学组成（污染物质的量、离子强度、pH值等）、操作条件（初始产水通量、进水温度、浓水流量等）以及进水隔网都会对污染过程产生较强的影响。此外,研究表明阻垢剂在反渗透膜有机污染过程中起到了有效的缓解膜通量衰减的作用。通过分析认为这主要与以下三方面的作用有关:首先,阻垢剂与Ca2+的螯合作用使得Ca2+可以稳定的分散在水溶液中,减少了Ca2+和有机物通过络合作用形成微溶性高聚物的量;其次,阻垢剂、有机物和Ca2+所形成的亲水性复合物吸附在膜表面会增强膜的亲水性,从而减缓膜污染;最后,阻垢剂本身对有机物有较好的分散作用,可以将有机物稳定的分散在水溶液中。因此,利用阻垢剂减缓膜污染是一种便捷、高效的方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 综述
• 1.1 水资源危机
• 1.1.1 水资源概况
• 1.1.2 导致水危机的原因和水危机的后果
• 1.1.3 解决水危机的措施
• 1.2 反渗透膜技术概述
• 1.2.1 反渗透膜技术的基本原理
• 1.2.2 反渗透膜材料
• 1.2.3 反渗透技术的应用概述
• 1.3 反渗透膜的污染途径及防治措施
• 1.3.1 反渗透膜污染途径的分析
• 1.3.2 浓差极化和凝胶极化现象
• 1.3.3 反渗透膜污染的防治措施
• 1.4 反渗透膜有机污染的研究进展
• 1.4.1 反渗透进水中主要的有机污染物质
• 1.4.2 反渗透膜有机污染的机理
• 1.4.3 反渗透膜有机污染的防治
• 第二章 课题的研究目的、研究内容及选题意义
• 2.1 课题的研究目的
• 2.2 课题的研究内容
• 2.2.1 反渗透膜混合污染的研究
• 2.2.2 无机阻垢剂对于反渗透膜有机污染过程的影响
• 2.3 课题的选题意义
• 第三章 实验装置及分析方法
• 3.1 实验装置及流程说明
• 3.2 反渗透膜组件以及膜的性能参数
• 3.2.1 平板反渗透膜装置
• 3.2.2 所用反渗透膜元件的性能参数
• 3.2.3 采用的仪器设备
• 3.3 试验分析方法
• 3.3.1 进水中总钙和游离钙的测定
• 3.3.2 紫外分光光度法测定腐殖酸含量
• 3.3.3 考马斯亮蓝比色法测定蛋白质含量
• 3.3.4 zeta 电位的测定
• 3.4 膜污染的度量
• 第四章 反渗透膜腐殖酸和碳酸钙的混合污染
• 4.1 腐殖酸的基本结构和性质
• 4.1.1 腐殖酸的基本结构
• 4.1.2 腐殖酸的性质
• 4.2 实验药品以及试验过程
• 4.2.1 实验药品以及溶液配制
• 4.2.2 实验过程
• 4.3 水质条件对于RO 膜污染过程的影响
• 4.3.1 不同进水组成对于RO 膜污染的影响
• 4.3.2 腐殖酸浓度对于RO 膜污染的影响
• 4.3.3 钙离子浓度对RO 膜污染的影响
• 4.3.4 离子强度对于RO 膜污染的影响
• 4.3.5 pH 值对于RO 膜污染的影响
• 4.4 操作条件对于RO 膜污染过程的影响
• 4.4.1 初始通量对于RO 膜污染的影响
• 4.4.2 浓水流量对于RO 膜污染的影响
• 4.4.3 温度对于RO 膜污染的影响
• 4.5 进水隔网对于RO 膜污染过程的影响
• 4.5.1 反渗透系统中隔网的作用以及相关研究
• 4.5.2 进水隔网对于RO 膜污染的影响
• 4.6 本章小结
• 第五章 反渗透膜的海藻酸钠和碳酸钙混合污染
• 5.1 海藻酸钠的分子结构及性质
• 5.2 不同进水组成对RO 膜污染的影响
• 5.3 不同有机物质对RO 膜污染的影响
• 5.4 pH 对于RO 膜海藻酸盐污染的影响
• 5.5 本章小结
• 第六章 阻垢剂对于反渗透膜腐殖酸污染的影响
• 6.1 实验试剂及实验过程
• 6.2 阻垢剂对于RO 膜腐殖酸污染作用的探讨
• 6.2.1 EDTA 对于腐殖酸污染过程的影响
• 6.2.2 不同阻垢剂对于腐殖酸污染过程的影响
• 6.2.3 LB2000 对于有机污染过程的影响
• 6.3 料液的化学性质对于污染过程的影响
• 2+浓度对于污染过程的影响'>6.3.1 Ca²⁺浓度对于污染过程的影响
• 6.3.2 进水水质对于污染过程的影响
• 6.3.3 进水 pH 值对于污染过程的影响
• 6.3.4 阻垢剂对于腐殖酸钙+碳酸钙混合污染过程的影响
• 6.4 操作条件对于污染过程的影响
• 6.4.1 初始通量对于污染过程的影响
• 6.4.2 进水温度对于污染过程的影响
• 6.4.3 浓水流量对于污染过程的影响
• 6.5 本章小结
• 第七章 无机阻垢剂对于反渗透膜蛋白质污染的影响
• 7.1 阻垢剂对于蛋白质污染过程的影响
• 7.2 蛋白质等电点对于污染过程的影响
• 7.3 温度对于污染过程的影响
• 7.4 本章小结
• 第八章 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文