水中天然有机物对超滤膜污染研究

论文摘要

天然有机物（Nature Organic Matter）是消毒副产物（DBPs）和水中致突变物质的主要前驱,天然饮用水源中腐植酸的存在给人类及动植物带来了一系列的影响。在污水处理和回用中,天然有机物是超滤膜的重要分离成分,但是天然有机物的大分子形态会造成并加剧膜污染,从而大大降低了膜的分离能力,并且影响了产水率产品质量和处理成本。因此超滤成功应用的一个关键性问题就是由可溶性有机物造成的膜污染和恢复问题。NOM污染的特性、有效防止NOM污染及污染物的清除是超滤应用和膜污染研究的热点。本研究以天然有机物腐植酸为对象,采用低截留分子量（MWCO10kDa）平板超滤膜去除水中腐植酸,考察腐植酸在不同的料液环境中对超滤膜污染的影响趋势,并初步研究UF单独系统与粉末活性炭导入超滤系统（PAC leading-in UF）的膜污染现象及趋势,同时针对这种污染研究相对有效的清洗方法及膜通量恢复方法。试验研究结果表明,在较高浓度鳌合金属阳离子的料液环境中（以钙离子为典型）,钙离子和腐植酸的鳌合反应起关键作用,膜污染有效减缓,同时腐植酸去除率可提高到89.5%,强化了腐植酸的去除,并且在一定程度上有助于去除水中钙离子;在pH降低而呈酸性溶液中,腐植酸酸化凝聚为胶体沉淀物,减缓膜污染,利于孔径小、低截留分子量超滤膜的截留,提高腐植酸去除效果,但在等电点pH=6.00时,膜污染较重。通过对比研究单独超滤系统和粉末活性炭导入超滤膜系统（PAC leading-inUF）发现,投加PAC后通量下降趋势有所减缓,但并不能很显著地减缓膜污染获得高通量,说明PAC吸附的溶解性小分子有机物不是造成膜污染的主要因素。增加PAC投加量也没有加剧膜污染,表明PAC吸附的溶解性小分子有机物在膜表面形成了“次级膜”。试验中发现投加PAC有利于腐植酸的去除,提高腐植酸去除效果。利用超声波与传统化学清洗对同一污染状态下的超滤膜进行清洗,结果表明,超声波清洗可以显著地提高清洗效果,同时大大缩短了清洗时间。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 天然有机物的基本组成和性质
• 1.2 腐植酸的基本结构及其性质与危害
• 1.2.1 腐植酸的基本结构
• 1.2.2 腐植酸性质
• 1.2.3 腐植酸的影响与危害
• 1.3 腐植酸的去除方法及存在的问题
• 1.4 超滤膜去除腐植酸的机理
• 1.5 腐植酸对超滤膜的污染
• 1.5.1 膜污染概述
• 1.5.2 腐植酸造成超滤膜污染机理
• 1.5.3 腐植酸造成超滤膜污染过程
• 1.5.4 腐植酸造成膜污染的影响因素
• 1.6 试验研究目的和研究内容
• 1.6.1 研究目的
• 1.6.2 研究内容
• 2 试验装置及分析方法
• 2.1 试验装置与流程说明
• 2.2 试验材料
• 2.2.1 进水水质
• 2.2.2 膜组件
• 2.2.3 粉末活性炭
• 2.3 分析方法
• 2.3.1 膜污染的度量及分析
• 2.3.2 水中天然有机物（NOM）评价指标
• 3 鳌合金属离子对膜渗透性能的影响
• 3.1 试验概述
• 3.2 试验方法
• 3.3 试验结果分析
• 3.3.1 腐植酸对膜通量的影响
• 3.3.2 钙离子与腐植酸的协同效应
• 3.3.3 钙离子对腐植酸去除率的影响
• 3.3.4 钙离子的去除效果
• 3.3.5 膜表面污染状态
• 3.4 试验结论
• 4 pH值对超滤膜透过性能的影响
• 4.1 试验概述
• 4.2 试验方法
• 4.3 试验结果分析
• 4.3.1 pH值对膜透过性的影响
• 4.3.2 pH值对钙盐与腐植酸的影响
• 4.4 试验结论
• 5 粉末活性炭导入超滤系统的性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 活性炭的性质
• 5.2.1 活性炭结构
• 5.2.2 活性炭分类
• 5.2.3 活性炭表面化学性质
• 5.2.4 活性炭吸附作用
• 5.2.5 活性炭对超滤膜透过性能的影响
• 5.2.6 活性炭吸附等温线
• 5.2.7 粉末活性炭最佳投加量试验
• 5.3 粉末活性炭导入超滤系统试验研究
• 5.3.1 试验装置
• 5.3.2 试验内容
• 5.3.3 试验方法
• 5.4 试验结果分析
• 5.4.1 PAC不同导入方式对膜透过性的影响研究
• 5.4.2 PAC投加量对超滤膜透过性影响
• 5.4.3 钙盐对PAC导入系统的影响
• 5.5 试验小结
• 6 超声波强化清洗
• 6.1 引言
• 6.2 超声波清洗机理
• 6.3 试验材料与方法
• 6.3.1 试验材料
• 6.3.2 试验方法
• 6.3.3 清洗效果评价指标
• 6.4 试验结果分析
• 6.4.1 超声波不同传播方向的清洗效果
• 6.4.2 不同清洗介质的清洗效果
• 6.4.3 不同污染程度的超滤膜的超声波清洗效果
• 6.4.4 不同温度下的超声波清洗效果
• 6.4.5 超声波与传统化学清洗的比较
• 6.5 试验结论
• 7 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集