腐殖酸对超滤膜污染的研究进展.pdf

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1、第33卷第4期东北电力大学学报V01．33．No．42013年8月JournalOfNortheastDianliUniversityAug．，2013文章编号：1005—2992(2013)04—0011—04腐殖酸对超滤膜污染的研究进展张万友，刘扬扬，张海丰，高伟，杨丽萍(东北电力大学化学工程学院，吉林吉林132012)摘要：膜污染是限制超滤膜大规模应用的主要因素，腐殖酸严重造成超滤膜污染情况引起了国内外学者的广泛关注，参考国内外文献，对腐殖酸引起超滤膜污染的因素进行了综述，这其中包括膜本身因素及外界环境因素。关键词：腐殖酸；膜污染；影响因素中图分类号：X703．3文献标识码：A在全球

2、水资源短缺，水资源成为人们迫切需求的情况下，膜作为高效分离技术为净化水资源提高了有效的方法，但由于膜污染导致膜运行能力的下降，成为限制膜大规模应用的主要因素。对于恒压超滤膜来讲，当进水溶液与膜接触时，污染就开始了。总的来说，膜污染大致可分为：无机污染、有机污染和微生物污染几种类型。在饮用水处理中，主要是天然有机物(NOM)对膜的污染，而天然有机污染主要是腐殖酸的污染，E．Barbot等人发现超滤(uF)膜过滤过程中通量下降的主要原因是天然有机大分子物质，尤其是腐殖酸，沉积在膜表面引起膜通量严重下降，使膜运行能力变差。1腐殖酸对超滤膜的污染机理对于腐殖酸污染机制，主要认为存在三种污染机制：膜

3、孔窄化，膜孔堵塞以及滤饼层的形成。V．Lahoussine等人提出了膜被腐殖酸物质污染过程：首先是单分子在膜孔的吸附和聚集，超滤初期，单分子通过膜孑L并吸附在膜孔中，导致膜孔窄化，而大分子则吸附在膜表面上，此阶段极易形成浓差极化，其次随着过滤进行，溶质分子不断在膜表面吸附，当浓度达到饱和时在膜表面形成凝胶层，最后是凝胶层对溶质的吸附作用，形成滤饼层，且在压力作用下，凝胶层对膜孔完全堵塞，导致通量严重下降。史慧婷等人初步分析了腐殖酸有机物对膜污染的形式，研究发现由膜孔堵塞造成的膜污染比由滤饼层形成的膜污染导致的通量下降更严重。2腐殖酸对膜污染的影响因素2．1膜本身性质的影响膜本身的物理、化学

4、性质对膜污染有很大的影响，通常情况下，膜的亲疏水性、膜表面带电性、膜孑L径的大小都影响膜污染。收稿日期：2013一O1—14基金项目：吉林省科技厅科技发展计划项目(20120404)；吉林市科技支撑社会发展计划项目(201232403)；吉林市杰出青年基金项目(20106306)；中国电机工程学会电力青年科技创新资助项目(2009)作者简介：张万友(1957一)，男，吉林省松原市人，东北电力大学化学工程学院教授，硕士，主要研究方向：电厂化学．12东北电力大学学报第33卷2．1．1膜的亲／疏水性能对膜污染的影响S．Nakatsukar利用不同材质的中空纤维纳滤膜对饮用水进行处理，结果发现亲水

5、性醋酸纤维素(CA)膜对原水中的有机物吸附能力很低，膜污染较轻，膜通量较高而疏水性的聚醚砜(PES)膜对有机物吸附能力很强，膜污染较严重。这是因为亲水性的膜表面能与水分子作用，形成氢键，在膜表面形成一层水层，有机污染物不能直接接触膜表面，从而减少在膜表面的吸附，所以亲水性膜污染较疏水性膜轻。P．D．Peeva_8等人对改l生PES膜抗污性能进行了研究，改f生后的PES膜具有更高的亲水性能，结果是改陛后的膜抗污染能力较强，且能长时间维持稳定通量，对膜清洗也容易。2．1．2膜表面的带电性腐殖酸等天然有机物都是带负电的胶体粒子，对带不同电荷的膜的污染情况是不同的。对于带正电的膜，因静电吸引作用，

6、膜表面极易吸附带负电荷的有机物，导致膜严重污染，且容易造成膜的不可逆污染，不利于膜通量恢复。而对于带负电的膜，由于静电斥力作用，带负电的有机物不易吸附在膜表面，污染相对较轻。此外，膜所带电量的不同也将导致污染情况的不同，膜带正电荷量越大，腐殖酸等有机物对其污染越重，反之，负电荷量越大，污染越轻，这也是为什么很多学者将电场应用在膜过滤系统中。J．P．Chen等人研究了在膜生物反应器中施加直流电源对膜通量影响的研究，结果表明在电场作用下带负电的胶体粒子从膜表面离开，它们去除的速度随电场强度的增加而增加。当电场强度达到一定值时，膜表面滤饼层不再限制膜通量，使通量达到一个相对稳定值。2．1．3膜孔

7、径大小国内外学者研究发现，膜孔径与污染物粒子尺寸分布对膜的过滤和清洗有较重要的影响。当污染物粒径小于膜孔径时，污染物会吸附在膜孔径内部，最先造成膜孔堵塞；反之，污染物粒径大于膜孔径时，污染物会在膜表面形成污染层¨。。。前期研究结果表明在过滤期间渗透性越高的膜，通量下降越快¨。P．D．Peeva研究表明，0．45m膜预过滤的腐殖酸溶液，经uF膜过滤后，膜通量下降比用8m预过滤后的膜通量下降严重的多。这是因为过滤初期小分子腐