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纳滤(NF)可以截留有机和无机污染物,而对人体所必需的一些离子又有较大的透过率,同时也具有较高的膜通量,因此NF在饮用水净化等领域的应用越来越广泛。然而膜污染问题始终制约着纳滤工艺的长期有效运行,其中最主要的就是自然水体中所含大量天然有机物(NOM)造成的有机污染。因此,探寻对膜污染贡献较大、清洗难度较大的有机物种类及膜污染阻力类型,分析纳滤膜有机污染和清洗机理,并有针对性的进行清洗药剂优化研究,有助于推动纳滤技术在实际生产实践中的发展应用。本研究选用腐殖酸(HA)、牛血清蛋白(BSA)和海藻酸钠(SA)模拟水体中构成NOM的主要物质腐殖质、蛋白质和多糖,采用自制小型错流平板装置,分别对型号为NF-1812的纳滤膜进行单组分HA、BSA、SA,双组分HA+BSA、HA+SA、BSA+SA和多组分HA+BSA+SA定性定量有机污染和初步清洗实验。污染实验条件为:温度25℃,压力0.5 MPa,错流速度4.5 cm/s;清洗实验条件为:物理清洗错流速度9 cm/s,清洗时间0.5 h,初步清洗药剂为pH=11.5的0.1%氢氧化钠(NaOH)+0.025%十二烷基磺酸钠(Na-SDS),清洗时间1.5 h。研究了膜通量、有机物截留率、无机盐截留率的变化,考察了膜污染指数大小,解析了膜污染阻力构成,结合扫描电镜(SEM)分析,明晰了有机污染和初步清洗对纳滤膜性能的影响行为及作用机理。通过系统比较不同组分有机污染和初步清洗对纳滤膜性能的影响行为,探寻对膜污染贡献较大、清洗难度较大的有机物种类及膜污染阻力类型,分析膜污染和清洗机理。结果表明:膜通量衰减程度为:HA+BSA+SA>BSA+SA>SA>HA+SA>HA+BSA>HA>BSA,所以,有机污染液综合浓度越大、综合黏度越高,膜通量下降幅度也越大,膜污染程度也就越深。有机物截留率受膜污染影响不大,可稳定在99.1%99.6%。膜污染阻力中,除了膜固有阻力,浓差极化阻力占比较大,约56.0%85.1%,经物理清洗可轻易去除,为可逆污染,凝胶层阻力和内部污染阻力,共计占比约14.9%44.0%,其清洗难度较大,必须通过化学清洗方能消除,为不可逆污染。初步清洗后纳滤膜有机物截留率保持在99.1%99.4%,SEM图表观恢复效果良好,然而其膜通量超过新膜水平,内部污染阻力出现负值,MgSO4截留率下降明显,约715个百分点,这说明初步清洗药剂作用过强,纳滤膜扩孔严重,甚至可能出现膜损伤,需要进行优化。采用化学碱洗法、组合清洗法进行优化实验,通过调节药剂pH值和清洗时间,确定两种优化清洗法的最佳工况,分析其清洗机理。结果表明:对初步清洗药剂进行条件优化的化学碱洗法,最佳工况为临界pH=10.0,最优清洗时间50 min;此时,膜比通量可恢复至0.992,有机物截留率为99.2%99.5%,NaCl、MgSO4截留率分别恢复至24.26%28.53%、80.28%90.62%。在初步清洗药剂基础上增加0.2%盐酸(HCl)酸洗过程的组合清洗法,最佳工况为碱洗最优清洗时间50 min、酸洗临界pH=3.0、酸洗最优清洗时间40 min;此时,膜比通量可恢复至0.999,有机物截留率为99.2%99.4%,NaCl、MgSO4截留率分别恢复至24.06%28.26%、79.86%90.48%。两种优化清洗法均可使纳滤膜性能得到恢复,也证实了纳滤膜并未受损。进一步深入分析清洗机理可知,除了30.55%的膜固有阻力和物理清洗可消除的57.6%的浓差极化阻力,较难清洗的膜污染阻力中,化学碱洗法和组合清洗法分别可消除11.60%、11.81%的凝胶层阻力,仅剩0.25%、0.04%的内部污染阻力未能得到消除,膜污染阻力消除效果良好。对两种优化清洗法的原理进行分析,结果表明:化学碱洗法的本质是扩孔作用与膜孔堵塞的一种动态平衡,其清洗作用不彻底,为浅层清洗;而组合清洗法的本质是碱洗扩孔与酸洗缩孔的巧妙结合,清洗较为彻底,为深层清洗。据此,从理论上提供一套适合生产生活实际的化学清洗方案:多次化学碱洗+一次组合清洗。如此,浅层清洗与深层清洗的有机结合,既可最大程度使纳滤膜性能保持长期高效稳定,又可相对的简化清洗操作,节省清洗时间和运行成本。