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水资源短缺和水污染正严重影响着人类的生存和社会经济的发展,纳滤(NF)和反渗透(RO)膜分离技术在净化水质,缓解水资源短缺方面发挥着越来越重要的作用。但在膜分离过程中,膜污染严重影响了膜分离效果,限制了膜分离技术的进一步发展与应用。膜污染机理研究及膜污染控制受到了科学工作者的日益关注。 本文首先系统的研究了磁化对无机钙垢结晶过程及结晶形态的影响。结果表明磁化处理加快了CaCO3晶体的成核速率,但随后减缓了CaCO3晶体的生长速率,磁化处理后的溶液生成的晶体数量多,体积小。而且,磁化处理改变了CaCO3晶体的结晶形态,未磁化溶液析出的CaCO3晶体主要为质地致密的方解石,磁化处理后溶液中析出的CaCO3晶体则主要是质地疏松的文石。研究表明,磁化处理对CaCO3晶体的结晶过程和结晶形态的影响主要通过成垢阳离子(Ca2+)起作用,成垢离子含量对磁处理效果有显著影响,其浓度越高,磁化对CaCO3结晶过程的影响越小。 以高梯度磁化作为纳滤膜预处理技术,从而控制纳滤膜无机结垢污染的研究表明,磁化处理确实能够有效减缓纳滤膜通量的衰减,改善纳滤膜的操作性能,减缓纳滤膜的无机结垢污染。通过对磁化减缓膜无机结垢污染机理的进一步分析发现:与致密的方解石形态无机钙垢相比,文石形态的钙垢质软、疏松、与膜面的附着力小,易于被水力冲刷掉从而随浓水排出,降低了由无机垢在膜表面累积导致的有效膜面积减小的程度,改善了纳滤膜的操作性能,减缓了纳滤膜的无机污染。此外,文石形态的垢多以针簇状的形式析出,在膜表面形成了孔隙率较大的滤饼层,利于水的透过,提高了出水通量,改善了纳滤膜的操作性能,减缓了纳滤膜的无机结垢污染。 在此基础上,针对影响磁化减缓膜无机结垢污染效果的主要因素进行了系统研究。实验结果表明,磁化减缓纳滤膜无机结垢污染的效果随磁化时间的延长呈先升高后降低的趋势;高浓度成垢离子含量不利于磁化阻垢,当进水中成垢离子(钙离子)含量达到9mmol/L时,磁化预处理对减缓纳滤膜无机结垢污染基本没有效果;温度升高有利于纳滤膜的磁化抑垢效果。当磁场强度为0.3~04T时,磁化时间为1h,进水温度35℃,钢毛填充率10%时,磁化预处理减缓膜无机结垢污染的效果最佳。