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本文采用自制的膜性能评价装置,首先探讨了温度、压力、回收率、pH等因素对超低压膜饮用水深度处理分离性能的影响。
研究表明:随着温度和压力增加,膜通量相应增加,阳离子和NPOC截留率由于“稀释效应”而下降;随着回收率的增加,膜表面浓差极化程度加重,跨膜渗透压差增大,膜通量有轻微下降,截留率升高,“稀释效应”和浓差极化对截留率的影响达到动态平衡;进水pH值的变化对通量没有影响,由于道兰(Donnan)平衡,离子截留率随pH值增加而降低,但在高pH值下因为沉淀的产生,反渗透膜对Ca2+、Mg2+的截留率转而增加。然后,采用两种不同的预处理工艺研究超低压膜对饮用水深度处理的效果,其中以MF+GAC为预处理,ULPRO为核心的工艺在0.15MPa下仍然可以实现较高且稳定的出水量,水质达到瓶装饮用水国家标准,在饮用水深度处理中具有很好的应用前景。
在膜结构和污染研究方面,采用原子力显微镜(AFM)和接触角测量仪(Contactanglemeasurement)分析了七种聚酰胺膜表面的粗糙度和亲水性;利用自制的平板膜污染实验装置测量了七种膜的特征通量,在初始渗透侧通量Jo为10gfd、回收率1%、浓缩侧流量Q*为35.64ml/min(对应错流剪切速度u为0.1782m/s)、胶体硅浓度Csio2为150mg/l、离子强度I为0.01MNaCl、温度为25℃、pH值6.8±0.2的条件下,以24h后膜通量下降的程度(FD)表征膜污染,对比七种膜的胶体污染行为,并考察了参数Jo、u、I、pH值的变化对胶体污染的影响。
研究表明:膜表面有明显的峰—谷褶皱结构,粗糙度和FD有非常高的相关性,胶体污染优先发生在谷底,快速的“低谷堵塞”是膜通量下降的主要原因,粗糙度越高这种沉积速率越快,“堵塞层”越致密,通量下降越快;带负电荷的SiO2胶体受到的垂直于膜表面水流拖曳力要远大于胶粒与膜表面的静电相互作用,表面电位对胶体污染几乎没有影响;亲水性与FD无相关性,膜表面聚合聚丙稀醇亲水层使表面粗糙度降低,从而导致污染减缓;在膜本身的诸多性质中,粗糙度是影响膜胶体污染起始速率最关键的因素,然而采用较低的膜初始通量及离子强度,增加剪切速率能有效减少胶体污染。