【摘 要】
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近年来,超滤分离技术因其高效低耗、出水水质稳定、无二次污染等优点被广泛应用于废水处理领域。然而,膜污染是超滤技术进一步发展和应用面临的最大挑战之一,因为膜污染导致膜分离运行能耗增高、渗透性能下降,严重影响了膜技术的实用性和经济性。目前,关于超滤膜污染的研究多聚焦于单一的天然有机物（NOM）污染,但是实际待处理废水通常是一个多种污染物并存的复杂体系,可惜的是,对于超滤过程中的有机-无机混合膜污染缺乏
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近年来,超滤分离技术因其高效低耗、出水水质稳定、无二次污染等优点被广泛应用于废水处理领域。然而,膜污染是超滤技术进一步发展和应用面临的最大挑战之一,因为膜污染导致膜分离运行能耗增高、渗透性能下降,严重影响了膜技术的实用性和经济性。目前,关于超滤膜污染的研究多聚焦于单一的天然有机物（NOM）污染,但是实际待处理废水通常是一个多种污染物并存的复杂体系,可惜的是,对于超滤过程中的有机-无机混合膜污染缺乏较为完整系统的研究。因此,探究无机盐和NOM同时存在条件下的有机-无机混合污染具有很强的现实意义。本研究以海藻酸钠（SA）、牛血清白蛋白（BSA）代表非腐殖质类NOM,以腐殖酸（HA）代表腐殖质类NOM,通过加入Na+、K+、Ca2+、Mg2+、A13+和Fe3+等多种无机盐离子,构成了有机-无机混合体系,系统考察了错流运行条件下多种有机-无机混合体系的膜污染行为和特征。本研究通过监测不同混合体系不同运行条件下（错流速度、跨膜压力、流动模式等）的膜通量和截留率变化,从宏观层面明确了多种污染物体系的膜污染特征和主要影响因素;通过SEM、EDS等手段从微观层面对有机-无机混合膜污染进行了表征;同时,利用经典膜污染模型对实验数据进行拟合,进一步分析了不同污染物体系的膜污染行为机制。此外,在实验研究的基础上,利用数值模拟技术建立了错流超滤计算流体力学（CFD）模型,对不同运行条件下的过滤过程进行了探究,明确了速度分布、压降差、膜面剪切力等流场特征。本研究取得的主要结果如下:（1）错流超滤过程中的运行条件对NOM膜污染有重要影响:料液浓度的增加会加剧NOM的膜污染行为;跨膜压力的提高对于SA和BSA膜通量的影响较小,却可以加重HA的膜污染行为;此外,错流速度的提高可以有效减轻NOM的膜污染。CFD模拟结果也表明,错流速度与系统压降和膜表面剪切力呈正相关,当流态从层流转变为湍流,膜表面剪切力显著增加,从而可以有效缓解过滤过程中的膜污染行为。（2）在HA-无机盐混合体系中,离子强度会对膜污染产生负面影响。对于不同混合体系,在低浓度离子条件下,污染程度为HA-K+＞HA-Mg2+＞HA-Na+＞HA-Fe3+＞HA＞HA-Ca2+＞HA-Al3+;在高浓度离子条件下,污染程度为HA-K+＞HA-Na+＞HA-Fe3+＞HA＞HA-Mg2+＞HA-Al3+＞HA-Ca2+。通过模型拟合发现,除了 HA-Al3+和高浓度HA-Ca2+体系外,完全阻塞机制是HA-无机盐混合污染的主要机制,此外,中间阻塞机制对于HA-二价无机盐体系也有良好的相关性,中间阻塞机制和标准阻塞机制对于HA-Fe3+体系也较适用。（3）在SA-无机盐混合体系中,离子强度会加重膜污染行为。SA-单价无机盐体系和SA-二价无机盐体系都产生了更严重的膜污染,同时,Mg2+会造成比Na+更严重的膜污染。在SA浓度较高时,SA-无机盐混合体系的污染机制为完全阻塞机制,当SA浓度较低时,完全阻塞模型和中间阻塞模型均具有良好的相关性。（4）在BSA-无机盐混合体系中,离子强度对膜污染的影响较小。对于不同混合体系,在低浓度离子条件下,污染程度为BSA-A13+＞BSA-Ca2+＞BSA-Na+＞BSA-Mg2+＞BSA＞BSA-K+＞BSA-Fe3+;在高浓度离子条件下,污染程度为BSA-Al3+＞BSA-Ca2+＞BSA-Mg2+＞BSA-Na+＞BSA＞BSA-K+＞BSA-Fe3+。BSA-单价无机盐体系以中间阻塞机制为主;BSA-二价无机盐体系以完全阻塞机制为主;而BSA-三价无机盐体系对完全阻塞和中间阻塞模型都具有良好的相关性,且均与浓度无关。
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