水中天然有机物的纳滤分离性能和机理研究

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天然有机物(Natural Organic Matter,NOM)广泛存在于地表和地下水中,是多种消毒副产物的前驱物。如何有效地去除水中NOM对于提高给水水质、满足日益严格的饮用水标准具有重要意义。纳滤(nanofiltration,NF)能有效去除水中有机物,是替代传统饮用水处理技术的理想选择,目前正在饮用水处理领域得到广泛应用。纳滤膜分离NOM的性能以及过程中的膜污染问题还有待深入研究。本研究以三种模拟配水以及自来水作为研究对象,分析纳滤膜对水中NOM的去除率和膜通量的变化,分析无机离子对纳滤膜去除饮用水中NOM的影响;并通过对各水样进出水分子量分布,亲疏水性的分析和膜污染结构的表征,来探讨纳滤分离水中NOM的机理。研究结果有:(1)在腐殖酸(HA)配水中,Ca2+和HA的螯合反应起主要作用,产生了较多具有复杂结构特性的高分子聚合物,吸附在膜表面形成松散的具有较好渗透性的滤饼层,有效减缓了膜污染。同时改善了对HA的去除效果,截留率可提高32.6%。基于电荷中和作用,Na+对HA截留率可提高23.4%。(2)在单宁酸(TA)配水中,水溶液有半胶体溶液的性质,而且TA本身是天然大分子多糖,体积大,易从水中絮凝沉淀下来,并在膜表面沉淀或结垢,使得膜通量衰减达到50%。TA配水中低分子量分子比例较大,NF膜对其去除效果一般。(3)在富里酸(FA)配水中,NF膜对其去除率很低,截留率约在10%,仅有部分小分子通过在膜孔中吸附从而去除,同时引起膜通量下降。(4)综合各配水的NF试验研究,结合自来水的NF试验,可知自来水中小分子的弱疏水和亲水组分会引起较严重的膜污染,造成膜通量和NOM截留率的下降,是今后纳滤处理饮用水重点关注的对象。
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