颗粒物混预沉积对膜过滤去除水中腐殖酸和蛋白质的特性研究

来源 :西安建筑科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:nimashabi2009
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地表水极易受到腐殖酸、蛋白质等天然有机物的污染。膜过滤技术在饮用水处理工程中广泛应用,但对天然有机物的去除效果提升和膜污染控制方面仍存在诸多问题。本研究针对含有腐殖酸和蛋白质的水样,利用混凝-超滤联合工艺进行处理。借助颗粒物在超滤膜表面形成的预沉积层提高有机物去除率,并减缓膜污染。本研究首先采用AlCl3和Al13两种不同铝形态的混凝剂处理含颗粒物的水体,将形成的颗粒物絮体预沉积在超滤膜表面上进一步过滤腐殖酸溶液,对出水水质进行浊度、腐殖酸含量测定。根据Al13混凝剂的特点,结合有机高分子絮凝剂-聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDADMAC)按照不同质量比得到了复合混凝剂,通过复合混凝剂使颗粒物混凝预沉积在超滤膜上,对腐殖酸和蛋白质溶液进行超滤。采用三维荧光(EEM)、高效液相排阻色谱(HPSEC)、总有机碳分析仪(TOC-VCPH)对出水水质进行测定,通过激光粒度仪在线监测分析不同混凝剂形成的颗粒物絮体性质(包括粒径和分形维数),并使用水接触角测定仪、扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对超滤膜表面微观形貌进行表征分析测定,结果表明:腐殖酸和蛋白质均可导致一定程度的膜污染,在实验过程中,使用AlCl3及Al13混凝剂去除腐殖酸的结果不同。在投加量少时,Al13具有较高正电荷,“静电簇”作用占主要优势,有机物去除率较高。有机物的去除效率和预沉积层的絮体特点都会影响超滤膜的污染程度,Al13形成的絮体具有较大的分形维数,但其絮体粒径更小(Al13絮体粒径300μm,AlCl3絮体粒径600μm),导致超滤膜表面形成的预沉积层相对致密。同时Al13絮体表面具有更高的正电荷(Al13电荷为17.93 m V,AlCl3电荷为-4.93 m V),静电吸附作用能力更强。因此,可有效去除水体中的有机物,提高膜通量。对复合混凝剂来说,当大分子量(40~50k Da)的聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDADMAC)与Al13质量比为2%时,将颗粒物混凝预沉积对腐殖酸有较好的去除效果,而当小分子量(<10 k Da)的PDADMAC与Al13质量比为2%时,对蛋白质的去除效果更佳。其中,大分子有机物更容易被截留/吸附在超滤膜表面的预沉积层上,小分子有机物穿过沉积层到达膜表面,从而进入到出水中。在使用有机-无机复配混凝剂的过程中,低含量的PDADMAC利用其较高的正电荷和较大的分子量使其具备更高的网捕卷扫和电中和作用,而拥有高含量的PDADMAC复配混凝剂则由于含有正电荷过高而发生电荷反转现象,同时进入出水中使出水有机物含量升高。
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