水体溶解性有机物正向渗透去除特性研究

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本文以蔗糖、葡聚糖等糖类有机物作为中性亲水性小分子天然溶解性有机物的替代污染物,系统研究了汲取液浓度(初始通量水平)、膜朝向、操作条件、污染物性质(污染物的类型、大小及初始浓度)等因素对正渗透去除糖类有机物效能的影响。在上述研究基础上,考察正渗透膜单独过滤及串联过滤不同分子量葡聚糖的净化效能,研究了分子量、过滤顺序等因素对正渗透膜支撑层膜孔堵塞情况以及污染后的正渗透膜对葡聚糖和蔗糖的持续过滤影响。正渗透膜可有效去除蔗糖等糖类有机物。较高汲取液浓度(4mol/L)导致较为明显的污染通量下降,膜表皮层朝向汲取液及高汲取液浓度均降低了膜对蔗糖的截留率。当膜表皮层朝向汲取液时,提高蔗糖初始浓度(增至40mg/L)和增大糖类污染物的分子量(增至1000分子量)均使得膜污染通量有所降低,正渗透膜对较大糖类分子的截留率较高(约为91.2%)。蔗糖污染盐通量高于基线盐通量,这可能与吸附在支撑层内的蔗糖分子,削弱了膜孔内的静电作用有关。蔗糖等糖类小分子较多吸附在正渗透膜多孔支撑层内,过水通量产生的渗透曳力可能对糖类小分子在正渗透膜支撑层内的吸附起到了重要作用。由通量降低而减弱的内部浓差极化对正渗透膜污染具有一定的补偿作用。单独过滤1000、5000及10000分子量葡聚糖,较大分子量(5000、10000)葡聚糖均造成更为显著的污染水通量下降,10000分子量的污染盐通量相较最低。正渗透膜的对三种葡聚糖的截留率均大于89%。在正渗透串联过滤两种分子量葡聚糖过程中,以相同膜堵塞情况(已过滤相同分子量葡聚糖的膜)下再过滤不同分子量葡聚糖进行分析得出,第一阶段经较大分子量(5000、10000)葡聚糖污染后,第二阶段初始污染通量水平均较低,但通量降幅均比新膜过滤时的小,同时继续过滤较大分子量(10000、5000)葡聚糖的截留率均高于90%。另外,以不同膜堵塞情况(已过滤三种不同分子量葡聚糖的膜)下再过滤相同分子量葡聚糖进行分析得出,第一阶段相比于较小分子量,较大分子量(10000、5000)葡聚糖污染后的正渗透膜再过滤1000分子量的较小葡聚糖时污染通量有所降低,但第一阶段经过较小分子量(1000)污染后的膜再过滤10000分子量的较大葡聚糖时仍具有通量优势。在串联过滤试验中,将三种分子量葡聚糖进行正渗透顺序过滤(分子量按从小到大)和逆序过滤(分子量从大到小))得出,顺序过滤污染通量逐段降低,而逆序过滤初期污染通量降低较快,但是两种过滤顺序的最终通量相差不大(约为13L?(m2h)-1)。经过顺序、逆序过滤污染后正渗透膜再过滤小分子蔗糖的研究表明,逆序过滤后的膜再过滤蔗糖的污染通量水平较高且较稳定(约为17 L?(m2h)-1),反向盐通量也较高,但两种过滤后的正渗透膜对蔗糖的截留率差别不大,均大于96%。单独过滤葡聚糖时正渗透膜支撑层内阻力随分子量提高而增大,且占总阻力比例均大于22%,说明三种分子量葡聚糖较多进入支撑层膜孔内部,较大分子量葡聚糖对膜孔隙堵塞可能更加严重。相比于顺序过滤,逆序过滤的膜支撑层表面阻力较高,支撑层内部阻力较小,说明逆序过滤的污染有机物比顺序过滤时可能更多吸附在支撑层表面或层内较浅位置。吸附于支撑层的较大分子量葡聚糖链状结构对随后过滤的较小分子蔗糖可能具有一定的截留作用。
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