【摘 要】
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膜污染及疏水膜的亲水化是膜蒸馏过程应用于工业水处理中遇到的主要问题。本文选取具有代表性的有机物(腐殖酸、卵清蛋白)、微溶无机盐(碳酸钙)、胶体(硅溶胶、氢氧化铁胶体)
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膜污染及疏水膜的亲水化是膜蒸馏过程应用于工业水处理中遇到的主要问题。本文选取具有代表性的有机物(腐殖酸、卵清蛋白)、微溶无机盐(碳酸钙)、胶体(硅溶胶、氢氧化铁胶体)为研究对象,分析膜蒸馏过程膜污染及亲水化进程的影响因素,探讨污染物之间以及污染物与疏水聚偏氟乙烯(PVDF)膜之间的相互作用,为寻求控制膜污染及亲水化进程的实用方法提供有益参考。
以直接接触式膜蒸馏(DCMD)为主要操作手段,考察过程中膜蒸馏通量及产水水质的变化。场发射扫描电镜(FESEM)、X射线光电子能谱(XPS)等测试方法表征实验过程中膜材料表面污染物的形貌及组成,并讨论过程中的膜污染及亲水化进程。通过监测原水zeta电位、污染物含量、污染物粒度分布等参数在实验过程中的变化,分析污染物间以及污染物与膜材料之间的相互作用机理。结合污染物聚集体诱导无机曲类污染物在膜表面异相成核结晶与生长的分析,以接触角-表面张力法估算处理不同原水后膜材料与饱和无机盐结晶母液之间的固-液界面能。分析原水侧膜材料表面微观形貌的区别,进而确定影响无机盐异相结晶各步骤的最大活化能垒,从而推定膜污染及亲水化现象发生的难易。
结果表明:膜蒸馏通量的哀减大致可分为由滤饼层的形成造成的不可恢复的部分以及由浓差极化、膜孔“半润湿”而造成的可部分恢复的部分。原水性质能够影响污染物聚集体的聚集过程,污染物聚集体率先吸附在疏水膜内表面,在膜材料本体之上形成污染物聚集基质。该基质能够控制晶核的形成过程,为无机盐晶体的结晶与生长提供异相成核基础,并调控吸附其上的晶体形貌,影响沉积在膜表而无机盐晶体的性质。可通过控制水体中污染物聚集体的含量控制无机盐在膜内表面附着、进而导致疏水膜发生膜污染及亲水化的过程。以双氧水氧化法去除水体中的有机质能够缓解浓缩实验初期通量的衰减,但此方法将向溶液中引入亲水性的基团,十分容易诱发疏水膜的亲水化渗漏。
膜材料表面性质(包括表面能、与原水之间的固-液界面能、原水侧膜材料表面的微观形貌)能够影响膜蒸馏过程性能:污染后膜材料与原水之间的界面能越低,越有利于后续无机盐类污染物在疏水膜表面的沉积;与原水接触侧的膜材料表面微观结构越复杂,越容易引起污染物在膜表面的沉积,造成MD过程热质传递效率的降低。
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