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天然有机物(NOMs,Natural Organic Matters)是自然水体中有机物的总称,具有来源广泛、组成复杂、性质不确定等特点。静态水体(如水库)NOMs不仅会恶化水的色、嗅、味等感官特征,还参与生成多种对人体具有潜在威胁的消毒副产物。NOMs还会对目前在饮用水处理领域应用广泛的超滤膜造成严重的膜污染,影响饮用水的生产效率。由于NOMs性质的不确定性以及预处理技术对不同性质的NOMs组分去除效果的区别性,将NOMs根据物化性质分级并掌握其不同组分的膜污染性质,对为超滤膜工艺选择适合的预处理技术从而去除其中造成严重膜污染的组分具有非常重要的意义。 本研究选取天津工业大学校园景观湖泊中溶解性NOMs作为研究对象,将原水NOMs按照分子量和亲疏水性制备性分级分为大于3kDa分子量疏水碱性(>3kDaHoB)、疏水酸性(>3kDaHoA)、亲水性(>3kDaHiM)和小于3kDa分子量疏水碱性(<3kDaHoB)、疏水酸性(<3kDaHoA)、亲水性(<3kDaHiM)六种组分,并将制备出的六种组分溶液分别进行超滤膜污染实验,以研究不同物理性质NOMs组分的膜污染行为特征。并考察混凝、粉末活性炭和磁性阴离子树脂(MIEX(R))三种膜前预处理技术对不同组分NOMs溶液的处理效果,及其预处理对超滤膜污染的影响。 膜污染实验结果表明,>3kDaHiM组分能被超滤膜(MWCO=50kDa)有效截留并在膜表面形成密实的滤饼层,导致最大过滤通量下降;HoAs和HoBs的膜污染效果随分子量的变化趋势相反:>3kDaHoA组分造成的疏松滤饼层使其对膜通量的衰减作用并不明显,而<3kDaHoA组分则因严重的膜孔内堵塞和浓差极化效应造成阻力升高;严重的浓差极化效应和密实滤饼层同样在>3kDaHoB的污染过程中起到较大作用;<3kDaHoB引发膜污染的程度明显弱于对应的大分子组分;<3kDaHiM则没有对超滤膜造成明显的污染。三种对膜造成严重污染的组分分别是(按污染效应从高到低排列):>3kDaHiM、<3kDaHoA和>3kDaHoB。 预处理实验结果表明,混凝预处理方式对膜污染的减轻作用主要对大分子NOMs组分去除(>3kDaHoB大于60%,>3kDaHiM大于50%);PAC减轻UF膜NOMs污染的主要原因是>3kDaHoB组分>60%的去除率和>3kDaHiM组分稳定在50%左右的去除率;MIEX(R)改善UF膜NOMs污染的主要途径是对<3kDaHoANOMs>60%去除率。对于严重污染膜的三种NOMs组分,整体去除效果排序为粉末活性炭>混凝>MIEX(R)。三种预处理方式对不同NOMs组分混合溶液膜污染改善实验中,在不同预处理投加药剂浓度水平下,膜过滤能力恢复能力排序均为粉末活性炭>混凝>MIEX(R),与NOMs组分去除实验结论吻合。