中孔吸附樹脂對超濾膜不可逆污染的控制研究

中孔吸附樹脂對超濾膜不可逆污染的控制研究吸附與超濾聯(lián)用是一種有著廣闊應(yīng)用前景的水處理工藝,但吸附預(yù)處理中常用的活性炭等吸附劑對膜污染的控制效果并不理想,研究能夠有效控制超濾膜不可逆污染的新型吸附材料對于吸附-超濾組合工藝的推廣應(yīng)用具有重要意義。本論文采用以制膜材料為原料制備的中孔吸附樹脂(Mesoporousadsorbentresin,MAR)作為吸附劑控制超濾膜不可逆污染,并與粉末活性炭(Powderedactivatedcarbon,PAC)進行對比,系統(tǒng)考察了吸附劑性質(zhì)、溶液離子環(huán)境、有機物性質(zhì)、膜材質(zhì)和工藝形式等多個因素對吸附預(yù)處理效能的影響,并結(jié)合膜污染阻力分布、有機物遷移規(guī)律、濾餅層結(jié)構(gòu)分析和有機物性質(zhì)表征等手段對吸附預(yù)處理影響超濾膜污染的機理進行了探討。以腐殖酸作為模型污染物,研究了MAR和PAC吸附預(yù)處理對不同離子條件下超濾膜不可逆污染的控制效能。結(jié)果表明,隨著離子強度增加和鈣離子濃度升高,有機物分子與膜之間以及有機物分子間的相互作用力增加,膜污染可逆性降低;同時有機物分子與吸附劑間相互作用力的增強促進了吸附預(yù)處理對有機物的去除,從而使吸附預(yù)處理對膜污染的控制效能有所提高。吸附預(yù)處理主要通過減少有機物在膜上的沉積來控制膜污染,中孔結(jié)構(gòu)的MAR能夠吸附易被膜截留的大分子組分,而PAC的微孔結(jié)構(gòu)限制了其對分子量較大的有機組分的去除,其主要去除能夠透過膜的小分子組分,因而,隨著離子強度的增加和鈣離子濃度的升高,MAR吸附預(yù)處理對膜污染的控制效能提高更為明顯,在所考察的大部分離子條件下,MAR吸附預(yù)處理對不可逆污染的控制效能明顯好于PAC吸附預(yù)處理。以腐殖酸、單寧酸、牛血清蛋白和海藻酸鈉四種模型有機物作為天然有機物中不同組分的代表物質(zhì),系統(tǒng)研究了MAR和PAC吸附預(yù)處理對不同性質(zhì)有機物引起的超濾膜污染的控制效能,并探討了膜材質(zhì)和工藝形式(吸附劑顆粒與膜接觸和不與膜接觸)對吸附預(yù)處理效能的影響。結(jié)果表明,超濾膜污染特性及吸附預(yù)處理對其影響因有機物性質(zhì)不同而有顯著差異,但是吸附預(yù)處理對不同材質(zhì)的兩種膜的影響類似。MAR吸附預(yù)處理對腐殖酸和牛血清蛋白引起的膜污染有很好的控制效果,但對單寧酸引起的膜污染控制效果較差,而且MAR顆粒是否與膜接觸對膜污染控制效果無明顯影響。相比而言,PAC顆粒不與膜接觸時,PAC吸附預(yù)處理使腐殖酸引起的污染略有下降,但PAC顆粒與膜接觸時,PAC顆粒與大分子腐殖酸形成了致密濾餅層從而加劇了膜污染;PAC吸附預(yù)處理使單寧酸和牛血清蛋白引起的污染都有明顯下降,但PAC顆粒的影響方面,PAC顆粒與膜接觸對單寧酸引起的膜污染的控制有一定強化作用,而對牛血清蛋白引起的膜污染的控制卻有負面影響。海藻酸鈉引起的膜污染主要是可逆污染,無論吸附劑顆粒是否與膜接觸,MAR和PAC吸附預(yù)處理對其都無明顯影響。上述分析表明,MAR吸附預(yù)處理對分子量較大的疏水性有機組分引起的膜污染控制效果很好,而PAC吸附預(yù)處理對分子量較小的疏水性有機組分引起的膜污染有較好的控制效果,但兩種吸附劑對親水性較強的組分引起的膜污染的控制效果都很差。在上述針對模型有機物研究的基礎(chǔ)上,選取了松花江水和藻源污染水分別作為以外源有機物為主和以內(nèi)源有機物為主的典型水體,進一步考察了吸附預(yù)處理對多種有機物共存的天然水超濾過程中不可逆膜污染的控制,并采用模擬生產(chǎn)運行工況的一體式吸附-超濾系統(tǒng)進行了連續(xù)流運行試驗。結(jié)果表明,兩種原水在有機物分子量分布、親疏水性分布和熒光光譜等方面都有著明顯差別,盡管如此,平板膜短期超濾試驗表明MAR吸附預(yù)處理對兩種原水引起的膜污染的控制效果都好于PAC吸附預(yù)處理。連續(xù)流運行試驗表明,無論是處理松花江水還是藻源污染水,一體式MAR吸附-超濾工藝的不可逆膜污染都顯著低于單獨超濾;相比而言,一體式PAC吸附