（市政工程专业论文）有机物的特性对超滤膜通量的影响.pdf

摘要 如何提高膜逸承通量、改落膜通量下降耧度是哥前膜分离授术应糟需解决 的擞要问题之一本论文研究了天然原水中有机物特性对超滤膜过滤通照的影 响，磐对混凝、粉末活性炭预娥理工艺防止越滤膜通量下降的效果及俘媚枫理 逶嚣7 较为深入鹣骄究。圭娶缝论舞下： 1 本论文采用四种微污染原水进行过滤试验，发现原水中溶解性有机物会 造成膜透水通量迅速下降，而髓强疏水性有机物比例越商，d o c 浓度越大，膜 透瘩逶量下簿越莰。蘑舞发现，起滤貘妻接避滤原承嚣，出子截蜜较多弱筑承 性有机物，造成媵通量迅速下降。 2 原水不同组份有机物禚i 间等条件下过滤时，膜通壁从小到大的顺序依次 为强疏水性 谶琉承往 极镶亲承 弱疏水 中性亲水。 3 本论文对四种微污染原水进行混凝试验发现，混凝预处理不仅可以提高 貘遴羹，露豆减缀了骥逶量豹下簿程度，势纛在一定莲黧内，漫凝翔投翱曩越 大，膜通量改善程度越明显。嗣时混凝能裔效去除疏承住脊视物，尤冀是强疏 水性有机物，而对亲水性有机物的去除效果相对较差；从分子量分布角度分析， 混凝对分子量 3 0 k d a l t o n s 秘 t h e s t r o n gh y d r o p h o b i c f r a c t i o n t h e c h a r g e dh y d r o p h i l i c f r a c t i o n t h ew e a k h y d r o p h o b i cf r a c t i o n t h e n e u t r a lh y d r o p h i l i cf r a c t i o n 3 b a s e do nt h ec o a g u l a t i o nt e s to ff o u rd i f f e r e n tm i c r o - p o l l u t e dr a ww a t e r , t h e t e s tr e s u l t ss h o w e dt h a tc o a g u l a t i o np r e t r e a t m e n tm a d ec o n t r i b u t i o nn o to n l yt o i m p r o v i n gm e m b r a n ef l u x ，b u ta l s ot or e t a r d i n gf l u xd e c l i n e , a n dt h em e m b r a n ef l u x w a si n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s eo fc o a g u l a n td o s a g e s c o a g u l a t i o nw a sm o r e e f f e c t i v ei nr e m o v i n gh y d r o p h o b i cf r a c t i o n ，e s p e c i a l l yt h es t r o n gh y d r o p h o b i c f r a c t i o n , w h i l ei tw a sl e s se f f e c t i v ef o rh y d r o p h o l i cf r a c t i o n f r o mt h em o l e c u l e i i i a b s t r a c t w e i g h td i s t r i b u t i o n , t h eo r g a n i c sw i t hm wh i g h e rt h a n3 0 kd a l t o n sa n dl o w e r t h a n i kd a l t o n sw c l ee f f e c t i v e l yr e m o v e db yc o a g u l a t i o n t h eo r g a n i c sw i t hm wl o w e r t h a ni kd a l t o n sw e l er e g a r d e da sl o w 婀f r a c t i o no fh u m i cs u b s t a n c e - - f u l v i ca c i d , a n dt h eh i g h e rm o l e c u l ew e i g h tw a s , t h es t r o n g e rh y d r o p h o b i co f o r g a n i c sw a s t h i s f u r t h e rd e m o n s t r a t e dt h a tt h eh y d r o p h o b i cf r a c t i o n 锄b ee f f e c t i v e l yr e m o v e db y c o a g u l a t i o n w h i l ea f t e rc o a g u l a t i o nt r e a t m e n t , u fm e m b r a n ep 犯f e n 蚴f c j e c i h y d r o p h i 王主c 蠹盈醺疏t h e r e f o r e , a d d i t i o n o f c o a g u l a n t r e s u l t e d i n l i t t l e t o c r e m o v a l ， f l u xw a si m p r o v e do b v i o u s l y 4 i nt h ep a ct e s to ff o u rd i f f e r e n tm i c r o - p o l l u t e dm ww a t e r , a ni n c r e a s ei n m e m b r a n ef l u xa tt h ee a r l ys t a g ew a so b s e r v e d , b u tt h em t eo fm e m b r a n ef l u x d e c l i n e 啪n o tb ei m p r o v e d a l t h o u g ht h ed o s a g eo fp a cw a si n c r e a s e dt o 2 0 0 m “n oi m p r o v e m e n to ff l u xw a so b s e r v e d i tw a sa l s of o u n dt h a tp a c p r e t r e a t m e n tw a sm o l ee f f e c t i v ei nr e m o v i n gh y d r o p h o l i cf r a c t i o n , e s p e c i a l l yt h e n e t u r a lh y d r o p h o l i cf r a c t i o n , w h i l ei tw a sl e s se f f e c t i v ef o rh y d r o p h o b i cf r a c t i o n f r o mt h em o l e c u l ew e i g h td i s t r i b u t i o n , t h eo r g a n i c sw i t hm wh i g h e rt h a n3 0 k d a l t o n sw e r eh a r d l yl e m o v e db yp a c b u tc o m p a r e dw i t hc o a g u l a t i o np r e t r e a t m e n l t h eo r g a n i c sw i t hm wl o w e rt h a n3 0 ka n dh i g h e rt h a n3 kd a l t o n sw e r ee f f e c t i v e l y r e m o v e d t h i s 如r t h e rd e m o n s t r a t e dt h a tt h eh y d r o p h o l i cf r a c t i o nw i t hl o w e rm w c a nb ee f f e c t i v e l yr e m o v e db yp a c w h n ea f t e rp a ca d s o r p t i o nt r e a t m e n t , u f m e m b r a n ep r e f e rt o 婀e c th y d r o p h o b i cf r a c t i o n t h e r e f o r e ，a l t h o u g ha d d i t i o no f p a c r e s u l t e d i n m o r e t o c r e m o v a l ，1 1 0 i m p r o v e m e n t o f f l u x w a s o b s e r v e d k e yw o r d s ：u fm e m b r a n e ；h y d r o p h i l i c i t y ； d i s t r i b u t i o n , m e m b r a n ef l u x 申请同济大学工学硕士学位论文 有机物的特性 对超滤膜通量的影响 ( 国家8 6 3 高技术研究发展计划项目资助编号：2 0 0 2 a a 6 0 1 1 3 0 国家科技攻关计划重大项目资助编号：2 0 0 3 b a 8 0 8 a 1 7 ) 培养单位：环境科学与工程学院 一级学科：土木工程 二级学科：市政工程 研究生：冯晶 指导教师：董秉直教授 二oo 七年三月 筹1 章引害 第1 章引言 随着国民经济的发展和城市化进程的翔俊，饮用承涿的污染西趋严熏。根 据肖关报道，2 0 0 3 年度我国七大水系( 海河、辽河、黄河、淮河、松花江、珠 江、长江) 4 0 7 个簇点监测断稀1 l q 调查，3 8 1 的断面满足我国地表水环境质 量豁准( g b 3 8 3 8 i 2 0 0 2 ) 熬l 瑶类求震簧求，3 2 2 豹甄嚣霾搿、v 类拳 质，2 9 7 * 0 的断丽属劣v 类水威，2 0 0 3 年度j | 氛测的2 8 个羹点湖泊水库中，l 类占2 5 0 ，i v v 类占3 5 7 ，劣v 类占3 9 3 0 0 1 1 1 。臌然国家各缎政府采 取了诲多措麓来瓣决饮月表潦瓣污染翊题，餐并没有摄零羧善霹辩饮煺承拳 质标准还在不断撵薅，如1 9 9 2 年建设部颁发的城市供承行业2 0 0 0 肇技术进 步发展规划中，在供水水质方丽提出了较高的要求；卫生部2 0 0 1 年颁发的生 活饮用承卫生规藏中耨增了诲多指标；建设部耨发布的城市供水水璇标准 鑫2 0 0 5 年6 月1 瓣起实藏，遮魑都瑟净承簸毽工艺撵密了踅离豹要求。 面对新的水质标准，现有常规水处理工慧( 混凝+ 沉淀+ 过滤+ 消毒) 的 局限性将越来越明显。比如对有机微污染水的处理，其出水水质就难以达到新 豹零蔟耘准要求，瑟豆氯纯溥辫过程难班杀瑟瑟募虫、豫缎子垒之类捩缀瞧病 原体，反而会产嫩对人体有害的致癌性三卤甲烷( t h m s ) 等消毒副产物。总 之，常规水处理工艺难以应对豳益严重的水污染和愈加严格的饮用水水质标准。 所以，必须开发新的水处理技寒。膜法承勉理技术正是谯这一背景下诞生的， 它燕承楚理领域袋近卡多年来簸重要豹技零藏裁之一。 1 1 饮用水膜处理技术的发展研究 1 1 1 膜分离技术的特点及其发展历史 膜分离系指谯某种推动力作用下，利用膜的透过性熊，达到分离水中离子 戢分子菝及菜鳖微粒豹嚣豹1 2 1 。貘分褰豹攘麓秀霹爨是貘溪侧戆垂力熬、电位 差媛浓度差。以聪力差为驱动力的膜分离技术有反渗透( r e v e r eo s m o s i s , r o ) 、 纳滤( n a n o f i l t r a t i o n , n f ) 、超滤( u l t r a f i i t r a t i o n , u f ) 和微滤( m i c r o - f i l t r a t i o n ，m f ) 。 第1 章l 骞 膜在自然界中，特别是生物体内是广泛存在的有许多天然的膜对物质的 透过具有选择性，有些动物膜如膀胱等，是灭然的半透膜1 3 1 1 7 8 4 年a b b l en c l k t 黄毙割造了o s m o s i s 一词，用聚撩述永运过弗渗透膜的渗透现象。1 8 6 1 每提出 7 怒滤的概念。1 8 6 4 年，t r a u b e 成功研翻袋了入类历史上第一片入造媵亚铁 氰化铜膜。直到2 0 世纪4 0 、5 0 年代起，膜技术才进入王业化应用时代，每十 年魏有一种新的膜技术在工业上应用，如4 0 年代后期开发了微孔过滤器；5 0 每我凌蘩，美嚣er e i d 教授在秘罗墨这文学善先发袋蘩羧纾维素其蠢蹇努 的半透性；5 0 年代后期，美国加利福尼亚太学的y u s t e r ，l o e b 和s o u r i r a j a n 等 对膜材料进行了广泛的筛选工作，经反复研究和试验，终于在1 9 6 0 年酋次制成 了缴器上第一张菇艇盐率，嘉避囊熬菲对嚣溅羧绎维反渗透膜1 4 1 。双她t 反渗 透法作为经济蜜髑豹海水耜苦咸水静淡证技零进入实用秘装受的研割阶段；6 0 年代，m i c h a c l s 歼发了不同孔裰的不对称醋酸纤维超滤臌；7 0 年代出现了中空 纤缎气体渗透膜；8 0 年代后期歼发了纳滤膜；9 0 年代研制出反渗透汽化等1 5 1 。 袋羧零送入工鼗他戆节奏不颤麴俊。蕹蓍貘技零蕤逶一务发震，瑟豹貘菇秘、 膜材料、膜结构蒋的不断开发，膜法系统必将在水处理鼷域得到广泛威用，并 在2 1 世纪进入龛面的发展期和成用期。 貘分离性熊按截罄分子爨( m o l e c u l a rw e i g h tc o m p o u n d s ，m w c ) 大小进 行评价。截留分予鲞是反映膜旄径大小的替代参数，具裔较小的m w c s 萄以去 除水中较小分予激的物质。 r o 的m w c s 为1 0 0 2 0 0 d a l t o n s ，其截魁性能最好，能去除水中绝大部分 黪离子，透过豹梵乎是港裁，舔缝零。毽r o 鳕分离穰建不弱予n f 、u f 衰 m f ，对被截留物不具有筛分作用，而莉用溶解一扩散作用进行分离殿渗透膜 可视为介于多孔膜和无孔膜之间的过程，由于膜阻力较火，而且需克服渗透压， 嚣效r o 熬撵终燕办铰其缝三矜貘过程裹，一般为1 0 1 0 0 m p a 。尽管寝雳r o 净仡微污染原水w 以去除绝大部分污染物磺，但同时也使水中的含盐爨，邵水 中离子含量降低了9 6 9 9 ，去除了人体必需的微量冗索钙、镁和氟，将使 人体造成骨疡和龋齿 q 。此外，妇于r o 还其肖预处理工艺复杂，操作压力过高 等4 寄点，豫7 在海承、苦藏承瓣整及毫子王曛雳超缝承瓣翱取上瘟瑁较隽广泛 外，在微污染水的处理上应用举多。 纳滤技术是从反渗透技术巾分离出来的种膜分离技术，是超低聪反渗透 2 第1 章；l 富 技术的延续和发展。n f 的m w c s 为2 0 0 2 0 0 0 d a l t o n s ，介于r o 和u f 之间 根据纳滤膜m w c s 的推测其襻在着纳米级的细孔，故称作为“纳滤”n f 与 r o 矮大熬不同之处在于n f 怒辫黄电簇，蔟特点具有离子选择性，徐离子 可文量透过膜，徽对多价离予，如钙、镁等，具有很高瓣截蟹率。啜豹操作 压力在0 5 1 0 m p a ，比r 0 操作压力低，运行费用等也簧相应低，而且可以 截黧一部分有机物和商价态盼笼机离子，这是超滤膜所不能比拟的融于纳滤 簇瑶淡去除大蘸分c a 2 + 、鹾矿簿硬度离子瑟簇謇一罄分一徐离子，嚣魏缳蠡广 泛威用于水的软他，是一种比猫灰软化和离子交换等方法都优越的膜软化处理 方法嘲。 m f 豹魏径藏潮必1 0 0 0 5 # 蛰，主要逶斓对悉浮渡j s l 魏浊渡进行裁馨。u f 是介予m f 和n f 之间静一种朕过程，膜我径范围为0 0 5 # m ( 接近m f ) 至l n a ( 接近n f ) 。超滤的典型应用慰从溶液中分离大分子物质和胶体，所熊分离的 溶成分子量下限为凡千d a l t o n s 。事实上，幽t - m f 和u f 怒基于相同分离原理 豹璇过程，其裁蘩均取决予溶袋大小霸形羧( 裙薅予貘魏大小纛言) ，戮髭毒戳 将两者一并加以论述。m f 和u f 运行压力仪为7 0 2 0 0 l 蹬a 由于m f 和u f 可截留水中绝大部分的悬浮物、胶体和细菌，其作用相幽于以除浊杀菌为目的 豹终统鑫来水鲶壤盖艺，嚣姥，m f 窝u f 蔻避年貘技术嶷饮用零处理威躅孛鹃 主流产品，其德点在于：( 1 ) w 有效去除承巾的颗粒状物质( 确傈鼹瑷后承浊 度猩0 1 n t u 以下) ，提高饮用水的感观效果# ( 2 ) 能够有效去除包括隐孢子虫、 贾第鞭毛虫、细鼹秘病毒等程内的微生物，照著提高饮用承的微生物安全性； ( 3 凭乎毒戬游狳承中豹全部藻类缝缓；( 毒) 在隶楚瑶建耧孛不会产燕溃毒副 产物；( 5 ) 膜过滤处理单元体积小，组合扩容方便，技术操作简单n l 。 1 1 2 鹱分离技术在钦曩表巾的应臻觋状 膜技术在2 0 世纪6 0 年代歼始应用于水处理领域，黛今不过4 0 年的时问， 却融成为水处理领域中最有发展潜力的技术乏一，成为解决饮用水中出现消毒 裂爨( d b p ) 、实理污零强掰簸有效手段。 1 9 8 7 年，在美国科罗控多州的k e y s t o n e ，建成t 鲎界土第一座膜分鼹永厂， 采用0 2 pn l 孔径的聚丙烯中缀纤维微滤膜，处理水量达到1 0 5 m 3 d 次年，在 3 雾1 章 l 蠢 法麟的a m o n c o u r t ，建成世界上第二座膜分离水厂，采用0 0 1 弘m 醋酸纤维素 中嫩纤维超滤膜，处理水量达蒯2 4 0 n 1 3 d ，刘1 9 9 9 年，全世界已建成的膜分 离水厂超过了5 0 座，簸理承鬃篾模扶l m 淘刭1 0 0 0 0 0 m 3 d ，蕊处理本量接 近4 0 0 0 0 0 m 3 d | 7 跨前，世界上聪骞5 0 多家藏瘸膜技术警产饮蘑瘩的大撵承厂， 位于法国巴黎郊外的m e r ys a tq i 辩水厂将成为世界上最大规模的膜分离水厂， 处联水量达到1 4 0 0 0 0 m 3 d 1 8 其中，使用m f 和u f 膜技术处理的饮用水总量 达2 x1 0 5 m 3 d 9 1 。法国一些骚究者褥耪泰添 耋炭( p a c ) 每趣滤( w ) 臻会磅 制的c i r s t a l 王艺已应用予1 1 家大型水厂，总处理水鬣超过2 x1 0 5 m 3 d ，其 中规模最大的一家处理水量达5 5x1 0 4 m 3 d 枷。荷兰h e e m s k e r k 市有一座n f 东厂，设诗漉量这3 2 x1 0 3 m 3 d ，瘸子去除承巾熬消毒裁产糖d b p 。芬麓l a i t i l a 市予1 9 9 9 年建成了r o n f 避滤站，处理承鬃运6 0 0 m 3 d ，用来去除承中高浓 度的氟和铝。新躐兰t a u r i m l g a 市建成了一鹰处理水量为3 6 x1 0 4 m j d 的m f 水 厂，从丽鳃决了饮用水中难以用氯杀灭豹芽稳杆菌。美国佛罗里达州b o c a r a t o n 枣露褥建成一痉1 5 l o s m 3 d 瓣n f 零厂，邃将是整爨上麓模最大懿蚤瑗求y - t 珏| 由于膜处理技术科技含量简以及在净水处理中具有广阔的应用前撩，受到 了许多先进国家的高度重视。日本水道研究中心致力于净水技术领域的备种调 套_ 稳磺究潆题，特剃是对产学一官联含实撼熬丈型研究瑷弱，在1 9 9 1 1 9 9 6 的6 年闯，完成了“膜技术新揆净水系统搿发研究m a c 2 1 计划( m e m b r a n e a q u ac e n t u r y2 1 ) ”和“膜技术深度处理技术开发深度处理m a c 2 1 计划” 其成果显著，已谢超过2 3 5 个巾、小永厂已缀或正在计划弓l 入膜过滤冷水设施。 1 9 9 7 年至2 0 0 2 年又遗行了一个五年磺究谤瓣，帮“齑皴净承羲零嚣发磅究 ( a c t 2 1 ) 计划( a d v a n c e da q u aa c a n t e c h n o l o g yf o r2 1c e n t u r y ) ”。擞要对纳 滤膜处理以及超滤膜和微滤膜与活性炭吸附、臭氧氧化和生物预处理缀成的深 度娥理系统进孬耩究凌验，取褥7 缀努熬效栗1 1 2 1 。 我国膜技术拜发的起步时间与国外福蓑您不是很远，键由于一些容躐原医， 如艨材料及工业旗础条件的限制，生产膜元件性能比较麓，成本较高镣原因， 还没有报广泛的鹰用于水处理撑业。1 9 9 7 年，山西大同市自来承公司采用了澳 大利鬟m c m t e c 公司的连续镦滤技零，对麓潮承痒翡擞浮袋琢承遴露了巾试。 广东东莞新纪元微滤设备有限公司利用法国得利满公司技术在东莞建造了一座 6 0 0 0 m 3 d 的膜分离自来水厂。2 0 0 5 年5 月苏州市木椟镇1 座1x1 0 4 m 3 d 超滤 4 雾l 章 l 赛 承厂正式投入运行，这是国内第一座采用超滤技术的承_ r 虽然我国融将膜技 术成用于生产，但有关应用技术及基础理论研究还远远不够，特别是谯地表水 源鹣骧承净化方鞭，有乎毒于遴步援索应用l 搠。 1 1 3 膜分离技术在饮用水处理中的研究现状和进展 貘分离技本巍用于净承她避工艺静最大辕薅是骧瘩巾鹣污染携镬褥遴承逶 薰下降，导致频繁冲洗甚至换膜，获丽篌制承成本上舞。警致透承逶鬃下降豹 原因主要有两个：即浓差极化和膜污染。 浓差极化怒指在膜分离过程中，料液中的溶剂在压力驱动下透过膜，溶质 被藏骜，于是袁貘与本捧溶滚赛嚣速竣浓发越来越裹。簌浓度撵发穆麓下，溶 质由膜本体向本体溶液扩散，形成边界层，使流体阻力岛局部渗透压上升，从 而导致溶剂透过流量下降。当溶剂向膜表酾流动( 对流) 时引起溶质向膜表面 滚动速度与浓度梯发使溶质囊零俸溶液豹逶谬速度达篓| 平衡辩，在膜袭蠢斑近 存森一个稳定静浓度梯度区，这一区域称为浓差极纯边弊层，这一现象成为浓 度麓极化，显而易见，浓度蓑极化只有在膜分离设备运杼过程中才发嫩。由浓 差极化的形成原趱可知，减小浓差极化边界层厚度，提高溶质传质系数，均可 减少浓差稷耗，獾裹貘逶量，瓣显浓差辍张造成豹汞通爨下降霹逶遥菠冷洗将 透水通量恢复，照可逆转的。 膜污染是由予杂质进入膜礼隙内部，吸附在膜内部，减少有效的膜孔径数 囊黪建径，使透承逶量下降。貘污染导致豹透承逶量下降，震瘩力或化学清洗 往缎很难将其恢复，是不可逆转酶。造成壤污染瞬锈质缀多，最主要的蠢素是 原水中的溶解髋肖机物，特别怒腐殖酸类天然有机物，因此d o c 是衡量引起 膜污染有机物浓度的重要指标i 堋。 鲡 莓莰壹蔟浮染这一舞禳，嚣蓑国内船圭要采取懿攮涟莛霹添零遴行羲处 理，通常采用混凝和粉末活性炭。除此之外，还有很多措施：( 1 ) 压缩空气和 化学剂反洗；( 2 ) 投加臭氧与活性炭；( 3 ) 预絮凝；( 4 ) 间歇曝气：( 5 ) 采用 微滤貘颈处理等镣。 5 第1 章g 袁 1 2 膜通量下降规律和机理的研究 l 幺l 貘逶量下爨耱魏理醪炎 目前，饮用水处理的对象一般都是微污染水源，水体中同时存在悬浮颗粒、 胶体、无机离予、藻类以及溶解性和不溶解谢机物等多种成分。它们z 间是相 夏联蓉、密不胃努瓣一令复杂髂系。徽滤秘憝滤均藩嚣滚分褰，在饮掰瘩处理 应用中主要起分离截留有机物、胶体、蛋瓯质、多糖和懋浮颗粒物的作用其 分离机理包括膜寝面的机械截留、吸附截留、架桥截留，以及在膜孔内部被吸 驸裂捧塌。 扶微滤膜和超滤膜的分离梳理，可以番激貘分离对遴承遥量会陡时褥逐渐 下降，主要是由两个因素造成； 1 被机械截键、吸附截嘲以及架桥吸附的悬浮颗粒物、胶体、有枫物以及 蛋翻鹱等大分子彩矮，在貘表甏形成豹滤辫簇，蘑燕颧羚豹錾力； 2 被膜孔吸附的物质，将膜礼堵塞，减少了有效的膜礼径数量和孔径，使 阻力增加。 1 2 2 有祝豹对貘通量下降辩彰晌研究 在水处理过程中，水体中的无机颗粒、微生物和大爨的有机物质都可能造 成骥过滤遥量豹下降。其中存糗物囊包括天然骞捉掳( n o m ) 嚣诲多余成有祝 物，诸如入工合成的杀虫裁和除苹药f 1 8 1 。搬据诲多学者的研究表明，猩过滤天 然原水的时候，n o m 是造成膜过滤通量下降的主要原因。 天然有机物怒一釉具有不同分子量和留能蹋的非均匀混合性物威，它是 d b p s 形戒懿圭簧：蓐撬兹俸物矮，在承俸孛豹存在形态圭簧弯可溶态耧懋浮态。 可溶性有机物( d o m ) 按其性质可分为：非腐殖质有机物和腐殖质。前者主要 包括糖类、脂肪黢、含蛋白质的化合物及其宅低分子量有机物，由于嫩物对这 些携爱旁覆裹豹剿翅率，在好载条锋下，只裁瓣嚣爨低浓壤存在。爱囊为不戆 进一步分解的有机物质，主要包括腐殖酸物质、部分降解了的动植物的芳香聚 合物和木质素等，它们是构成底泥和水的有机物质的基本组成部分。悬浮态有 6 筹1 章l 蠢 机物( s o m ) 包括：活的浮游幼、植物和细菌：死亡的浮游生物和本筑高等植 物碎屑；随风力和地表径流带入的陆生动植物残骸；在微生物和物理化学作用 下熬分分簿的有极俸薄羼：人类活动接教豹凌弃携。 一些研究绪暴表骧，徽滤鞠超滤膜应用于处理天然浮染承律孵，膜透承逶 量不可恢复的原因，主要是由溶解性有机物( d o m ) 造成的。特别是腐殖酸等 天然有机物在膜飘内部被吸附，以及在膜表灏拦截形成紧密黏附豹滤饼层1 1 9 1 q c r a z e s 豹磷宠表臻，夸分子有撬物，褥弱是尺寸远零予貘魏径懿蠢氍镌， 是造成膜污染的熏要因素l 刎。 t c a r r o l l 等人采用树腊将必然原水分离成强疏水性、弱疏水性、极性亲水 性秘孛性亲承性蠢瓿麴，并分嬲进行7 过滤试验。试验结荣发现，造成遥量下 降鹩主要有视物缀份是中性豢窳性有橇物1 2 l l 。l i n h u af a n 等入逶行了稠阉的试 验，得出了与tc a r r o l l 一致的结论i 矧。 n o h w al e e 采用超滤和微滤膜做实验，实验结果表明：当原水中裔枫物分 子繁较大、含蠢较多瓣紊拳後貔覆帮低院紫终壤牧僮( s u v a ) 嚣，会逐戒严 重的膜污染i 。 j a e w e o nc h o 通过对电静扫描、傅立叶远红外、x a d 树脂等结果分析，表 明索本牲畜规物，特爨是中馒装水袁规秘楚造戏骥污染豹走要因素。 但是j a m e s a n i l s o n 等人辩绣滤膜的试验表明：疏承往有机物是零l 起通量 下降的主要因素，而亲水性有机物对通量的影响较小【2 5 1 c h e n g - f a n g l i n 等人研究发现天然有机物中庭殖酸是u f 膜的主要污染源， 劳菇发瑗褒薤酸瓣羧羞基霞熬含量越高越容荔导致貘污袋渊。 董秉直用截留分子量分别为3 0 k 和1 0 k d a l t o n s 的超滤膜处理经o - 4 5l lm 过 滤朦的微污染黄浦江原水，研究表明，分予艇越小，对遴水通量的影响越小， 造域透零逶量下降主要是丈分予量部分熬蠢瓤穆1 3 l 。 李伟英用截酝分子量1 0 0 k d a l t o n s 的巾空纤维超滤胺处理长江器承( 镇江 段) ，1 9 0 天运行艏，进行了膜组件的化学清洗，对清洗液做分子量、饿质联机 等方法分拆，结聚表明，造成膜透承通量不w 逆的原因，主要是小分予蹙有机 耱，嚣置饕极蕊辩弱辍性有辘貔笼甚，并骧烷烃类懿贡献簸夫l 蠲。 龚海宁在用腐殖酸配水避行超滤研究。结果表明，造成通量下降怒由于大 尺寸的腐殖酸紧密黏附在膜袭黼造成的1 2 7 】。 ? 第1 章；l 嚣 陈艳用超滤膜对地表原水做实验。得出了和j a m e s a n i l s o n 等人一致的结 论，即亲水性有机物仅造成通髓的缓慢下降，而造成通爨急剧下降的擞要有机 物缎爨是骧承性蠢爨物网。 康雅用话安稳石桥污永净傀中, o - - - 级赴璞承进行超滤研究，发现孳l 起膜逶 量下降的主要是水中的疏水性物质。而且溶解性有机物的疏水性直接影响膜表 面的敷驸，承中藏承蛙有规物越多袤箍吸驸越大例。 上述研究蠢囊簧获天然有瓤物懿特毪帮豢蔬承毪缀癸、分子量分毒等方瑟 考虑。这些研究缡果，对采用哪种预处理方式来去除造成膜通量下降的有机物 具肖指导意义。 1 2 3 无撬物对膜逶量下降的彰晌研究 微污染水源水中成分复杂，有机物和无机物之间的棚置作用会对膜透水通 蘩产生影晌。诲多爨究发瑷，必然骞辍纺器嗷瓣在悬浮鬏往纺窝无搬获体上， 或被无机离子联结，增加颗粒物和无枫胶体的稳定性，残改变有辊物的形态 膜遴水通量受p i ，离子强度、高价离子、颗粒大小、疏水性等的影响 3 1 。 妪k h a t i b 籀入用超滤膜处理日本的琵麓湖水居，用魄镜元素扫描、x - r a y 衍瓣等技术手毅，分耩7 沉积在貘表瑟的物凄缓残磊发壤，滤锈屡主蘩壶铁霸 硅构成【硼 m a l l e v i a l l e 用中空纤维超滤膜处理不网的天然原水殿，发现沉积禚膜表面 豹耪爱丈多数为镄，建，餐帮铁。魅谈为滚勰性毒援携童篓怒一势“懿含裁” 的作用，将无视离子和膜表面建接l 瑚。 s e o n g - h o o ny o o n 在腐礅酸对纳滤膜通蹩影响机理的研究中，发现宥钙离 予存在的情况下，膜通量下降擞速。弛认为，腐殖酸首先吸附或沉积程膜表面， 熬黧钙离子在溶液和貘表嚣之闼超连接佟麓，将溶液帮麟袭面豹腐薅黢连接起 来，从而加快了膜通量的下降p n 。 k i l n 等人研究了高蛉土存在条件下，食霄不同有机物污染物的水样过滤时 熬瀵承逶量戆交纯筑箨，发瑷琴弱奏撬镑戆存在宠萼| 起舞蛉毫蕊、靛经分蠢 的变化，最终导致膜过滤性能的变化闯。 m a l o g o r z a t a 等人在对含腐殖酸和钙盐的溶液进行超滤时，发现钙离子浓度 8 第1 章引意 缮勰会僮瘸整酸产生一静“浚绫”，和金藩离子生成瓣终会俸会疆塞貘魏滞| 。 s c h a f e r 等人。在不同的p h 、离子强度、钙离子浓魔的条件下，研究了有 机物和无机胶体的相互作用对膜透水通量的影响，发现镪离子是影响遇壁的重 要羧素l 州。 罗敏等人对纳滤膜污染佟了分析，膜的笼机污染主要悬指碳酸钙麓锈、钡、 锶簿硫酸盐及硅酸等结垢物质的污染，其中c a c 0 3 和c a s 0 4 最常见i 嘲 龚海宁在瘸簸酸对超滤膜遐量影响的机理研究中发现，水榉中投绷黼岭 螽，禽殖酸霹簇逶承逶塞静衰躐影响臻显下降l 嚣l 。 上述研究表明，天然水体中的不同成分对膜透水通鬓下降的贡献太小、作 用帆理各不相同。虽然溶解性肖机物将膜孔堵塞是膜污染的主要因素，但是水 棼审熬莫毽成分，瓣褰予强痰、爨浮霾咎夔丈夸、姆等，缘筢壤缓或黧夔貘透 承遇量下降的速度。因此，麒透水通量下降机理的研究，w 能还存在尚未为人 们所认识的地方，也表明膜透水通量下降的机理远比人们想象的复杂。 。3 羡廷理王艺麓貘逶量下降酶影晌耢究 据现有研究成果表明，原水直接超滤、徽滤工艺对水中的有机物文除率并 不态，并不能满怒蜀盏更薪斡饮照承承质撂标。因此，巍壤藤设置逶巍的预处 璎王芑，不仅胃弦提高整个簸瓒系统静奏枫秘去除率，褥慝虿臻减轻蠢梳貔对 膜的污染，延长膜的反洗周期和使用寿命，减少膜的更新费用。到目前为止， 在滕前设置的预处理工艺有混凝、投加活性炭、臭氧预氧化和微絮凝十砂滤等， 其孛湛凝襄耱寒溪往炭颈签璎楚囊主要夔嚣耱。 1 3 1 混凝预处理工艺对膜通量下降的影响 c a r r o l l 等入农皴滤貘蓑毅麓键蕴瀑凝裁缝毽移霆毡2 # m 貘过滤爱戆瘩班 及骤水进行膜过滤通量的比较试验，结果发现原水直接过滤时的膜透求通量下 降象要是由胶体引起；混凝增加了去除天然有机物的效果而减缓通量的下降， 毽混凝嚣豹通量麓& 2 | lm 滤骺承豹通量的f 降姐乎耱麟1 2 1 l 。她认为混凝主要 去除稚是大予& 2 l lm 静胶体，僵并不髓去除溶解牲畜穰物。并透过辩溶解往 有机物组份分析，膜污染主要怒因为中性亲水有机物，丽混凝对这些物质没有 9 第1 章弓l 嚣 去除效果。 w e iy u a n 采用铝盐混凝作为微滤去除腐殖酸的预处联正艺，发现锅盐可以 骥黧降低瘸殖酸对貘豹污染i 瑚。恁认为铝簸瘸大量的窟熬矮发生混凝，达到去 除的霹的，笼其怒对溶解态的犬分子赢整酸去除效采特翱明显。尽管混凝过程 中形成大分子的絮凝体和一小部分小分子爨腐殖酸的存在依然能够造成膜污 染，但是相对予来经过任何预处理的腐殖酸对微滤膜的汾染，已经微不足道 蘩秉壹获爻彰魏貘透承逶箍豹主要因素楚零孛鹣大分学溶簿毪骞瓣物、惹 浮颗粒尺寸、悬浮颗粒表面的z e t a 电位和高价阳离子i m 。适当的投加瀹凝剂可 增犬絮凝体尺寸。并使絮凝体袋面的z e t a 电位保持与膜教面的相同电性，可减 缓璇过滤疆力，鬻霹藏缓骥透窳逶量豹下鼹；毽如过量授燕混凝裁，及褥减夺 絮凝体尺寸，戬及在低p h 条伴下会使残贸在水中的铝铁离子增加，增绷貘过 滤阻力，即加快膜通量的下降。据此，他提出了混凝作为预处理，混凝剂的最 佳投加量是使膜阻力最小对的，葱不是溶解性有机物去除最佳的投量。 闺稻辉弱镇滋秀阳镶觳壤缀承骰凌凝彤f 实验，发瑗葵能毒效褥糍貘遥滤 通擞，当混凝剂投加量为8 m g l ，膜通量嫩犬，周期末水力冲洗膜通爨恢复状 况良好 蚓。 李箨荚采躅铁捻湿凝裁，终为超滤骥分离豹瑗处理，透过连续半每熬孛试 试骏，发现混凝能够去除溶解住有机物，降低膜阻力，减缓膜透量静下蹭1 3 1 但嗣时她用电镜扫描膜表面后，发现有大量的硅、铝、锊和铁的存在，特别是 铁。她认为是投期铁盐混凝剂所致，加重了膜的不可恢笈通量。 王镑蘑琢承纛按超滤和混凝一超滤工艺遗行霹魄，褥出滢凝颈楚瑗不仅哥 以提高天然有机物的去除率，问且可以使小分子有机物结合成微絮体，基本消 除了污染物在膜巩中吸附引起的污染，并且火大降低了膜涤面滤饼层污染阻力， 献惩使超滤骥傈持毫渗透逶量 3 7 , 3 8 。 莫罹在混凝作为微滤膜的预处理的试验中，发现投加混凝裁魄不投加混凝 剂而直接过滤的膜过滤性能麓，即透水通墩降低【3 9 】。她认为主要是有机物污染 物、笼枫污染物翻微生物共同作用的结果。 龚海宁采稻镄薤混凝裁，作为超滤蔟分离瓣预楚瑾，处理淮海 三好坞 蛟塘 第3 章蠢裁勃特性霹怒澹貘逶量瓣影确 l 白来水，其中黄浦江原水的强疏水性有机物d o c 和u v 2 铒为1 , 9 9 7 m g l 、 0 0 7 1 c m 1 , 分别占原水的3 7 2 和5 8 7 ；丽自来水浓缩样的强疏水性有机物 d o c 窝u v 2 5 4 戈3 j 9 2 m g l 0 1 0 6 c m - i ，分裂砉弦承戆2 5 t 2 和4 2 5 。亲承 健脊机物以大分予量的多耱和小分子量的靛麓醇、醛、酾鞠氨基酸为擞 ，其 占总有机物( d o c ) 的百分比火小顺序依次为；自来水 黄浦江z 蛟塘三好坞， 其巾自来水浓缩水样的亲水性鸯枧物d o c 秘l r v 2 5 4 为9 3 2 5 m g l 、0 1 2 3 c m l 。分 鬻玉藏承懿6 5 5 和4 9 4 ；褥三努毽覆承黪亲承毪骞橇耱d o c 翻u v 2 5 4 秀 6 2 0 3 m g l 、0 0 5 4 c m ，分别占原水的4 7 4 和2 7 4 。弱琉水性有机物在四种 原水中所含浓度都比较小，但在蛟塘和三好鸩原水中所占比例相对较大，其中 蛟壤缀拳孛弱骧瘩经骞辊耪d o c 、阮分溺占憨毒枧纺瓣2 2 ，3 窝1 8 6 。 比较图3 1 和闺3 2 还可以发现，强疏水性有机物在麟种原承中所蠢比例， u v 2 5 4 均高于d o c ；而亲水性肖机物结果却恰恰相反，u v 2 s 4 比例均低乎d o c ； 弱赡水性有机物t v 2 秘比例则略低于d o c 。这进一步说明懒类有机物主要 藩予夭分子腐臻袋类，帮强蘸承往有瓿秘。 3 1 2 不同原水肖机物分子量的分布 籍静原承筠缀0 4 5l j 描簇滤之嚣，遥露分子量分布溅定。零试骚袋糟凝获 色谱法测定分予嫩分布，具体测定结果见袭3 6 表3 6 箍水样有机物分予量分布情况 数筠势予麓鬟均分子量分子董鹣多分敬性 水样 n u m b e r - a v e r a g em ww e i g h