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城市污水处理工程毕业设计（含图纸及说明）,城市,污水处理,工程,毕业设计,图纸,说明
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膜的表面吸附特性对地表水处理的影响Daniella B. Mosqueda-Jimenez1; Roberto M. Narbaitz2; and Takeshi Matsuura31、简介从水中去除天然有机物（NOM）是很重要的问题，因为这些物质的化学消毒产生大量有潜在危害的消毒副产物。试验性的研究和生产性实验已经证明纳滤能使天然有机物的去除率超过90%。利用超滤膜（UF）来代替纳滤膜似乎可能性更大，因为超滤膜可能需要较少的预处理，有较高的产水率和较低的操作压力。然而，已经公开的对超滤膜的试验性研究的结果普遍认为，需要适当预处理时天然有机物的去除率低于50%。另一个阻碍低压力膜法更广泛应用的是渗透通量随时间减少。一般认为是凝胶层。淤塞包括引起渗透流量随时间减少的各种现象，但除开有关膜的紧束和力学特性的改变。在几项饮用水处理的研究中，天然有机物被认为是主要的膜淤塞物。淤塞增加了成本和膜过滤操作的复杂性，也可能影响膜系统的出水水质。有几种方法可用来减少膜淤塞。例如：加料预处理，或者操作条件的调整，尤其是过滤膜速横向流动以及压力和温度。淤塞取决于溶解物和构成膜的聚合物之间的引力，这一点已被完全证明。那么，另一种可能减少淤塞的方法就是通过改良膜的表面来实现。根据Zeman和Zydney的调查，在1996年，几乎50%市售的微滤膜和超滤膜都是表面改良的。但是，所用的添加剂和工业制造工艺都是商业秘密。出于环境要求，近十年来表面特性高分子物质被用来试图改善聚醚砜膜在环境中的应用。这种膜的表面特性被添加物表面特性高分子物质所改变。表面特性高分子物质专门用来提高憎水性（通过它们的氟化基）及与聚醚砜的相容性，以便它们在合成液中能较好的混合。表面特性高分子物质在单步骤铸塑工艺中迁移到膜表面，因此膜的表面憎水性增强而保持着与非特性物质同样的膨胀性。已证实在从水溶液中通过全蒸发来分离挥发性有机化合物（如氯仿）表面改良膜比油/水的乳状液超滤及生物超滤和微滤料表现出一些更好的性能。这项新技术的主要优点之一就是聚醚砜/表面特性高分子膜与聚醚砜膜相比，有更优良的机械强度。由于将氟化物用表面特性高分子合成而氟化物的某些特性，如表面润滑，低表面自由能，因此设想聚醚砜/表面特性高分子膜应具有低粘性，因而有更大的抵抗淤塞的性能。DiGiano采用了相似的方法来探寻更好的膜材料。几项研究表明，聚合添加剂的使用，如聚乙烯吡咯烷酮，聚乙二醇，通过提高处理能力而改善了聚醚砜的性能。这篇文章的主要目的是通过向铸塑溶液（不论有没有聚乙烯吡咯烷酮）中加入表面高分子来研究表面改良的作用，以及进水的类型对超滤膜的影响和淤塞的程度。在地表水的处理中，膜的性能是以总有机碳去除、膜淤塞物的量、通量的减少和试验结束时渗透通量来描述的。2、试验方法和分析2.1 膜的调制膜是利用同相倒置技术铸造成的。配制铸塑溶液要用4种不同的成分：聚醚砜、聚乙烯吡咯烷酮、表面修改高分子41和N-甲基2-吡咯烷。聚醚砜在铸塑液中的浓度保持一个常数，占所有膜重的18%，聚乙烯吡咯烷用3种不同的浓度，0、6%、18%，所以聚醚砜和聚乙烯吡咯烷的比例分别为0、1：3、1：1。对于改良的膜，1.5%的表面修改高分子41被加到铸塑溶液中。所有的浓度都是重量百分比。过滤后的均匀溶液去除气体后投入到室温下的玻璃盘中（液厚0.25mm）。然后，把盘子浸没到4摄氏度的凝固池，在这里，膜最终被剥落，分成20厘米的小块以备用，储存在5摄氏度的纯水中直到测试。2.2 分析：待测水的常规物理化学性质用标准方法测定。TOC浓度是用Dohrman总炭分析仪来测定。紫外线吸收率是用Beckman Du-40分光光度计，在254nm的条件下用1cm石英比色皿测定的。Ottawa river water 的有机物的分子量分布测定用可再生纤维膜进行超微分馏。再生的纤维膜也有4种级别的分子量：5000、10000、30000和50000道尔顿。以下所使用的超微分馏技术因不同的作者有不同的描述。一种电子扫描显微镜JSM-6400JEDL被用来观察膜的交叉区域。用一种轻击方式操作的原子显微镜来获得膜表面的粗糙度的拓扑结构信息，用Kratos Axis光电分光光度计来作膜表面的化学分析。2.3 检测方案：在膜的性能评价时使用的是CORW、HMW和LMW非分馏的高分子量和低分子量的CORW，超滤膜被随机地放在有6个系列单元的系统中。选用这种装置是因为它可以六份样品料同时测试，并且基本上和SEPA CF单元膜有相同的结果。这种系统使滤出液回流到进水池中以维持恒定的进水浓度。在系列单元内可能存在的单元影响或单元顺序影响则通过利用标准差的平方测试分析来消除，因为从统计学说上这样可以消除因此而造成明显的误差。在运行之前，膜须经在620kpa（90磅/英寸2）条件下使Milli-Q水从每块新的样品过滤后预压52小时。纯水的渗透速率就采用在50小时内345kpa（90磅/英寸2）的操作压下所用的Milli-Q水。这是试验的第二个阶段。然后，超滤膜的性能用已知溶解物质（PEG和。等不同分子量的物质）的运动数据信息来描述。膜的特性鉴定完之后，膜就可以用来作第四阶段的试验了，这个阶段包含CQRW水的过滤，或部分分馏，这取决于试验的类型。CORW滤率测定是在进水水量为1.1千克/分钟和在连续操作的6天内操作压为345kpa的条件下进行。滤率在不同的时间间隔内进行测定。进水和出水试样收集起来以评定TOC的去除率。在六天测试结束时每块膜的表面积累的淤塞物的量通过Hong和Elielech所描述的方法去测定。大口烧杯要在105摄氏度的烤箱内预处理一晚上。当烧杯在除湿器中的温度降到室温时再称重，小心地把膜的样品从测试箱中移出放到烧杯中。然后，淤塞物用25ml含0.1mol的NaOH溶液溶解到经预处理的烧杯中。当淤塞物完全去除后，取出膜块，把烧杯以及两只空白试剂烧杯放在105摄氏度有通风装置的烤箱中烘烤24小时，最后，把烧杯放在除湿器中达到室温再称重。淤塞物的质量就是含有淤塞物和NaOH溶液干重与空白样之差。2.4 试验图例：用一个323的多因子图例来估算PVP浓度（0、6%、18%），铸塑溶液中表面特性高分子，以及待测水中天然有机物的百分比的影响。这种图例允许在每一个反应变量里独立的变量相互作用，而试验操作数比一次一个因素所需的操作还少。测定评价每块被测试膜的性能特征的反应变量，就是膜所要达到的TOC的去除率，膜顶部沉积的淤积物的量，标准化通量衰减率和六天实验结束时的渗透通量。多因子方案中的重复部分是值得注意的。这个方案允许我们测定试验误差，使每次测试的试验条件相当于完全相同的实验。这意味着每个待测定模块可以来自不同的膜板上，并且可以随意放在六个试验箱中的任一个中。统计计算是利用STATGRAPHICS Plus version 7.0软件做的。3 结果和讨论3.1 进水在这次试验中，三种不同的进水的水质特点如表一所列。根据Mosqueda-Jimenez所采用的渥太华水中天然有机物，利用超微分馏，将近30%的天然有机物分子量小于5000道尔顿，近60%的天然有机物的分子量从10000-30000道尔顿不等。而只有低于10%的分子量高于30000道尔顿。对于低分子量和高分子量所占的百分率与浓缩的渥太华河水相比总有机物炭浓度分别减少和增加约50%。因为这种膜的分子量达到30000道尔顿，在高分子量中大多数自然有机物都会大于30000道尔顿。特定紫外线的吸收率通常当作芳香族化合物含量的量度。因此，水中低分子量的的芳香族化合物要比浓缩的水和高分子量的水要少。颜色的测定显示带棕色的水与较大的天然有机物分子有关。以前的一项研究中发现，为了获得浓缩的渥太华河水而采用的浓缩方法不仅改变了有机物的分子量分布，而且还增加了浓缩物中一价和二价离子的浓度。另一方面，在自然有机物分馏中所用的YM3膜是一种紧束超滤膜，几乎对无机离子没有排斥作用。因此，碱度和硬度变化都非常小。3.2 膜的特征膜的特征列在表二中，括号中的数字表示参数的变化范围。大的变化范围被认为是由于人工铸塑膜所固有的差异性。表二中所显示的数字表明在铸塑液中，PVP/PES比对分子量分界和纯水滤率有很大的影响。仅有的重要差别就是在没有PVP的膜的分子量分界和PVP/PES比为1：1的膜的分子量分界之间。没有PVP的膜的纯水滤率要比用PVP的膜的纯水滤率低，其它的研究通过不同的聚合物浓度，观察相同过程。关于溶质分离，所用的待测溶质是分子量为35千道尔顿的PEG，PEG的平均分离相对不含PVP的膜来说较高一些。含有PVP的膜的分离的标准偏差非常高。因此，既不是PVP/PES之比，又不是SMM的利用在溶质分离中产生区别。SMM的迁移是通过在不同深度（d1和d2，d1d2）对氟的含量的测量来确认的。在三种表面修改膜中，越接近表面，氟的含量越高。氟d1/氟d2的比值分别是1.45、1.43、1.14，分别对应着含有0，6%，18%的PVP。因此，迁移速率与铸塑液的粘度成反比，因为粘度PVP浓度增加。像前述的六种不同的膜块，SMM-41的应用没有对MWCO、PWPG和PEG35k的分离产生统计上的差别。因为改性的膜和非改良膜就氟的含量来说有本质的不同，所以膜表面的氟的含量对MWCO、PWP和PEG35k的分离没有很大影响。表面特性膜的电子扭描的微图片如图二所示。它们显示出了不均匀的结构。在交叉部分的底部，充满了海绵状的大孔，这种结构示在铸塑液中PVP成分的典型特征。在不含PVP的膜和含有低浓度PVP的膜之间没有很大的生态学结构差异。（图2（a）和（b）但是，含有高浓度PVP的膜在交叉部
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