中孔吸附树脂对超滤膜不可逆污染的控制研究

中孔吸附树脂对超滤膜不可逆污染的控制研究吸附与超滤联用是一种有着广阔应用前景的水处理工艺,但吸附预处理中常用的活性炭等吸附剂对膜污染的控制效果并不理想,研究能够有效控制超滤膜不可逆污染的新型吸附材料对于吸附-超滤组合工艺的推广应用具有重要意义。本论文采用以制膜材料为原料制备的中孔吸附树脂(Mesoporousadsorbentresin,MAR)作为吸附剂控制超滤膜不可逆污染,并与粉末活性炭(Powderedactivatedcarbon,PAC)进行对比,系统考察了吸附剂性质、溶液离子环境、有机物性质、膜材质和工艺形式等多个因素对吸附预处理效能的影响,并结合膜污染阻力分布、有机物迁移规律、滤饼层结构分析和有机物性质表征等手段对吸附预处理影响超滤膜污染的机理进行了探讨。以腐殖酸作为模型污染物,研究了MAR和PAC吸附预处理对不同离子条件下超滤膜不可逆污染的控制效能。结果表明,随着离子强度增加和钙离子浓度升高,有机物分子与膜之间以及有机物分子间的相互作用力增加,膜污染可逆性降低;同时有机物分子与吸附剂间相互作用力的增强促进了吸附预处理对有机物的去除,从而使吸附预处理对膜污染的控制效能有所提高。吸附预处理主要通过减少有机物在膜上的沉积来控制膜污染,中孔结构的MAR能够吸附易被膜截留的大分子组分,而PAC的微孔结构限制了其对分子量较大的有机组分的去除,其主要去除能够透过膜的小分子组分,因而,随着离子强度的增加和钙离子浓度的升高,MAR吸附预处理对膜污染的控制效能提高更为明显,在所考察的大部分离子条件下,MAR吸附预处理对不可逆污染的控制效能明显好于PAC吸附预处理。以腐殖酸、单宁酸、牛血清蛋白和海藻酸钠四种模型有机物作为天然有机物中不同组分的代表物质,系统研究了MAR和PAC吸附预处理对不同性质有机物引起的超滤膜污染的控制效能,并探讨了膜材质和工艺形式(吸附剂颗粒与膜接触和不与膜接触)对吸附预处理效能的影响。结果表明,超滤膜污染特性及吸附预处理对其影响因有机物性质不同而有显著差异,但是吸附预处理对不同材质的两种膜的影响类似。MAR吸附预处理对腐殖酸和牛血清蛋白引起的膜污染有很好的控制效果,但对单宁酸引起的膜污染控制效果较差,而且MAR颗粒是否与膜接触对膜污染控制效果无明显影响。相比而言,PAC颗粒不与膜接触时,PAC吸附预处理使腐殖酸引起的污染略有下降,但PAC颗粒与膜接触时,PAC颗粒与大分子腐殖酸形成了致密滤饼层从而加剧了膜污染;PAC吸附预处理使单宁酸和牛血清蛋白引起的污染都有明显下降,但PAC颗粒的影响方面,PAC颗粒与膜接触对单宁酸引起的膜污染的控制有一定强化作用,而对牛血清蛋白引起的膜污染的控制却有负面影响。海藻酸钠引起的膜污染主要是可逆污染,无论吸附剂颗粒是否与膜接触,MAR和PAC吸附预处理对其都无明显影响。上述分析表明,MAR吸附预处理对分子量较大的疏水性有机组分引起的膜污染控制效果很好,而PAC吸附预处理对分子量较小的疏水性有机组分引起的膜污染有较好的控制效果,但两种吸附剂对亲水性较强的组分引起的膜污染的控制效果都很差。在上述针对模型有机物研究的基础上,选取了松花江水和藻源污染水分别作为以外源有机物为主和以内源有机物为主的典型水体,进一步考察了吸附预处理对多种有机物共存的天然水超滤过程中不可逆膜污染的控制,并采用模拟生产运行工况的一体式吸附-超滤系统进行了连续流运行试验。结果表明,两种原水在有机物分子量分布、亲疏水性分布和荧光光谱等方面都有着明显差别,尽管如此,平板膜短期超滤试验表明MAR吸附预处理对两种原水引起的膜污染的控制效果都好于PAC吸附预处理。连续流运行试验表明,无论是处理松花江水还是藻源污染水,一体式MAR吸附-超滤工艺的不可逆膜污染都显著低于单独超滤;相比而言,一体式PAC吸附