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题目:
Ozonation as an efficient pretreatment method to alleviate reverse osmosis membrane fouling caused by complexes of humic acid and calcium ion
臭氧氧化作为一种有效的反渗透预处理方法,可以显著缓解由腐殖酸和钙离子络合物造成的膜污堵
文章亮点
腐殖酸独立存在于RO进水时在45小时以内没有造成明显的RO膜污染现象;
渗透压(NaCl浓度)对于腐殖酸RO膜污堵有轻微的影响;
Ca2+促进腐殖酸分子聚集,加重反渗透膜污堵;
臭氧氧化消除了Ca2+对腐殖酸反渗透膜污堵行为的影响;
腐殖酸的结构变化与其膜污堵行为直接相关。
文章简介
反渗透技术常用于海水淡化和自来水净化,近年来广泛应用于污水再生领域,被认为是生产高质量回水的一项非常有前景的技术。在反渗透膜系统中,膜堵塞往往会造成产水质量的降低和系统能耗的上升,十分不利于反渗透膜的稳定运行及高效运行。其中,反渗透进水的水质会严重影响其水回收效果和膜污堵行为。
图1技术摘要图
腐殖酸被认为是饮用水中最重要的有机质来源之一。在市政污水中,腐殖酸占到了污水中可溶性有机物的40%-50%,是一种常见的引起膜堵塞的物质。然而,针对腐殖酸及其分子结构在反渗透膜污堵过程中的变化,尚未得到系统的研究。本研究以臭氧氧化为预处理手段,系统地研究了腐植酸对反渗透膜污堵的影响,探讨了臭氧对腐殖酸及其与钙离子络合物结构变化的影响,并揭示了膜污堵作用机理。研究结果表明,当进水中只有腐植酸(浓度为10-90 mg/L)时,不会对反渗透膜堵塞造成影响(45小时的运行周期)。然而,通过电子扫描显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)观察到,钙离子(Ca2+)的存在会显著加重腐殖酸对反渗透膜的污堵,使得反渗透膜通量明显降低,污垢层更为致密。但是,经过臭氧预处理后,Ca2+的影响几乎被消除。进一步的分析表明,Ca2+的投加显著增加了腐殖酸溶液的粒径,而臭氧氧化降低了腐殖酸和Ca2+络合物(HA- Ca2+)的粒径和分子量。结果表明,臭氧破坏了腐殖酸与钙离子的架桥作用,从而消除了其络合物对反渗透膜污堵的影响。
图2反渗透膜的照片及其SEM照片,a)干净的膜,b-d)10 mg/L腐殖酸分别与0mmol/L、1 mmol/L、5 mmol/LCa2+结合造成膜堵塞后的膜片,e-f) 10 mg/L腐殖酸分别与1 mmol/L、5 mmol/LCa2+结合经臭氧处理后的膜片
编者点评
反渗透膜可以有效去除水中的盐类、胶体、微生物、有机物等。由于反渗透膜的膜孔径非常小,有机物易造成膜堵塞问题,从而引起过滤水流量降低、能耗增加、甚至损坏膜组件。本研究采用臭氧氧化来处理水体中有机物,从而减少水体中可能出现的络合物、同时分解大分子物质等,为解决有机物膜堵塞问题提供理论与技术指导。本研究为膜滤系统的流畅工作提供技术支撑,延长膜使用寿命,增加水渗透量,有很好的理论与实践意义。
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