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1.3 有机物
有机物是造成膜污染的主要原因,有机物的溶解性、亲疏水性、分子质量等对膜的污染都有影响。有关有机物的溶解性对膜污染的影响,国内外已有广泛的研究。F. Rogella的研究表明,溶解性有机物是造成超滤膜污染的关键因素,特别是腐殖酸类有机物通过膜孔内部吸附以及膜表面拦截形成紧密的吸附层而使膜受到污染。C. F. Lin 等通过研究也发现,腐殖酸类有机物是超滤膜的主要污染物,并且其羧基含量与膜污染成正比。H. A. Mousa通过实验研究发现,实验初期腐殖酸首先在内孔中吸附,而引起孔道阻塞,然后在膜表面吸附形成滤饼层。董秉直等在对黄浦江原水膜分离性能研究中发现,当浊度固定时,增加溶解性有机碳,会使膜过滤阻力迅速增加。
针对有机物分子质量对膜污染的影响,国内外研究者投入了大量的精力。A. W. Zularisam 等的研究表明,有机物分子质量对膜污染有很大影响。G. Crozes 等〔15〕的研究表明,小分子有机物尤其是粒径远小于膜孔径的有机物,是造成膜污染的主要因素。金鹏康等的研究表明,有机物分子质量越小,膜表面污染越严重。
国内外关于有机物亲疏水性对膜污染的影响研究数不胜数。A. W. Zularisam 等的研究表明,有机物的亲疏水性与膜污染之间有很大关系。L. Fan等将有机物分离成强疏水性、弱疏水性、极性亲水性和中性亲水性有机物,并考察了其对膜污染的影响。实验表明,中亲水性有机物是造成膜污染的主要因素。Jixiang Yang 等的研究表明,引起膜污染的有机物主要是亲水性有机物。但J. A. Nilson 等的研究却得到相反的结果,研究中发现,疏水性有机物是引起膜污染的主要因素,而亲水性有机物对膜通量的影响不大。Y. Chen 等研究认为,引起膜通量快速下降的主要因素是大分子质量疏水性有机物。
综上所述,引起膜污染的主要原因是有机物,但是水中存在的钙离子等无机离子能加速有机物对膜的污染,而悬浮物的存在能减缓有机物对膜的污染。因此要根据水中离子含量,综合考虑各种成分的相互作用,确定引起膜污染的主要因素,提出具有针对性的方案恢复膜通量。
2 膜类型对膜污染的影响
膜技术应用的关键是筛选合适的膜材料,不同材料、结构和孔径的膜具有不同的处理效果、产水通量、产水水质和使用寿命。膜材料的表面能、极性、荷电性、化学结构、亲疏水性等影响着膜污染。目前的膜材料主要是聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚砜、聚醚砜等。
A. Drews的研究表明,膜污染与超滤膜性质尤其是膜表面亲疏水性有很大关系。亲水性好的膜材料抗污染能力强。R. H. Sedath 等通过添加阴离子、表面活性剂及表面氟化等方式提高膜表面亲水性,使膜污染得到明显降低。K. H. Choo 等通过含氟聚合物、聚砜及纤维素3 种不同的膜材料,研究吸附在膜表面的物质的表面自由能的变化时发现,含氟聚合物的疏水性最小并且造成的膜污染最小。Guojun Zhang 等在研究聚偏氟乙烯、聚丙烯腈和聚砜超滤膜处理污泥样品过程中的污染情况时发现,污染最严重的是表面粗糙和疏水性强的聚砜膜。
孔径分布窄的超滤膜的筛分作用较强,过滤性能优异,随着孔径的增加,膜通量会迅速提高,但是孔隙率增大,膜内吸附随之增强,膜污染加剧。膜孔的曲折率越小,膜通量就会越大。金康鹏等通过研究发现,孔径小的超滤膜容易形成滤饼层从而降低膜孔内污染。由于污染物容易进入到孔径大的膜孔内部引起内孔污染,因此相对于孔径小的超滤膜,孔径大的超滤膜膜表面的污染物较少。
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