纳滤膜技术在废水深度处理中的膜污染及控制研究进展

2.2纳滤膜技术深度处理废水的膜污染影响因素

2.2.1进水水质

纳滤膜的污染类型与废水水质组成密切相关，在不同废水的二级生化处理出水中，主要污染物质是残留有机物及无机盐类，但是其浓度和种类有较大差异.城市污水二级生化出水的有机物的浓度较低，TOC为5～20mg˙L-1;工业废水二级生化出水的有机物浓度较高，TOC从几十到上百mg˙L-1不等.

所含无机盐浓度和种类也存在较大差异，在二级生化出水中，Ca2+、Na+、K+、Mg2+是普遍存在的金属离子，另有一些废水还含有SiO2及Fe2+、Fe3+、Cl-、SO2-4、PO3-4等阴阳离子，这些物质的存在是膜污染产生的主要因素.

进水水质不同，不仅造成膜污染的特征有较大差异，而且对膜污染的形成过程也有影响.Xu等(2006)采用纳滤膜处理城市污水二级出水时发现，产生膜污染的主要物质是多糖、有机磺酸、胶体Si以及Si、Cu、Fe、Zn和Ca.Li等(2016)采用纳滤膜处理北京昌平区某城市污水处理厂氧化沟出水时得出，大分子蛋白质是膜污染的主要物质，无机盐对膜污染的影响较小.

Chon等(2013)采用MBR⁃NF工艺处理韩国光州污水处理厂的城市污水时指出，纳滤膜污染主要由二级生化出水中的有机物造成，其中多糖类物质是膜污染的主要物质.Azais等(2014)研究了纳滤膜深度处理法国南部市政污水的膜污染状况，指出膜通量的下降主要由有机物引起的膜污染造成的，其中多糖类物质和腐殖酸类物质是造成有机污染的主要物质.水质特征的不同是造成纳滤膜污染差异的主要原因之一.

进水成分的不同对膜污染的形成过程也有影响.罗敏等对淋浴污水的膜污染分析及清洗方案研究发现，在膜污染产生过程中，胶体粒子和有机污染物最先在膜上沉积和吸附，形成膜表面的第一层垢;碳酸盐及金属氧化物垢是逐渐形成的，沉积于胶体垢之上.

总之，纳滤进水中有机物及无机物的成分和含量会对膜污染的形成及类型产生影响，而目前国内外对该方面的研究尚无统一结论.

2.2.2纳滤膜类型及操作参数

相同条件下，不同纳滤膜所产生的膜污染有所不同，这与纳滤膜的理化特性(如材质、孔径、表面性质、粗糙度等)密切相关.Nghiem等(2010)认为，由于受吸附和膜孔堵塞的影响，孔径大的纳滤膜比孔径小的纳滤膜更容易发生膜污染.Nghiem等在研究腐殖酸对纳滤膜的污染时同样发现，膜污染和纳滤膜的性质有关，相同条件下，TFC⁃SR2膜的膜污染主要是膜孔堵塞造成的，而NF⁃270和NF⁃90则是浓差极化起主要作用(Nghiemetal.，2008).Xu等的研究结果表明，纳滤膜表面的粗糙度不同，会影响污染物质在膜表面的沉积特征(Xuetal.，2006).Wang等(2015b)在用不同纳滤膜深度处理抗生素制药废水二级生化出水时发现，DK膜的污染比NF90膜的污染严重，这也是由于不同纳滤膜的性质不同造成的.

影响膜污染的主要操作参数有操作压力、错流速率、浓缩比等.Wang等(2007)采用纳滤膜处理电镀废水时发现，当操作压力为1.4和1.8MPa时，初始阶段膜通量迅速衰减，但是当操作压力低于1.4MPa时，膜通量能够在较长时间内保持稳定，这说明操作压力较高时会加剧膜污染，因此推荐实际运行中选择中低压(小于1.4MPa)进行操作.Chen等利用纳滤处理纺织废水时得出，高压和高浓缩比会加剧膜污染，并使清洗效率降低(Chenetal.，2015).此外，增加错流速率可以加强对膜表面的冲刷作用，从而减膜轻污染(Pulidoetal.，2015).

3纳滤膜技术在废水深度处理中的膜污染研究方法

在纳滤膜技术深度处理废水过程中，纳滤膜污染的研究方法主要包括：①采用模型污染物模拟废水的组成以深入探讨膜污染，②采用各种分析及表征手段揭示膜污染的特征及机理，③采用计算机模拟对膜污染过程进行分析及预测.

3.1模型污染物

针对纳滤膜深度处理二级生化出水产生的膜污染，国内外学者多采用模型污染物研究污染物与纳滤膜之间的相互作用.常用模型物质如表2所示.

Mo等(2011)利用海藻酸钠与CaCl2研究了溶液中有机物与Ca2+离子相互作用对纳滤膜污染的影响，证实了Ca2+可以通过架桥作用和海藻酸钠聚合，从而改变进水中污染物形态，加剧膜污染程度，并且发现Ca2+浓度存在一个极限值(约3mmol˙L-1)，当超过这一极限值时，膜污染程度减轻.Zazouli等(2010)研究了海藻酸钠和腐殖酸2种性质不同的有机物单独作用和共同作用对膜污染的影响，结果

发现在相同条件下海藻酸钠引起的膜污染远比腐殖酸引起的膜污染严重.选择模型污染物进行研究有利于剖析污染物与膜污染之间的关系，揭示膜污染特征及形成机理，但是由于废水成分非常复杂，在实际废水中的膜污染状况还需进一步验证.

3.2膜污染分析方法

目前对纳滤膜污染的分析方法主要分为3大类，分别是以通量下降直观表征膜污染程度、以洗脱液成份分析或污染层物质分析判断膜污染物的成份及含量、以污染膜表面表征分析例如SEM、AFM、ART⁃FTIR等从微观角度探索膜污染的特征及形成机理(Zazoulietal.，2010).具体分析方法及作用如表3所示.

Gorzalski等采用卢瑟福背散射光谱法(Rutherfordbackscatteringspectrometry，RBS)对膜表面污染层进行了分析，RBS可以用于测量污染层近表面约2μm处的元素组成，从而更有利于推断污染层的内部结构，目前常用的膜污染分析方法(如XPS、SEM、ATR⁃FTIR等)则无法达到这种效果(GorzalskiandCoronell，2014).

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