溶液pH值對微納米氣泡減輕超濾膜污染影響研究

李香香韓 煦

超濾膜是一種低壓驅動膜,能夠截留大部分懸浮固體,去除大分子有機污染物[1],被廣泛應用于水處理中[2]。 然而膜孔堵塞和膜污染造成的可逆污染和不可逆污染會導致超濾膜膜通量下降,截留率降低,縮短膜使用壽命[3],這成為限制其發展的主要因素[4]。 除污染物外,膜性能(親水性、粗糙度和表面電荷等)[5]、溶液化學[6,7]和操作條件[8]也可能影響膜過濾過程中的污染行為,其中pH 值會影響膜污染的速率和程度[5,9]。 因此在超濾過程中,研究pH 值對超濾膜的分離性能具有實用價值。

天然有機物(NOM)被認為是膜污染的主要原因[10]。 在水生環境中溶解的天然有機物主要為腐殖質[11],而腐植酸(HA)為腐殖質的重要組分之一,包含芳香族和脂肪族成分,主要含羧基和酚基官能團,其中羧基官能團占所有官能團的60% ～90%。腐殖質在自然水體中帶負電荷[12],pH 值的變化會引起腐殖質變化[13],從而影響超濾膜的分離效率。研究表明,pH 值對NOM 在固體表面的吸附有重要影響,酸性礦物表面對NOM 的吸附量在pH 值3～4時達到最大,吸附量隨pH 值增大而降低[14]。 Jones等[15]研究表明,由于靜電作用pH 值從3.0 增大到10.0 時(鹽濃度為0.2 mol·L-1)再生纖維素超濾膜對HA 的吸附量從0.29 μg·cm-2減弱到0.18 μg·cm-2。Meng 等[13]通過XDLVO 理論計算研究表明,提高溶液pH 值,可以有效降低膜-液界面黏附自由能,從而降低HA 對PVDF 超濾膜污染速率和不可逆污染程度。

微納米氣泡(MNBs)(直徑為1.0～100 μm)作為一種新型環保的水處理工藝已經廣泛應用于曝氣[16]、浮選[17]、水消毒[18]和膜污染去除[19]等方面,由于其具有長壽命、比表面積大和傳質效率高等優勢在超濾膜法水處理中表現出很好的應用潛力[20]。……