文档介绍：博士学位论文
超滤处理高藻水过程中膜污染特性及
控制研究
STUDY ON MEMBRANE FOULING
CHARACTERISTICS AND ITS CONTROL DURING
THE TREATMENT OF ALGAE-RICH WATER BY
ULTRAFILTRATION
瞿芳术
哈尔滨工业大学
2012 年 6 月
国内图书分类号: 学校代码:10213
国际图书分类号: 密级:公开
工学博士学位论文
超滤处理高藻水过程中膜污染特性及
控制研究
博士研究生: 瞿芳术
导师: 李圭白教授
副导师: 梁恒副教授
申请学位: 工学博士
学科: 市政工程
所在单位: 市政环境工程学院
答辩日期: 2012 年 6 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index:
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Dissertation for the Doctoral Degree in Engineering
STUDY ON MEMBRANE FOULING
CHARACTERISTICS AND ITS CONTROL DURING
THE TREATMENT OF ALGAE-RICH WATER BY
ULTRAFILTRATION
Candidate: Qu Fangshu
Supervisor: Prof. Li Guibai
Assistant Supervisor: Associate Prof. Liang Heng
Academic Degree Applied for: Doctor of Engineering
Speciality: Municipal Engineering
Affiliation: School of Municipal and
Environmental Engineering
Date of Defence: June, 2012
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
摘要
摘要
随着饮用水水质卫生标准日趋严格,具备高效除污染效能的超滤技术在饮用
水处理中将拥有广泛的应用前景。但在天然水体富营养化现象尚不能有效控制的
背景下,藻类引起的膜污染会严重制约超滤净水工艺的推广。因此超滤膜处理高
藻水过程中膜污染特性及其控制研究对超滤技术在饮用水处理领域的推广应用具
有重要意义。针对这个问题,本论文以铜绿微囊藻作为天然高藻水的代表藻种,
开展了藻源膜污染物的表征及其膜污染特性研究、超滤膜藻源污染的影响因素研
究以及超滤膜藻源污染控制研究,并在此基础上结合天然高藻水进行了中试研究。
藻细胞及其胞外有机物(anic matter, EOM)是高藻水中主要的
膜污染物。本论文通过高速冷冻离心法实现了藻细胞和 EOM 的分离,并利用基
于比通量下降、膜污染可逆性分析和有机碳质量平衡的膜污染评价方法以及扫描
电镜和傅里叶红外光谱等表征技术对藻细胞和 EOM 引起膜污染进行了详细的分
析。实验结果表明:藻细胞和 EOM 都能引起严重的膜通量下降和不可逆膜污染。
为了进一步阐释 EOM 引发不可逆膜污染的机理,本论文考察了 EOM 的荧光特性、
分子量分布以及亲疏水特征,发现 EOM 由蛋白质类、多糖类和腐殖质类有机物
组成,以大分子和亲水性为主要特征。在此基础上,本论文通过预过滤、投加钙
离子以及 XAD 树脂预处理等方法改变 EOM 的特性,并通过超滤对照实验研究了
EOM 的性质对膜污染的影响。结果表明,EOM 中大分子组分(100kDa-µm)
对膜污染的贡献最大;在中性条件下 EOM 呈负电性,静电相斥作用会阻止其吸
附在膜表面上;EOM 的疏水组分更易于吸附在膜表面形成不可逆膜污染,而亲水
组分引起膜通量下降的能力远远大于疏水组分。此外,本论文还详细研究了溶解
型 EOM(dissolved EOM, dEOM)和附着型 EOM(bound EOM, bEOM)的性质和膜污
染作用,得出以下结论:bEOM 主要由蛋白质类有机物组成,以大分子和疏水性
为主要特征;而 dEOM 含有多糖类、蛋白质类以及