文档介绍：上海交通大学
硕士学位论文
超滤和正渗透过程中有机物对膜污染的研究
姓名:佘乾洪
申请学位级别:硕士
专业:环境工程
指导教师:张振家
20090101
上海交通大学硕士学位论文摘要
超滤和正渗透过程中有机物对膜污染的研究
摘要
本文以有机物对依靠外加压力驱动的超滤膜和依靠渗透压驱动的正
渗透膜的污染为研究对象,系统研究了水力条件(初始通量、错流速率)
和溶液的化学组成(污染物浓度、pH 值、离子强度、水质硬度)对该两
种膜的污染的影响。蛋白质和腐殖酸是废水中以及天然水体中普遍存在
的两种有机污染物。在该研究中,它们被选作模型污染物。研究发现,
水力条件和溶液组成对有机物在这两种膜上的污染起着重要作用。
在牛血清蛋白的超滤过程中,当初始通量较高时或错流速率较低时,
膜通量的下降非常剧烈。同时,研究发现存在着一个极限通量。膜通量
高于该极限通量时,膜通量不会保持稳定,将继续下降。即使进一步增
大操作压力,也不会增大最后的稳定时的极限通量。污染物浓度的大小
对极限通量的大小并无影响,但是增大污染物浓度,能够正比例加快通
量趋近极限通量的速率。在牛血清蛋白的等电点 pH 值时(pH ),膜
污染最严重。在这个条件下,污染物分子间的静电排斥作用可以忽略。
而当 pH 值偏离等电点 pH 值时,膜污染逐渐减轻。离子强度对膜污染的
影响,在不同的 pH 条件下存在不同的情形。在 pH 时,增加溶液的
离子强度,将加速膜污染,这是压缩双电层的作用结果。另一方面,在
牛血清蛋白的等电点 pH 值(即 pH )时,膜通量变化几乎不受离子强
度的影响,这主要是由于在此 pH 值条件下,牛血清蛋白分子缺乏相互间
的静电作用。当溶液 pH 为 时,离子强度对较短时间内的膜通量的影
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上海交通大学硕士学位论文摘要
响与较长时间内的膜通量的影响刚好相反。由于压缩双电层作用,离子
强度越高时,较长时间的膜通量越低;而短时间的膜通量变化却与超滤
膜对牛血清蛋白分子的截留有关。
在正渗透膜过程中,水通量与盐通量受到内部浓差极化的强烈影响,
并与膜的朝向非常相关,其它条件相同时,当膜的活性层朝向驱动液时
的水通量要比活性层朝向原料液时高。在正渗透膜污染实验中,当活性
层朝向驱动液时,增加原料液中的污染物浓度、溶液离子强度和水质硬
度,降低 pH 值,以及增加驱动液中盐的浓度,都能促进腐殖酸对膜的污
染,而错流速率对膜通量的下降情况几乎没有影响。膜的活性层朝向原
料液时,腐殖酸对膜的污染程度相对于活性层朝向驱动液时减轻。
有机物对超滤膜和正渗透膜的污染是受到化学和物理因素的共同作
用的结果。尽管实验中选用了不同的有机污染物来分别研究两种不同膜
分离过程的膜污染,但是结果发现,污染物与污染物,以及污染物与膜
之间的静电排斥作用是影响膜污染的一个重要因素。污染物与膜之间的
相互作用,支配着起始阶段膜通量的下降,而污染物与膜上已经沉积的
污染物之间的相互作用,则决定着长时间运行过程中膜通量的变化行为。
关键词:超滤,正渗透,牛血清蛋白,腐殖酸,极限通量,浓差极化
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上海交通大学硕士学位论文 ABSTRACT
The Study of Membrane Fouling during Ultrafiltration and Forward
Osmosis anic Matters
ABSTRACT
This study investigated anic macromolecules fouling on the
pressure-driven ultrafiltration (UF) membrane and osmotically-driven
forward osmosis (FO) membrane. Protein and humic acid, two types of
ubiquitous identified anic foulants, were chosen as the model
foulants. It was found that the hydrodynamic conditions (initial flux and
cross-flow velocity) and position (foulant concentration, pH,
ionic strength, and divalent ions concentration) played a significant role on