超滤膜性质对海水超滤过程的影响及海水超滤分级实验研究

摘要

水资源的短缺已经严重制约了社会的进步和人类的可持续发展。尤其在沿海的、经济发达的地区，水资源短缺的问题显得更为严重。海水淡化是解决淡水资源短缺问题的重要手段，因为海水淡化受气候和季节影响较小，产出的淡化水水质优良稳定可靠，可以供生活饮用、工业生产等，得到广泛的关注。合理的预处理方式是海水淡化取得成功的关键因素之一，以超滤代替传统预处理技术应用于海水淡化，研究不同超滤膜的运行状况，解决运行过程中的实际问题，具有理论和应用的双重意义。本论文详细考察了中空纤维超滤膜内径和截留分子量对超滤过滤海水的影响；其次进行了超滤海水分级实验。实验分别采用相同材质和截留分子量、不同内径的超滤膜以及相同材质和内径、不同截留分子量的超滤膜处理青岛近海海水，以及通过不同截留分子量超滤膜对海水进行分级实验，实验过程中采用恒压死端无反冲的操作方式，目的是研究超滤膜性质对海水过滤过程的影响以及海水有机物分子量对超滤膜分离性能的影响。本论文的主要内容和结论如下：
　　 1.在死端、无反冲运行模式下，采用相同材质和截留分子量、不同内径(1.2mm和1.0mm)的超滤膜处理青岛近海海水。运行参数和产水水质表明，相同操作条件下，内径较小的超滤膜Ⅱ具有膜污染程度小、膜通量大、清洗效率高等优势；超滤膜Ⅱ的产水UV254比内径较大的超滤膜Ⅰ略高（约0.0031/cm）。相比较而言，内径较小的超滤膜Ⅱ是处理海水的更佳选择。
　　 2.采用酸洗、碱洗、次氯酸钠洗、碱-EDTA洗和超声波洗五种清洗方案对海水污染后超滤膜进行清洗，通过可逆污染去除率（R％）和纯水通量恢复率(η)两个参数分别考察超滤清洗效率。研究表明，超声波和碱-EDTA的清洗效率更高，且对内径较小的超滤膜Ⅱ清洗效率高于超滤膜Ⅰ。此外，对于表征连续过滤-清洗操作的清洗效率，R％比η更有效；对于表征单一新膜过滤-清洗实验，R％和η的表征结果相似。
　　 3.污染后超滤膜表面的电镜照片表明，超滤膜Ⅰ比Ⅱ膜污染严重；超声波的清洗效率更明显，但仍无法完全去除膜污染，即产生了不可逆污染。膜表面污染物的红外谱图表明，超声波和碱-EDTA能够去除大部分膜面污染物；污染物含有类脂、多糖、腐殖质和木质素等物质。膜表面的能谱元素分析表明，污染物中混有部分金属元素，如Na、K、Mg、Fe等。
　　 4.在死端、无反冲运行模式下，采用相同材质和内径、不同截留分子量(67、50、30、6kDa)的超滤膜，压实后进行海水直接过滤实验。实验结果表明，截留分子量较小的超滤膜的比通量下降幅度较小，耐污染性较好。
　　 5.在死端、无反冲运行模式下，采用相同材质和内径、不同截留分子量(67、50、30、6kDa)的超滤膜进行海水分级实验。与海水直接超滤实验相比，截留分子量为50、30和6kDa的超滤膜通量分别提高7％、3％和2％。结果表明：海水中分子量＞67kDa的有机物对超滤(50kDa)膜通量的影响较大，分子量＞30kDa的有机物对于超滤(6kDa)膜通量影响较小。
　　 6.对于相同截留分子量超滤膜的直接和分级过滤实验，就产水水质而言，分级实验产水的UV254略小，粒径中值较低；随着超滤膜截留分子量的降低，分级过滤和直接过滤产水的粒径中值的差值越大。此外，对于海水有机物的去除，超滤直接过滤和分级过滤效果的差别不明显；而对于海水悬浮颗粒的去除，超滤分级过滤效果更优。

目录

文摘

英文文摘

谨献

前言

1．文献综述

1.1 水资源问题

1.1.1 世界水资源及其发展趋势

1.1.2 我国水资源及其解决办法——海水淡化

1.2 海水淡化预处理的必要性及工艺的选择

1.2.1 预处理的必要性

1.2.2 预处理工艺的选择

1.3 超滤作为海水淡化预处理工艺的应用研究进展

1.4 超滤的膜污染问题

1.4.1 天然有机物性质对膜污染的影响

1.4.2 超滤膜特性对膜污染的影响

1.4.3 其他因素对膜污染的影响

1.5 膜污染的对策最新进展

1.5.1 超滤过程的预处理工艺

1.5.2 新型抗污染超滤膜

1.5.3 物理强化超滤技术

1.6 本论文研究的意义及主要内容

2．不同内径超滤膜处理海水的分离性能及清洗方案的研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验装置及实验步骤

2.2.2 实验主要试剂

2.2.3 超滤膜参数

2.2.4 水质分析手段及实验过程进水水质

2.2.5 膜样品分析手段以及实验数据处理方法

2.3 结果与讨论

2.3.1 进料海水温度对膜通量的影响

2.3.2 不同膜丝内径对膜通量的影响

2.3.3 不同清洗方案对不同内径超滤膜性能的影响

2.3.4 超滤膜产水水质分析

2.3.5 超滤膜污染的表征

2.4 本章小结

3．不同截留分子量超滤膜直接过滤和分级过滤海水及超声波清洗的实验研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验装置及实验步骤

3.2.2 超滤膜参数及原海水水质

3.2.3 分析手段及数据处理方法

3.3 结果与讨论

3.3.1 压实过程对膜通量的影响

3.3.2 直接过滤和分级过滤对超滤膜通量的影响

3.3.3 不同截留分子量超滤膜的超声波清洗效果

3.3.4 不同截留分子量超滤膜的产水水质

3.3.5 超滤膜污染的表征

3.4 本章小结

4．关于超滤运行稳定性的实验研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结论与讨论

4.3.1 不同内径超滤膜的运行稳定性的考察

4.3.2 不同截留分子量超滤膜的运行稳定性的考察

4.4 本章小结

5 结论及展望

5.1 论文的主要结论

5.2 创新点

5.3 建议与展望

参考文献

符号说明

致谢

个人简历

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