城市污水二级出水超滤膜污染行为理论预测的初步研究

摘要

选取海藻酸钠(SA)、牛血清蛋白(BSA)、腐殖酸(HA)为城市污水二级出水的代表性污染物，以醋酸纤维(CA)/聚醚砜(PES)/聚偏氟乙烯(PVDF)等主流商业膜材料为超滤膜界面，利用超滤过程中膜污染行为的通量衰减模型，验证了分子动力学方法(MD)和扩展胶体空间理论(XDLVO)理论，获取的超滤膜-污染物界面间微观作用参数，对二级出水超滤膜污染行为进行理论预测的实际应用性。主要的研究工作有： 1.以染料探针为辅助，研究了共振光谱和紫外光谱分析技术，对二级出水三种代表性污染物HA、SA及BSA的检测方法。建立了混合水样中标准物浓度与吸光度良好的线性关系；以电位滴定法和Zeta电位等分析技术，进一步分析了三种代表性污染物的特征官能团构成及表面性质，该方法对实际水样的分析有较高的回收率，为确认二级出水中优势污染物及其分布建立了较为完善的分析方法。 2.分别以SA，BSA，HA为二级出水的代表性组成单元，以分子动力学技术，考察了代表性污染物与UF膜间的结合能(ΔE)。根据SA与水杨酸与PVDF膜间、半胱氨酸与PES膜间的ΔE较高；同一膜面上，ΔE绝对值大小顺序为：半胱氨酸-膜﹥水杨酸-膜﹥海藻酸钠-膜，预测出三种污染物在PVDF膜上的污染最严重，CA膜最轻：蛋白类物质的膜污染行为最严重，污染物分子结构中的羧基较羟基易引起膜污染。 3.根据XDLVO理论计算结果：代表性污染物SA，BSA，HA与CA膜的粘附自由能(△GADmlf)绝对值最小，与PVDF的最大。SA为优势污染物时，污染物与膜的△GADmlf绝对值较小；BSA及 HA存在下的混合污染物与膜间的△GADmlf绝对值较大等结果。预测出蛋白质为优势污染物的水样膜污染趋势最大，而以多糖为代表性污染物的水样膜污染程度较轻。 4.超滤实验对膜污染预测的验证结果显示：二级出水三种代表性污染物HA、BSA、SA等的膜污染规律，与XDLVO理论和MD的预测基本一致。MD对BSA的预测结果与实际膜污染行为间存在差异，可能与选取的蛋白质类代表物半胱氨酸有关。二级出水代表性污染物的二元混合液的超滤膜污染规律，与XDLVO理论仍保持良好的相关性。四组具有特征优势污染物分布的二级出水的膜污染规律，与MD及XDLVO理论的预测结果基本相符。

目录

声明

1 绪论

1.1 城市污水二级出水再生技术

1.2 二级出水超滤膜污染行为

1.3 膜污染分析方法

1.4 本文研究内容

参考文献

2 城市污水二级出水代表性污染物分析

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 二级出水代表性污染物的定性定量分析

2.4 结果与讨论

2.5二级出水样品的优势污染物及其分布测定

2.6 本章小结

参考文献

3 二级出水代表性污染物的膜污染预测初步研究

3.1 引言

3.2 分子动力学模拟

3.3 XDLVO理论对二级出水代表性污染物的膜污染预测

3.4 本章小结

参考文献

4 超滤膜污染理论预测的实践验证

4.1 引言

4.2 二级出水代表性污染物的超滤膜污染行为

4.3 二级出水代表性污染物混合物的膜污染行为

4.4 二级出水膜污染行为

4.5 本章小结

参考文献

5 结论与展望

5.1 研究结论

5.2 研究展望

致谢

研究成果及参加科研情况