荷电超滤膜对水中天然有机物去除的研究

摘要

天然有机物（NOM）已被证实是多种致癌性消毒副产物（DBPs）的前驱物。传统超滤技术能在较低的驱动压力下，利用物理筛分原理，实现对悬浮颗粒、胶体、浊度和微生物的有效去除，成为替代饮用水常规处理的最佳选择之一。已有研究表明静电相互作用直接影响NOM的去除和膜污染情况，一种有效的提高对水中天然有机物去除和减少膜污染的方法是改变膜的荷电情况。因此选择合适的超滤膜材料进行荷电改性，利用孔径截留和静电排斥的协同作用，对于实现超滤过程中对NOM的有效去除和降低膜污染，对于提高给水水质以及保障人民健康具有十分重要的意义。 本研究通过化学改性的方法得到不同荷电量的荷负电再生纤维素超滤膜，并选取聚醚砜膜作为对比实验，从荷电量、膜材料、截留分子量、溶液环境以及原水性质等方面考察了荷电改性再生纤维素超滤膜对NOM的去除率、膜通量和抗污染能力的影响。得出主要结论如下： （1）对于采用化学方法改性得到的荷负电再生纤维素超滤膜，孔径截留、静电相互作用和疏水作用的协同作用使得荷电改性膜在膜通量、截留率、抗污染等方面具有中性膜所不具备的优势。例如：对于改性48h的RC膜，经过4h的超滤实验后，通量下降 25％，要高于未改性膜32％的通量下降。改性48h的RC膜对于腐殖酸的初始截留率达到了92％，而未改性膜的初始截留率为59％。 （2）溶液环境（pH值、离子强度和Ca2+浓度）影响超滤过程中腐殖酸分子以及膜与腐殖酸分子间的静电相互作用，进而影响膜污染状况和去除效果。其中pH值主要通过质子化作用改变荷电膜以及腐殖酸分子的荷电量，进而影响荷电超滤过程；离子强度的改变是通过影响腐殖酸分子的物化性质和静电屏蔽作用而影响超滤过程的，水中离子强度越大，膜通量下降越严重，截留率越低；Ca2+浓度对超滤过程膜的影响不仅仅是静电效应的结果，也与较高浓度的Ca2+溶液环境中形成的滤饼层疏松情况有关。 （3）荷电超滤膜去除水中天然有机物过程中受到原水性质和膜性质等多种因素影响。相对于未改性再生纤维素膜，荷电改性的再生纤维素膜过滤实际原水时，对膜通量下降的减少和截留率的提高不如过滤单纯腐殖酸配水时明显，其主要原因可能是两种水样不同的性质造成的。原水中含有较多的Ca2+、SO42-等以及一些中性的非腐殖酸类物质，降低了静电相互作用，从而降低了膜的荷电作用。