正渗透处理含藻水过程中膜污染特性及机理研究

摘要

正渗透技术是一种新兴的水处理技术，具备能耗低、运行成本低的特点，但是膜污染问题仍然是制约其广泛应用的瓶颈问题。针对这个问题，本论文构建正渗透系统，以小球藻作为天然水体中代表藻种，开展了藻源膜污染特性研究，并通过膜通量下降和膜污染可逆性分析的对膜污染进行评价以及扫描电镜、傅里叶红外光谱和荧光显微镜等表征技术对正渗透处理含藻水过程膜污染进行分析，并且通过XDLVO理论以及激光共聚焦显微镜(CLSM)技术分析膜污染形成机理。
　　实验对比了正渗透分别处理EOM、藻细胞和原藻液过程中的膜通量变化以及污染可逆性分析。结果表明:EOM、藻细胞和原藻液膜通量下降分别为13.9％、11.4％和27.6％，原藻液引起的膜通量下降大于藻细胞和EOM两者之和;同时，水力清洗后三者引起的不可逆污染与通量下降趋势相同。这说明原藻液中的EOM和藻细胞存在协同污染的作用。
　　在上述研究基础上，实验进一步考察了水溶液化学条件(Ca2+)以及水中其它共存组分（高岭土和腐殖酸）对正渗透处理原藻液过程中膜污染的影响，发现加入10mmol/LCa2+后膜通量下降增加了19.6‰而不可逆膜污染增加了14.0％，这是由于钙离子起到电荷中和作用，降低污染物之间以及污染物与膜表面之间的静电排斥，并且可以在膜与污染物之间起到架桥作用，从而加重膜污染;加入100mg/L高岭土时，运行6h后膜通量下降增加18.5％，而膜通量恢复率增加了3.3％，这是由于高岭土吸附EOM后，一方面通过交联作用吸附在膜表面形成厚且密实的污染层加剧了通量下降，另一方面降低了EOM与藻细胞表面和膜表面吸附的几率，从而膜不可逆污染得到减轻;当加入10mg/L腐殖酸时，由于腐殖酸吸附在EOM表面促进EOM在膜表面上的吸附，膜通量下降增加了18.5％，并且通量恢复降低了6.5％。
　　通过XDLVO理论分析表明它们在不同程度上降低了污染物与膜以及污染物与污染物之间的粘附自由能和粘聚自由能，减弱了它们之间的排斥作用，促进膜污染的形成和发展。膜污染的CLSM图像分析表明:加入10mmol/LCa2+、100mg/L高岭土以及10mg/L腐殖酸时，污染层的厚度由8.8μm分别增加至13.0μm、11.8μm以及10.0μm;此外Ca2+的加入增加了污染层中蛋白质、多糖以及藻细胞的含量并且改变了藻细胞在污染层中的分布，藻细胞被包裹在污染层中;高岭土的加入增加了污染层中各污染物的含量并没有改变其在污染层中的分布;而腐殖酸的加入仅增加了污染层中蛋白质和多糖的含量，藻细胞的数量得到减少。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 藻类的危害与价值

1．2 含藻水处理与微藻回收技术

1．2．1 直接过滤法

1．2．2 气浮法

1．2．3 混凝法

1．2．4 膜滤技术

1．3 正渗透技术

1．3．1 正渗透技术原理

1．3．2 正渗透技术应用现状

1．3．3 正渗透技术处理含藻水

1．4 课题的研究意义及主要内容

1．4．1 课题的研究意义

1．4．2 主要研究内容

1．4．3 课题技术路线

第二章 实验材料及方法

2．1 实验仪器及试剂

2．1．1 实验仪器

2．1．2 实验试剂

2．2．1 实验藻种的选择

2．2．2 实验室藻类培养方法

2．2．3 藻类生长周期

2．2．4 藻细胞粒度分布

2．2．5 藻细胞、EOM的提取方法

2．3 正渗透实验装置

2．3．1 正渗透膜

2．3．2 正渗透系统组成

2．4 分析表征方法

2．4．1 膜通量

2．4．2 藻细胞计数

2．4．3 蛋白质和多糖含量的测定

2．4．4 荧光显微镜

2．4．5 扫描电子显微镜

2．4．6 衰减全反射傅立叶红外光谱扫描

2．4．7 接触角的测定

2．4．8 Zeta电位和颗粒粒度测定

2．4．9 界面自由能

2．4．10 激光共聚焦显微镜

第三章 藻源污染物对正渗透膜污染特性及钙离子对藻源膜污染的影响研究

3．1 藻源正渗透膜污染的特性分析

3．1．1 EOM提取和正渗透过程中藻细胞破裂分析

3．1．2 藻细胞溶液和EOM中膜污染物分析

3．1．3 单独藻细胞、EOM及原藻液对正渗透膜污染的影响

3．1．4 膜污染的可逆性分析

3．1．5 污染前后膜表面污染物官能团定性分析

3．1．6 正渗透处理原藻液过程膜污染的机理分析

3．2 钙离子对正渗透处理原藻液过程膜污染的影响

3．2．1 钙离子对原藻液理化性质影响

3．2．2 钙离子对正渗透处理原藻液过程膜通量的影响

3．2．3 膜污染可逆性分析

3．2．4 正渗透处理原藻液时膜污染的直观观察分析

3．2．5 正渗透处理原藻液时膜污染的CLSM分析

3．3 本章小结

第四章 高岭土和腐殖酸对正渗透处理含藻水过程膜污染的影响研究

4．1 高岭土对正渗透处理原藻液过程膜污染的影响

4．1．1 高岭土对正渗透处理原藻液过程膜通量的影响

4．1．2 膜污染可逆性分析

4．1．3 正渗透处理原藻液过程膜污染的直观观察分析

4．1．4 正渗透处理原藻液过程膜污染的CLSM分析

4．2 腐殖酸对正渗透处理原藻液过程膜污染的影响

4．2．1 HA对正渗透处理原藻液过程膜通量的影响

4．2．2 膜污染可逆性分析

4．2．3 正渗透处理原藻液过程膜污染的直观观察分析

4．2．4 正渗透处理原藻液过程膜污染的CLSM分析

4．3 小结

第五章 结论与展望

5．1 实验结论

5．2 建议与展望

参考文献

发表论文情况和参加科研情况

致谢