一种分析絮凝—超滤联用的膜污染情况及絮凝剂用量的方法

摘要

本发明属于水处理技术领域，具体公开了一种分析絮凝—超滤联用的膜污染情况及絮凝剂用量的方法。具体步骤为：S1.测量得到经过絮凝处理水样的紫外—可见吸收光谱；S2.根据所得的紫外—可见吸收光谱，计算得到光谱参数DSlope325-375，S275-295和SR；S3.将絮凝后的水样进行超滤处理，所得终点J/J0用于表示膜污染程度；S4.将得到的光谱参数和终点J/J0联系起来，分析超滤膜的污染情况，并且获得优化的絮凝剂用量。本发明能够较快地分析絮凝处理对于超滤膜性能的影响，并通过观察光谱参数与膜污染程度的关系，获得优化的絮凝剂投加量。

说明书

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，更具体地，涉及一种分析絮凝—超滤联用的膜 污染情况及絮凝剂用量的方法。

背景技术

水体中的溶解性有机物能够在紫外—可见(UV-vis)波长范围强烈地吸收能 量。由此，紫外—可见吸收分光光度法常用于确定水体中的溶解性有机物的浓度 和成分。通过对紫外—可见吸收光谱进行对数变换处理和差值法处理，可以获得 指示溶解性有机物与金属离子结合程度的光谱参数——DSlope_325-375。溶解性有机 物与金属离子的结合情况，将直接影响分子量的大小。此外，研究认为，经过对 数变换后，波长范围在275到295纳米之间的吸收系数回归曲线的斜率值—— S_275-295，以及S_275-295与350到400纳米之间吸收系数回归曲线的斜率(S_350-400) 的比值——S_R，可用于指示溶解性有机物的分子量。

近年来，由于性能的上升和成本的下降，超滤膜技术在水处理领域获得越来 越广泛的应用。但是，膜的污染问题始终制约着这项技术的发展。为了减轻膜的 污染，保持其性能，延长使用寿命，人们引入了各种预处理技术。一般认为，预 处理技术应该能够有效地改善进水的质量，从而达到保护超滤膜的目的。主要的 预处理技术包括絮凝、吸附、氧化和预过滤。絮凝技术是目前最为成功的预处理 技术。研究认为，絮凝可以有效地减轻细微颗粒引起的膜污染，并且提高超滤膜 去除颗粒污染物的能力。值得注意的是，不同的絮凝剂种类和剂量，将对污染物 粒子的表面电荷和尺寸产生不同的影响。而污染物粒子性质的改变与超滤膜的性 能变化直接相关。目前，仍然缺乏简便有效的方法研究絮凝粒子对于超滤膜的作 用情况，以及如何优化絮凝剂的投加量。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种分析絮凝—超滤联用的 膜污染情况及絮凝剂用量的方法。

为了实现上述目的，本发明是通过以下方案予以实现的：

一种分析絮凝—超滤联用的膜污染情况及絮凝剂用量的方法，包括如下步 骤：

S1.将一定浓度梯度的絮凝剂与含溶解性有机物的水样充分反应，待水样絮 凝稳定后，提取上层液体检测紫外—可见吸收光谱；

S2.使用S1所得紫外—可见吸收光谱，计算得出光谱参数值DSlope_325-375、 S_275-295、S_R；

S3.将絮凝后的水样进行超滤处理，获得表示膜污染程度的参数终点J/J₀；

S4.将光谱参数DSlope_325-375、S_275-295、S_R与终点J/J₀联系起来，通过光谱参 数来表征膜污染的程度，通过观察光谱参数的变化情况，确定优化的絮凝剂投加 量。

本发明的分析方法可以适用于含有各种类型的溶解性有机物的水样的分析， 优选地，所述有机质为腐殖酸、腐殖酸和血清蛋白的混合物、腐殖酸和葡聚糖的 混合物。而且本发明的分析方法可以适用于所有类型的絮凝剂，优选地，所述絮 凝剂为氯化铝。

优选地，絮凝剂与含溶解性有机物的水样反应时，先使用较高的转速搅拌水 样，使得絮凝剂与溶解性有机物充分接触；然后使用较低的转速搅拌水样，以生 成稳定的絮凝物。

更优选地，絮凝剂与含溶解性有机物的水样反应时，先使用150～200rpm转 速搅拌水样，使得絮凝剂与溶解性有机物充分接触；然后使用70～80rpm转速搅 拌水样，以生成稳定的絮凝物。

优选地，S4中所述将光谱参数DSlope_325-375、S_275-295、S_R与终点J/J₀联系起 来，通过光谱参数来表征膜污染的程度，通过观察光谱参数的变化情况，确定优 化的絮凝剂投加量。其具体的判断标准为：确定使得终点J/J₀趋于稳定的光谱参 数值所对应的絮凝剂浓度，即为优化的絮凝剂投加量。

一种分析絮凝—超滤联用的膜污染情况及絮凝剂用量的方法，包括如下步 骤：

S1.把选取好的絮凝剂浓度梯度上的各个浓度投加到含溶解性有机物水样当 中，先使用较高的转速搅拌水样，使得絮凝剂与溶解性有机物充分接触；然后使 用较低的转速搅拌水样，以生成稳定的絮凝物，提取所得絮凝水样的上层液体， 检测紫外—可见吸收光谱；

S2.使用如下公式计算光谱参数DSlope_325-375：

DSlope_325-375＝Slope_325-375,i-Slope_325-375,ref

其中，Slope_325-375表示，在325到375纳米的波长范围内，经过对数变换处 理的吸光度的线性回归曲线的斜率；Slope_325-375,i和Slope_325-375,ref分别代表添加絮 凝剂与未添加絮凝剂的水样的斜率值；

使用如下计算公式将吸光度转变为吸收系数：

$a=2.303\frac{A}{L}$

其中，a表示吸收系数，单位是m^-1；A表示吸光度；L表示水样测量光程， 单位是m，S_275-295表示，在275到295纳米的波长范围内，经过对数变换处理的 吸收系数的回归曲线的斜率；S_350-400表示，在350到400纳米的波长范围内，经 过对数变换处理的吸收系数的回归曲线的斜率；S_R为S_275-295与S_350-400的比值；

S3.对经过步骤S1絮凝处理的含溶解性有机物水样进行超滤处理，使用分析 天平检测定时收集的滤液质量，以获得终点J/J₀来表示膜污染的程度，J/J₀表示 过滤过程中滤液的流量与过滤开始时滤液的流量的比值；

S4.使用SPSS软件中的皮尔逊相关系数，评估步骤S2所获得的光谱参数 DSlope_325-375，S_275-295，S_R与步骤S3所获得的终点J/J₀之间的相关程度，由数据 分析可知，光谱参数与终点J/J₀之间的相关性很强，由此，可以通过光谱参数来 表征超滤过程中膜污染的变化情况，再者，通过观察光谱参数的变化情况，可以 确定优化的絮凝剂投加量。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明通过使用光谱参数值，快速地表征超滤膜的污染情况，并且获得优化 的絮凝剂量。该成果对于絮凝条件的确定以及超滤膜的优化使用有着重要的意 义。

说明书附图

图1：终点J/J₀与DSlope_325-375的关系图。

图2：终点J/J₀与S_275-295的关系图。

图3：终点J/J₀与S_R的关系图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作出进一步地详细阐述，所述实 施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。下述实施例中所使用的试 验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明， 为可从商业途径得到的试剂和材料。

实施例1

S1.配制三种溶解性有机碳的浓度均为10mg/L(表示为10mg-C/L)的溶解 性有机物水样，三种溶解性有机碳分别为：10mg-C/L的腐殖酸；5mg-C/L腐殖 酸与5mg-C/L牛血清蛋白的混合物；5mg-C/L腐殖酸与5mg-C/L葡聚糖的混合 物。絮凝剂氯化铝的浓度梯度确定为0、10、20、30、40、60、80、100μM。把 各个絮凝剂浓度投加到含上述溶解性有机物的水样当中。先使用200rpm的转速 搅拌水样1分钟，使得絮凝剂与溶解性有机物充分接触。然后使用70rpm的转 速搅拌水样15分钟，以生成稳定的絮凝物。提取所得絮凝水样的上层液体，测 量紫外—可见吸收光谱。

S2.根据步骤S1所得紫外—吸收可见光谱，计算得出光谱参数值 DSlope_325-375，S_275-295和S_R。

S3.选取较为常用的聚醚砜(PES)平板超滤膜，在恒定操作压力69kPa下，对 步骤S1所述的絮凝稳定后的含溶解性有机物水样进行超滤。使用分析天平记录 定时收集的滤液质量，通过计算得出归一化的滤液流量比值J/J₀，以表征膜的污 染情况。采用第20分钟的J/J₀作为终点J/J₀来表示各个絮凝剂浓度对于膜性能 改变的影响。

S4.如图1、图2和图3所示，将光谱参数DSlope_325-375、S_275-295、S_R与表示 膜污染程度的终点J/J₀作图联系起来。如表1、表2和表3所示，使用皮尔逊相 关系数比较DSlope_325-375、S_275-295、S_R与终点J/J₀之间的相关性。由表中数据可知 光谱参数与终点J/J₀之间的相关性很强。由此，可以通过观察光谱参数来确定絮 凝处理对于超滤膜性能的影响情况。此外，观察图1、图2和图3可知，受到絮 凝剂影响的光谱参数变化到一定程度后，终点J/J₀趋于稳定。即使加入更多的絮 凝剂，也不能显著地减轻膜的污染程度。由此可知，使得终点J/J₀趋于稳定的光 谱参数值所对应的絮凝剂浓度，即优化的絮凝剂投加量。实施例中三种类型溶解 性有机物水样的优化絮凝剂投加量均为40μM。

表1为水样含有腐殖酸，加入絮凝剂氯化铝后，DSlope_325-375、S_275-295、S_R和 终点J/J₀之间的皮尔逊相关系数。

**表示在低于0.01的水平上显著相关(双侧检验)。

表2为水样含有腐殖酸和牛血清蛋白，加入絮凝剂氯化铝后，DSlope_325-375、S_275-295、 S_R和终点J/J₀之间的皮尔逊相关系数。

**表示在低于0.01的水平上显著相关(双侧检验)。

表3为水样含有腐殖酸和葡聚糖，加入絮凝剂氯化铝后，DSlope_325-375、S_275-295、 S_R和终点J/J₀之间的皮尔逊相关系数。

**表示在低于0.01的水平上显著相关(双侧检验)。