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不同超滤膜过滤天然有机物的膜污染特性研究


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第 6卷第 5期  2005年 5月      
Te ch i u es n q
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环 境 污 染 治 理 技 术 与 设 备 
an
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V 1 6. o.   o. N 5

>M a  2   0   y  0  5

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En vio n e t lP l t n Co t l r m n a   ol i   n r   u o o
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不 同超 滤 膜 过 滤 天 然 有 机 物 的  膜 污 染 特 性 研 究 
罗 欢  刘 广 立  刘  杰  倪 晋 仁   
( 京大 学 环境 工程 系 , 沙科 学教 育部 重点 实 验室 , 京 107 ) 北 水 北 0 8 1  摘 要 超 滤 膜 的 截 留 分 子 量 、 然 有 机 物 的 分 子 量 分 布 以 及 两 者 之 间 的 相 对 关 系 对 于 膜 污 染 以 及 过 滤 阻 力 的 组 成  天

有 很 大 的 影 响 。MWC 1 0k a7   D 、0k a 1  D 、  D O 4   D 、0 k a 3  D 、0k a4 k a和 1k a的 超 滤 膜 过 滤 1  /  D 0ms L腐 殖 酸 溶 液 和 未 名 湖 湖 水 的  试 验 结 果 表 明 , 过 滤 初 始 时 刻 就 发 生 了膜 污 染 , 的 截 留 分 子 量 越 大 , 污 染 越 显 著 。 在 长 期 过 滤 的 过 程 中 , 留 分 子 量  在 膜 膜 截 >1  D 0 k a的超 滤 膜 的 过 滤 阻 力 受 到 膜 污 染 的 控 制 , 孔 堵 塞 和 膜 面 形 成 凝 胶 层 是 造 成 膜 污 染 的 主 要 原 因 ; 膜 的 截 留 分 子  膜 当 量 ≤ 1  D 0k a时 , 滤 阻 力 主 要 由 膜 本 身 固 有 的 阻 力 决 定 , 污 染 影 响 较 小 。 不 同 浓 度 、 型 的 腐 殖 酸 溶 液 和 不 同 种 类 的 超  过 膜 类

滤膜 过滤 试 验数 据分 析表 明 , 当膜对 腐殖 酸分 子 的截 留率超 过 4 % 时 , 污 染 的程 度 会 逐渐 减 小 , 滤 阻 力 将 由膜 本 身 固  0 膜 过
有 的阻 力控 制 。  

关 键 词  天 然 有 机 物  超 滤 膜  过 滤 阻 力  膜 污 染  中 图分 类号 T 088 Q 2 .  文 献 标 识 码  A   文 章 编 号  1 0 -2 1 2 0 ) 50 4 -5 0 89 4 ( 0 5 0 -0 60  

S u y o   h r c e itc   fm e b a e f u i   t d   n c a a t rs is o   m r n   o l ng
durng t   t anlr t0   f na ur lor ni  a t r   i   he ulr t a i n o   t a   ga c m te s
L o Hu n L u Gu n l Lu Je NiJn e   u   a   i  a gi i  i      i rn
( h  e  aoaoyo  tr n  e i n ce cs Mii r f d ct n  T eK yL b rtr f Wae  dS dme t in e, ns o  u ai , a S t y E o D prm n f n i n na  n ier g P kn  nv rt , e ig10 7 ) e at e t   vr me tl gn e n , e igU ies y B in  0 8    oE o E i i j 1

A sr c  T emoe ua  e h u.f ( b ta t h   lc lr i t t w g c o MW C 0)o  F m mba e h   i r ui  f oeua  eg t f f   e rn ,teds b t no  lc lr ih    U t i o m w o
na u a  r a i  te   rhu c a i t r lo g n c mat r o   mi  c d,a d t i e a i e r lto hi  a  a   r a   fe t  n t   mb a   o l  n  her r l tv   e a ins p c n t ke g e te f c so  he me r ne f u - i   n  he flr to   e it n e Ac o d ng t  he e pe me t  n t   ita i n o   0 mg ng a d t   ita i n r ssa c . c r i  o t   x r i n s o   he flr to   f 1   /L  u i a d nd t   h m c ci a   he wa e   a t rs mpls fo W e mi g La e b   sng MW CO  4   Da,7   Da,3   Da,1   e   r m  i n   k  yui   10k 0k 0k 0 kDa,4 kDa,a       nd 1 kDa UF    

me r n mb a e,r s e tv l e p ci e y,i s o d t a o ln   o l   c u   t h   e i n n   ff ta in T e l r e   t h we  h t u i g c u d o c ra  e b g n i g o   l t . h  a g r MW CO o       f t ir o   fUF
me mbr n   he mo e s v r  o lng wilha pe Du i  h   o g t r o e a in,h   itai n r ssa e   u d be a e t   r  e e efui   l   p n. rng t e l n ?e m  p r to t e flr to   e itnc swo l    

d t r n d b  o l g man y c mp s d o   o e b o k n   n   e a e  o a i n,w e   e e mi e   y f u i   i l  o o e   fp r  l c i g a d g ll y rf r t n m o h n MW CO o   mb a e wa     fme r n   s
l r e  ha  1   a g rt n 0 kDa .On t   o ta y.he nti i r ssa c  o   mb a e   he c n r r t  i rnsc e it n e f me r n  wo d o n t t e itai n pr c s  ul d mi a e h  flr to   o e s whe   n MW CO  f me r n   s l s  ha  1   o   mb a e wa   e s t n 0 kDa .Th  d t  nay i  n he di e e t hu c cds a   e a a a l ss o  t   f r n   mi a i   nd UF  m— f me   br ne   h we   ha o i   ou d d c e s   nd he i rnsc r ssa c   u d de e i e h   o a   e it nc  o l  a s s o d t tf ul ng c l   e r a e a  t   nti i  e it n e wo l   t r n  t e t t l r ssa e n y m

w e h     e rn  o l ee t oeta  0 o  ettl aua og ncmatr. h nteUF m mba ec ud r c m r  n4 % ft  oa n trl ra i j   h h       t s e  
Ke   y wor s naur lo g ni  te s;UF;flr to   e it n e;f ln   d  t a   r a c ma t r ita i n r ssa c ou i g

天 然 有 机 物 是 生 成 消 毒 副 产 物 的 主 要 来 源 之  染 的影 响 的报 道 还 不 多 见 。本 文 以不 同 类 型 的超 滤 




膜 分 离 技 术 可 以 有 效 地 去 除 水 体 中 的 天 然 有 机  膜 过 滤 腐 殖 酸 溶 液 和 地 表 水 为 例 , 据 天 然 有 机 物  根

物 , 少 消 毒 副 产 物 的产 生 。但 在 过 滤 过 程 中 , 减 由于  的分 子 量 分 布 和 膜 的截 留分 子 量 两 者 之 间 的相 对 关 
对   天 然 有 机 物 会 对 膜 造 成 污 染 从 而大 大 降低 了 膜 的 分  系 , 膜 污 染 的影 响 和 过 滤 阻 力 的组 成 进行 了研 究 。

离 能 力 。 如何 选 择 合 适 的 膜 以 减 少 膜 污 染 的 发 生 ,   使 得 膜 能够 稳 定 地 运 行 并 延 长 膜 的 清 洗 周 期 , 具  这 有 重 要 的 应 用 意 义 并 受 到 人 们 的 广 泛 关 注 ¨  。膜  收 稿 日 期 :0 4—0 7;修 订 日 期 :0 5一O 一2   ’ 20 6—1 20 l O
的 截 留 分 子 量 与 溶 液 有 机 物 的 性 质 都 是 影 响膜 污染  的 主 要 因 素 之 一 , 目前 这 2种 因 素 作 用 下 对 膜 污  但
作 者 简 介 : 欢 ( 9 0一), 。硕 士 研 究 生 , 要 从 事 水 处 理 工 程 工  罗 18 男 主
作 。 E m i: o u n i . k . d .n — all h a @ c p u e u e  u e

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第 5期 

罗  欢 等 : 同超滤 膜 过滤 天 然有 机物 的膜 污 染特性 研 究  不

4  7

1 试 验 条 件 和 方 法 
1 1 试 验 装 置  .

k a 3   D 、0 k a 4 k a和 1k a的超 滤 膜 , 材  D 、0 k a 1  D 、  D  D 膜 料 为 聚砜 类 。 超 滤 膜 在 使 用 前 均 经 高 纯 水 浸 泡 2   4 h, 在 0 2 MP 并 .   a下 压 滤 0 5 h   .  。 腐 殖 酸 ( 津 精 细 化 学 品 公 司 生 产 ) 解 并 经  天 溶

试 验 装 置 包 括 杯 式 超 滤 器 和错 流过 滤 装 置 。在  1 3 试 验 水 样 及 水 质 指 标  . 杯 式 超 滤 器 试 验 中 , 滤 膜 的 透 过 液 经 过 电 子 天 平  超

精确称量后 , 由计 算 机 对 数 据进 行 分 析 , 以 确 定 膜  过 0 4 z 的 滤 膜 过 滤 后 , 制 成 p 为 8 0, 度  可 . 5/ m 配 H . 浓
在 过 滤 过程 中 通 量 的 精 确 变 化 。 杯 式 超 滤 器 (中科  为 1   / 0 mg L的 溶 液 。地 表 水 采 用 北 京 大 学 校 园 内未  膜 技 术 有 限公 司 ) 有 效 过 滤 面 积 为 3 .   m 。 错  名 湖 湖水 , 关 水 质 指 标 如 表 1所 示 。 未 名 湖 湖 水  的 85c   相 流 过 滤 装 置 自制 , 流 速 度 约 为 0 3   / , 滤 膜  和 1  / 错 .5 m s 超 0mg L腐 殖 酸溶 液 中 有 机 物 分 子 量 分 布 如 图 1   的 有 效 过 滤 面 积 为 6  m 。 在 整 个 试 验 过 程 中 , 5c   温  所 示 。 从 图 中 可 以 看 出 , 殖 酸 溶 液 中 , 子 量 在  腐 分

度保持在 3℃ , 0 操作 压 力 为 0 1MP 。 .  a 
1 2 膜 的 材 料 和 性 质  .

3  D 0 k a以上 的有 机 物 占总 有 机 物 量 的 9 % , 平 均  0 其

分 子 量 约 为 9   D ; 名 湖 湖 水 中 分 子 量 在 1  D   0k a 未 0k a

所 采 用 超 滤 膜 ( 海 原 子 核 研 究 所 膜 技 术 研 究  以上 的有 机 物 占总有 机 物 量 的 4 % , 平 均 分 子 量  上 0 其

发展 中心 ) 括 截 留分 子 量 ( 包 MWC 10 k a 7  约 为 1  D 。 O) 4   D 、0 0 k a 
表 1 1  / 腐 殖 酸 溶 液 和 未 名 湖 湖 水 水 质    0mg L
Ta l    Th   u l y o   0 m g L h m i  cd s l t n a d W e m i   a e wa e   be 1 e q ai   f1   t /   u ca i  ou i   n   o i ng L k   t r

R = P/ l      J  R| = P/   一 R     J R p = P/ f— R 一 R       J  
I Ⅲ 

R p = △P/ . 一 只  一 只 一 尺p    ,     p  

式中:   .— — 干 净膜 的 清 水 通 量 ( /  ? )  , ; Lm h ;
分 子量(D ) k a 

.— — 静态 吸附水样后膜 的清水 通量 ( /  ? )  , 。 Lm h ;
— —

图 I 1  /   0mg L腐 殖酸溶 液 ( H:8 O   p .) 和未 名 湖湖 水 中有机 物 的分 子量分 布 
F g 1 Mo e u a   i t b t n o   r a i  t r  n l   /   i.  l c lr d sr u i   fo g n c ma t si   0 ms L i o e

过 滤水 样 后 膜 的清 水 通 量 ( /  ? )  Lm h ;

.— — 过 滤 水 样 时膜 的 通量 ( /  ? )  ,   Lm h ; △P — 膜 压 差 ( a ; — P ) 
— —

h mi ai slt n( H :8 0 n   eW e n  a ew tr u c c  o i   d uo p . )a dt   i gL k  a   h mi e

溶 液 的粘 度 ( a? )   P S。

1 4 膜 阻力 计 算 方 法  .

2 试 验 结 果 及 讨 论 
可 以 将 膜 在 过 滤  2 1 杯 式 超 滤 器 试 验 结 果 分 析  . 在 杯 式 超 滤 器 试 验 中 ,0  3 0mL水 样 经 过 不 同截 

按 照 膜 过 滤 模 型 :, . =△P ,  

过 程 中引起 通 量 减少 的过 滤 阻力 分 成 膜 本 身 、 与溶  膜

质 的 相 互 吸 附 、 质 的堵 孔 、 面 形 成 的凝 胶 层 和浓  留 分 子 量 的 超 滤 膜 过滤 , 溶 膜 当滤 过 液 的 质 量 接 近 1 0 g 0   

差 极 化几 部 分 。 由于浓 差 极 化 的 程 度 很 难 确定 , 把  时 ( 到 电 子 天 平 的 最 大 称 量 值 ) 停 止 过 滤 , 平  常 达 即 天 凝 胶 层 引起 的 阻 力 和 浓 差 极 化 引 起 的 阻 力 统 一 来 考  称 量 速 率 为 2次/ 。 图 2给 出 了 MWC  0 k a的  s O 3  D 虑 。 即在 过 滤 过 程 中 , 的 总 阻 力  膜


等 于 膜 阻 力  超 滤 膜 过 滤 不 同水 样 时 滤 过 液 质 量 的变 化 情 况 。 在 
差 别 不 明显 , 着 时 间 的增 加 , 出液 累 积 质 量 的 差  随 滤

吸 附 阻力  、 孔 阻力 R 堵  和 浓 差 极 化 阻 力 R  之  开 始 过 滤 的 2 0 S内 , 同 水 样 的 滤 出 液 累 积 质 量  0  不

和  ] 各部 分 过 滤 阻力 可按 下列 公 式 计 算 : 。  

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环 境 污 染 治 理 技 术 与 设 备 

第 6 卷 

别 越 来 越 大 , 过 滤终 止 时 , 以 看 出 未 名 湖 湖 水 的  样 的改 变 而 变化 。从 图 3中还 可 以 看 出 , 当 可 当过 滤 未 名  滤 过 液 量 最 少 , 表 明 未 名 湖 湖 水 对 超 滤 膜 造 成 的  湖湖 水 时 , 个 超滤 膜 都 获 得 了最 小 的膜 通 量 。 分 析  这 各 污 染 最 为 严 重 。 从 过 滤 时 间 上 看 , 约 6 0 s内 膜  原 因可 能 是 由 于 未 名 湖 湖 水 中 含 有 大 量 的 无 机 离 子  在 0  污 染 已 经 产 生 并 且 已 经 使 得 通 量 大 为 降 低 , 表 明  如 C “ 、 O 等 , 这 a S  这些 离 子 有 助 于 有 机 物 在 膜 面 的 吸  膜污染 的发生 、 发展 十分 迅 速 , 开 始 过 滤 的那 一 时  附 , 得 膜 污 染 更 为严 重 从 而 大 大 降 低 了膜 通 量 。 杯  从 使 刻起 , 污 染 已 经 发 生 , 且 随 着 过 滤 的 进 行 , 污  式 超 滤 器 的试 验 表 明 , 污 染在 过 滤 的初 始 时 刻 即 可  膜 并 膜 膜 染 逐 渐 加 剧 。 MWC   0 k a和 MWC   4   D O 7  D O 1 0 k a的  产 生 , 且 在 很 短 的 时 间 内大 大 降低 膜 的通量 。 并  
. 超 滤 膜 过 滤 现 象 与 MWC 3   Da的 相 类 似 , 不 过  2 2 错 流 过 滤 试 验 结 果 及 分 析  0 0k 只

膜 污 染 现 象 更 为 明显 。  
苟 

在 错 流 过滤 的 条 件 下 , MWC  4   D 、0 k 、 O 10 k a 7   Da  3  D 0 k a和 1   D 0 k a的超 滤 膜 过 滤 1  g L腐 殖 酸 溶  0m / 液 和 未 名 湖 湖 水 时膜 通 量 随 时 间 的变 化 如 图 4和 图 
5所 示 。在 过 滤 时 间 1 0   n以 内 , 0 0mi MWC  4   D   O 10k a

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和 7   Da的 超 滤 膜 的膜 通 量 迅 速 下 降 , 着 时 间 的  0k 随 继 续增加 , 通 量趋 于稳 定 , 膜 当过 滤 终 止 时 , MWC   O 10k 4   Da的超 滤 膜 过 滤 1  / 0 mg L腐 殖 酸 溶 液 和 未 名 


● -清 水  

时 f() us j  —   5m / A gLH  
_◇- 2 0mg LH   / A

湖 湖 水 的 稳 定 通 量 分 别 达 到 2 7L m 5   /  ? h和 2 0 L   3 / I h MWC   0 k a的 超 滤 膜 过 滤 1  l/ n  ? ; O 7  D 0 n L腐 殖  g 酸 溶 液 和 未 名 湖 湖 水 的 稳 定 通 量 分 别 达 到 2 0 L  0 /
n h和 15 L m  h 而 MWC  0 k a的超 滤 膜  l  ? 0 / 。 O 1  D



o一 1 0mgLHA /



t卜 4  / 0mg LHA  

? 名湖 湖水  未

图 2 MWC  0 k a的 超 滤 膜 过 滤 不 同 水 样 时 透 过 液     O 3  D 质 量 随 时 间 的 变 化 ( 作 压 力 0 1MP , 度 3  ̄   操 .  a 温 0C)
Fi .   Va i to   t  i e o   e m e t  a iy o   fe e   g2 ra in wih tm   f p r a e qu ntt  fdif r nt

不 管 是 过 滤 腐 殖 酸 溶 液 还 是 未 名 湖 湖 水 , 通 量 随  其 时 间 变 化 不 大 , 保 持 在 7  /  ? 均 0L m h左 右 。根 据 膜  阻 力 模 型 , 算 出 各 个 超 滤 膜 在 错 流 过 滤 中 的 阻 力  计
分 布 如 图 6所 示 。 从 图 中可 以看 出 , 过 滤 腐 殖 酸  在 溶液 和未名湖湖水 的过 程 中 , MWC   4   D O 1 0 k a和 7   0 k a的 超 滤 膜 的 过 滤 阻 力 主 要 由 膜 污 染 控 制 , 膜  D 由

s mp sb   h a h ai   mb a e ( a l   y u r f rt n me r n MWC   0 k ) e i o O 3   Da 
und r t   on to     pe ai n p e s e e  he c dii n ofo r to   r s ur 

根 据 滤 出 液 的 累 积 质 量 随 时 间 的 变化 计 算 出各 
个 超 滤 膜 过 滤 不 同水 样 时 的平 均 通 量 如 图 3所 示 。  
对 于 MWC  4   D 、0k a 3  D O 1 0k a 7   D 、0 k a和 1  D 0k a的超 

污 染 产 生 的 阻 力 占到 总 阻 力 的 8 % , 中大 部 分 为  0 其
堵 孔 和凝 胶 层 产 生 的 膜 污 染 ; 着 截 留分 子 量 的 减  随
小 , 污 染 的 影 响 也 逐 渐 减 小 , 采 用 MWC   0 膜 当 O 1 

滤 膜 而 言 , 着 腐 殖 酸 浓 度 的 增 加 , 通 量 逐 渐 降  随 膜 低 , 留分 子 量 越 大 的膜 , 量 下 降 越 大 , MWC   截 通 如 O 10 k a的 膜 过 滤 4   g L 的腐 殖 酸 溶 液 时 , 量  4  D 0m / 通 可 以下 降 约 5 % 。而 对 于 MWC    D 0 O 4k a和 1k a的   D

k a的膜 过 滤 时 , 污 染 产 生 的 阻 力 <2 % 。 结 合  D 膜 0

图 1可 知 , 于 未 名 湖 湖 水 , 采 用 的 膜 能 够 截 留  对 当 超 滤 膜 , 于 膜 的 孔 径 较 小 , 通 量 基 本 上 不 随 水  湖 水 中 4 % 的 有 机 物 对 , 膜 的 截 留 分 子 量 为  由 其 0 即
1    0


● 一 M W CO 1 0k a-I- M W CO 7 Da 4 D - I 0k  

08    三
06   
、  

— 广 M W CO 3   Da —[ M W CO 1  D a   - 0k ?卜 0k   6O o  

4o o   04   
- -

O - M W CO 1  D a —口 一 M W CO 1k a 0k  D  

删  

o卜  M c ka   2 w o0D 
l —矗一 M W C04 k    Da

20 0  

10  0 0

2o  Oo

30   00

40   00

时 间( i) a r n 

图 4 不 同 截 留 分 子 量 的 超 滤 膜 长 期 过 滤 1  g L 0m /   图 3 不 同 截 留 分 子 量 的 超 滤 膜 过 滤 不 同 水 样 时    的归 一 化通 量 ( 式 超滤 器试 验 ) 杯  
F g 3 No a  u   f tr s mp e   y u tai r t n me rn s i.  m r lf x o   e   a l s b   l f t i   mb a e   l wa r la o wi   ifr n  W C c n u t d i  h   hr f t t n c p t d f e tM h e O  o d ce  n t e u a l a i   u   i r o

腐 殖 酸溶 液 时通 量 随时 间的 变化 ( 流 过滤 装置 ) 错  
Fi 、 g 4  Va i ton wih i   ffux o    m g   ra i   t tme o   l   f1 0 /L humi  c

a i  o u i n u a h a i n b   i e e tM W CO c d s l t   hr f r t   y d f r n  o i o f   me mb a e   n t e l n —e   r s  ̄ w r n s i  h   o g t r e o s o   m

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罗  欢 等 : 同超 滤膜 过 滤天 然有 机物 的膜 污 染特 性 研究  不
一 趟  母一 蛊遐 捌 

4  9

1  D 0 k a时 , 滤 阻 力 由 膜 本 身 固 有 的 阻 力 控 制 , 过 膜  的 超 滤 膜 不 仅 能 够 延 长 清 洗 周 期 , ∞且 加 够   现 有  而 ∞ ∞ ∞    能 O实       污 染 的 影 响 较 小 ; 于 1  g L的腐 殖 酸 溶 液 , 采  效 的 膜 清 洗 过 程 。 对 0i / n 当  

用 的膜 不 能 够 截 留 9 % 的 腐 殖 酸 时 , 膜 的 截 留分  0 即
子 量 >1  D , 因 膜 孔 的 堵 塞 和 膜 面 形 成 的 凝 胶  0k a 则 层 造 成 的 膜 污 染 决 定 了膜 的 过 滤 阻 力 , 期 进 行 的  定 膜 清洗就十分必要 。  

互 

姜  
翻 

() a MW CO 1 0 k   4   Da

() b MW C0 1   Da 0k  

的 超滤膜 的膜 面照 片 
固 

的超 滤膜 的剖 面照 片 

图 7 过 滤完 腐殖 酸溶 液 的超 滤膜 经过 清洗 后 的 电镜照 片 
Fg 7 S i .   EM  m a e   ft e rn e   mb a e   i g s o  h   s d me i rn s a tr t e u r fh a in o   u i  c d s l t n f  h   h a i r t   fh m c a i   o u i   e o o

2 3 不 同 天 然 有 机 物 造 成 的膜 污 染 比较  .
图 5 不 同截 留分 子量 的超 滤 膜长 期过 滤未 名 湖    湖 水时 通量 随 时间 的变 化 ( 流过 滤装 置 ) 错  
F g 5 Va a i n wi   i e o   u   fd f r n  W C i.   i o r t   t t h m   f x o   if e tM l f e O  u t fl a in m e b a e   u n  h  o g tr c o s o   l a i r t   m r n s d r g t e l n — m  r s f w r t o i e l
i ta i   pe ato   n t e W i n   ke wae   flr ton o r i n o   h   e mi g La   tr

水 中 的 天 然 有 机 物 主 要 是 腐 殖 酸 , 腐 殖 酸 的  但 性 质 却 因水 体 的 地 理 环 境 和 水 质 状 况 而 有 所 差 别 ,   不 同类 型 的腐 殖 酸 其 平 均 分 子 量 和 分 子 量 分 布差 别  较大 , 此 它们 对膜 造 成 的污 染 程度 也 不 尽相 同。 因   国际 上 推 行 的腐 殖 酸标 样 为 从 S w n e  ie 提  u an eRvr中 取 出 的 腐 殖 酸 ( 为 S w n e  ie  A) 此 外  记 u ane RvrH , Ad c lr h公 司 生 产 的 腐 殖 酸 ( 为 Ad c  i 记 lr hHA) 在  i 也 研 究 中广 泛 使 用 , 2种 腐 殖 酸 的 分 子 量 分 布 如 图  这
8所 示  。Alr h HA 中分 子 量 >10 k a的部 分  d c  i 0  D 约 占 总 量 的 4 % , 的 平 均 分 子 量 为 1 0 k a 而  5 它 4 D ; S w n e  ie  中分 子 量 >1 0 k a的部 分仅 占  u a n eR vrHA 0 D 总 量 的 1 % , 的 平 均 分 子 量 为 4   D 。 MWC   0 它 0k a O
3 0 k a 10 k a和 3   D 0   D 、0   D 0 k a的 聚 醚 砜 类 超 滤 膜 ( i  Fl - t nT c n l yC r . 过 滤 浓 度 为 2mg L的这 2种  r   eh oo   o ) o g p   /

l  3  0 0

7  10 1  0 4  0

3  O

7   lO O 4 

不同截留分子量的超滤膜(Da k )  
口  一  ■  ■  。  

图 6 不 同截 留分 子量 的超 滤膜 过 滤腐 殖酸 溶 液  和 未名 湖 湖水 时 的过滤 阻力 组成 
F g 6 C m p n n so  e itn e i  h   l ai r t n i.   o o e t fr ssa c  n t e u t fh a i     r o o   u i a i  o u i n a d t e W e mi g L k   fh m c cd s l t   n   h     o i n  a e w t rwi   i e e tM W CO me b a e   a e   t df r n   h f   m rns

腐 殖 酸 时 , 过 滤 阻 力 的 组 成 根 据 文 献 [ ] 试 验  其 7 的
结 果 计 算 得 出 ( 9 。 随 着 膜 的 截 留分 子 量 减 小 , 图 )   膜 污染 产 生 的 过 滤 阻 力 减 小 , S w n e  ie  A 以 u a n eR v rH   为例 , 当采 用 MWC  0   D O 1 0k a的 膜 过 滤 时 , 本 身 的  膜 阻力 可 占 总 阻 力 的 5 % , 采 用 MWC   0 k a的  0 当 O 3  D 膜 过 滤 时 , 本 身 阻力 约 占总 阻 力 的 8 % 。 膜 0  

对 过 滤 完后 的 MWC   4   D O 1 0 k a和 1   D 0 k a的 超 

滤膜进行化学 清洗 , 其膜通量恢复至初始值 时 , 当 取 
样进行 电镜 分 析 如 图 7所 示 。可 以 看 出, MWC   O

10k a的 膜 即使 在 清 洗 后 , 面 仍 然 残 留 有 大 量  4  D 膜
的 有 机 污 染 物 , MWC  0k a的 膜 表 层 和 通 道 内  而 O1 D 没 有 发 现 污 染 物 , 表 明 截 留分 子 量 大 的 超 滤 膜 在  这

过 滤 过 程 中 不 仅 容 易 产 生 膜 污 染 , 且 即 使 采 用 有  而 效 的 清 洗 手 段 也 很 难 完 全 清 除 膜 面 的 污 染 物 , 截  而
留 分 子 量 小 的 超 滤 膜 在 过 滤 过 程 中 不 易 产 生 膜 污  染 , 过 清洗后 , 面 的污染 物 也容 易去 除干 净 , 经 膜 因  此 在 通 量 大 小 合 适 的情 况 下 , 择 截 留 分 子 量 较 小  选

分子 量(D ) k a 

图 8 A di   lr h腐 殖 酸和 S w n e  ie 腐殖 酸 的  c u a neRv r 分 子量 分 布 ( 试 条件 : 测 腐殖 酸浓 度 2 m / ,H = )   g L p 7 
Fi .   M oe u a   it b t n o   d c   n   g 8 lc l rd sr u i   fAl r h a d i o i S w n e   v r h m i  c d u a n e Rie   u c a i  

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5  0

环 境 污 染 治 理 技 术 与 设 备 

第 6卷 

3 结  语   
智 

当 超 滤 膜 过 滤 天 然 水 体 和 腐 殖 酸 溶 液 时 , 膜  因 的 截 留分 子量 不 同 , 及 有 机 物 的分 子 量 分 布 的 差  以 异 , 成 的 膜 污 染 和 过 滤 阻 力 的分 布 也 不 同 。 造  
( ) 污染 在 过 滤 的初 始 时 刻起 即 已经产 生 , 1膜  

囊  蓝 
篷  鬻 
捌 

并 随 着 时 间 的增 加 和 膜 的截 留分 子 量 的增 大 而迅 速  增 加 , 在 很 短 的时 间 内 (<1  n) 大 降 低 膜 的  可 0 mi 大
不同 截留 分子量 的超滤   k a D)  

口  

■R   ■,  

■ R 

通 量 。但 对 于 截 留 分 子 量 ≤1   D 0 k a的超 滤 膜 , 污  膜 染 造 成 的通 量 下 降 不 明 显 。   ( ) 错 流过滤 中, 2在 因膜 污 染 的进 一 步 加 剧 , 对  于 MWC   0 k a和 3   D O 7  D 0 k a的 超 滤 膜 , 稳 定 通 量  其

图 9 不 同 截 留分 子 量 的 超 滤 膜 过 滤 2mg L Ad c      /   lr h i

腐 殖 酸溶 液和 S w n e  ie 腐 殖 酸溶液 时 的  u a neRv r 过滤 阻力 组成 ( 作 压力 0 0  a p 操 .7 MP ,H=7 0, 温 ) . 室  
F g 9 Co p n n so   l a in r s s n e i  h   h a i r t n i.   m o e t f t t   e it c   n t e u r f t i     f r o i a la o

基 本 相 等 。根 据 过 滤 阻 力 分 析 可 知 , 膜 的 截 留 分  当
子 量 >1   D 0 k a时 , 污 染 产 生 的 阻 力 是 控 制 阻 力 , 膜  
膜 孔 堵 塞 和 膜 面 形 成 凝胶 层 是 造 成 膜 污染 的 主 要 原 

o   d c   n   u a n e Rie   u c a i  o u in   fAl r h a d S w n e   v r h mi  c d s l to s i

将 本 次 试 验 以 及 文 献 中有 关 膜 的 截 留 分 子 量 、 因 , 通 量 基 本 与 膜 的截 留分 子量 大 小 无 关 ; 当膜    膜 而 腐 殖 酸 的 分 子 量 分 布 和 过 滤 阻 力 的 结 果 绘 入 图 1 。 的截 留 分 子 量 ≤ 1 D O  0k a时 , 本 身 的 阻 力 是 控 制 阻  膜 虚 线 内 的 区域 为 膜 本 身 固 有 阻 力 的 控 制 区 , 过 滤  力 , 通 量 由 膜 的 截 留分 子 量 决 定 。 即 膜  

阻 力 的 大 小 主 要 由膜 本 身 的 阻 力 决 定 , 膜 污 染 产  因

( 根 据 不 同 截 留 分 子 量 的 超 滤 膜 , lr h腐  3) A di c 生 的阻力较小 。根据膜对腐殖 酸的截 留率分布可 以 殖 酸 、 u a n e R vr 殖 酸 、 津 精 细 化 学 公 司 产    S w n e  i 腐 e 天

看 出 , 有 当膜对 腐 殖酸 的截 留率 超 过 4 % 时 , 只 0 膜  的腐 殖 酸 以及 未 名 湖 湖 水 的 分 子 量 分 布 , 的 过 滤  膜 污 染 的 作 用 才 会 开 始 减 小 ; 对 腐 殖 酸 的 截 留 率 继  阻 力 分 布 三 者 之 间 的 比较 , 以认 为 , 超 滤 膜 对 天  膜 可 当 续 增 加 , 膜 本 身 的 阻 力 就 会 逐 渐 占据 主 导 地 位 。 然 有 机 物 的截 留率 超 过 4 % 时 , 的 过 滤 阻 力 才 由  则   0 膜 在 这 个 区 域 内进 行 过 滤 , 通 量 会 下 降 较 小 , 污 染  膜 本 身 的 阻 力 控 制 , 污 染 的 影 响 逐 渐 减 小 。 膜 膜 膜  
也 相 对 较 轻 , 的运 行 周 期 较 长 且 容 易 清 洗 。 当 然 , 膜   不 同 的 膜 材 料 , 液 中无 机 物 的 浓 度 以 及 操 作 条 件  溶 参 考 文 献  的变 化 都 会 影 响 膜 污 染 的发 展 和 过 滤 阻 力 组 成 的变  [ ] 王 琳 ,王 宝 贞 .饮 用 水 深 度 处 理 技 术 .北 京 :化 学 工 业   1 化 。但 是 对 于 天 然 水 体 而 言 , 殖 酸 的 浓 度 通 常  腐 出版 社 , 02 2 0 
2 黄 李 混凝 一 滤 膜 净 化微 污染 水源 水 的 研  微 <1  / , 液 的 p 0mg L 溶 H值 也 在 6~ 9之 间 , 物 理 化  [ ]莫 罹 , 霞 , 琳 . 其

学 性 质 在 一定 范 围 内保 持 稳 定 , 此 , 结 论 对 于 选  因 本

究 .给 水 排 水 , 0 1 2 ( ) 1 2 0 ,7 8 :2—1  6

择 合 适 截 留 分 子 量 的超 滤 膜 具 有 一 定 的 指 导 意 义 。  
’  

[ ]刘 广 立 ,施 汉 昌 ,黄 霞 , .无 机 微 滤 膜 过 滤 阻 力 的 研  3 等 究.环 境污 染 治理技 术 与设 备 , 0 2, ( ) 1 2 0 3 1 :5—1  8
[ ] M. M. D l i,F Me e a ,e a.Me ba ep r r — 4 a— n . L l n t 1 C l   m rn  ef m   o
a c   t a p l m i  efu n : Rea i e o t b to s f n e wi h   up l f e t l l ltv  c nr u i n  o   i

再 
口 

嗣  釜 餐 
求 

fu ig me h ns .J u n lo  mba e S in e,1 9   o l   c a ims o r a  fMe r n   ce c n 9 6,

1 0( 2 2):7 2 2—2 5 8 

链 
整 
  ‘

『 ]C i rs A   . E i ee hMe a h m.E fc o  lt n 5 h l e s myE , l l   n c e d   m c f t f oui   e  s o
c em it o   h   ura e ch r e o   o y e c r e e o m o  h s ̄ n t e s f c   a g   f p l m r   ev r   s — i s

型 

ss n  n n fh ain i  a d a oi rt  me rn s J u a o Me r n   o mba e . o r l f n mba e

膜的 截 留分子 量(D ) k a 
0  d ih H   Al rc   A 口 S wa n eRi e  u n e   v rHA 

S i c , 9 6, 1 ( ) 2 3— 6   ce e 1 9 1 9 2 :5 n 28

△本试验用的腐殖酸 。未名湖湖水 

[ ]Y a  i yn yA de   .Hu i a i fui   u n  6 u n We,Z d e  n rw L m c cd o l g d r g     n i
mirfl ain. J u a o  mba e ce c coi rt t o o r l f Me r n  S in e, 1 9 1 7 n 9 9, 5  

图 1  膜 的截 留分子量 与 腐殖 酸 的分 子量 分布 之 间  0 的相对 关 系对过 滤 阻力 组成 的影 响 
F g 1   I f e c   f h   e a i n h p b t e   W CO  i. 0 n u n e o   e r l t s i  e we n M l t o a d t e m o e u a   it b t n o   u c a i  n n  h   l c l r d sr u i   fh mi  c d o   i o t e c m p n n s o   l a i n r ssa c   h o o e t ff t t  e i n e   i r o t

( ): 1 1—1   2

[ ]We  a .F uigb  u i a i d r gu rf rt na d 7 i Yu n o l  yh m c cd u n h a hai  n  n     i i o
m i r f ta i n fr w t r te t n .P . c oi r t   o   a e   r a me t h D. h ss U n v r i   l o T e i , i e st y o   ea a e, e ia   gn e n , A ,2 01 fD l w r Ch m c lEn i e r g US i 0  


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