EPS模拟高聚物与盐类共混体系超滤过程中膜污染及通量衰减机理分析

本项目针对生物高聚物的超滤膜污染特征，拟采用多糖/蛋白/腐殖酸高聚物模拟污泥混合液中的EPS，研究生物高聚物与盐类共存情况下形成超滤膜污染机理，并对通量的衰减过程进行数学模拟。研究工作主要从以下几方面展开：.（1）利用超滤数学模型－阻力模型、堵塞过滤模型、浓差极化模型及其衍生模型等进行拟合,计算和比较模型参数并适当修正，从宏观角度分析膜污染的机理；.（2）以不同的溶质组合方案进行对比，分析操作参数、溶液体系特征和介面特征对各组分溶质的截留效率的影响，考察盐类对高分子聚合物过程传质中的影响；.（3）探讨各类溶质过滤传质过程中的相互作用机制以及共存效应对膜污染的影响，从微观角度分析多糖/蛋白/ 腐殖酸/盐类四组分对滤饼、凝胶层、介面和膜孔堵塞的贡献，溶质-溶质、溶质－介面的相互作用。.本课题的研究结果对MBR和膜组件的设计和运行优化具有一定的指导意义。

超滤过程中生物高聚物的膜污染是制约膜技术的重要因素。本项目采用海藻酸钠(SA)、牛血清蛋白(BSA)、腐殖酸(HA)等生物高聚物作为膜污染中模拟污染物-胞外聚合物（EPS），研究典型的生物高聚物在单一组分、混合组分, 以及与合成聚合物以及盐类共存情况下形成超滤膜污染机理，并对通量的衰减过程进行数学模拟。实验利用膜清洗手段进行膜阻力分布测试，还利用Zeta电位、膜面接错角、SEM等测试手段进行污染物质与膜面作用的微观分析。实验进程基本按原定计划完成，达到了预期的目标，得到以下主要研究结论：.（1）利用超滤数学模型-Hermia模型等进行拟合,发现膜过滤过程中生物高聚物的膜污染的机理比较复杂。超滤过程中是以滤饼过滤是主要污染机理，具体形式依颗粒粒径和膜孔孔径而定；微滤膜中则存在膜孔堵塞向滤饼过滤的过渡阶段。.（2）不同的操作参数会影响到颗粒粒径、滤饼的比阻等，从而改变而影响到滤饼阻力和污染机理等。操作压力越高，高聚物颗粒粒径越小，越容易形成严重的膜孔堵塞和致密的滤饼层，导致膜污染阻力越高。.（3）从微观角度分析溶质-溶质、溶质－介面的相互作用，合成聚合物具有絮凝效应，盐类的离子强度、价位数通过影响生物高聚物之间的范德华作用改变聚合物的结构和状态，都会对模拟污染物的污染特征产生影响。PVA、PAM等聚合物对模拟生物高聚物具有明显的絮凝作用，增加溶质粒径，减缓膜污染；各种离子对三种典型生物高聚物的膜污染影响不同，离子价位、离子强度，高聚物的荷电性、官能团性质和亲水性等特征都会影响膜污染的程度。.（4）盐类对膜污染的影响主要通过改变模拟高聚物在水溶液中胶粒性质，进而改变溶质-溶质之间、溶质与膜面之间的作用力。一价钠盐对膜污染的影响并不明显，而二价的钙离子则通过电荷作用力形成桥架，加速生物高聚物的膜污染，尤其是腐植酸；铝盐则具有絮凝作用，使滤饼层疏松而减缓膜污染。. 此外，针对研究过程中商品膜的不均匀性、模拟污染物的提纯与测定等实际操作难点，总结了一些工作经验和具体方法，克服实验数据重新性问题。并提出了今后深入研究方向，例如膜表面形貌的影响以及致密膜的有机物传质机理等设想。总之，本课题研究对典型生物高聚物的超滤膜污染有了比较深入的理解，对高聚物溶质与膜面的相互作用与其他溶质的影响具备比较全面的认识，研究成果对MBR和膜组件的设计和运行优化具有一定的指导意义。