胶团强化超滤法处理重金属有机物复合型废水的吸附增溶过程与机理

本项目在申请者现有关于胶团强化超滤理论和重金属吸附研究的基础上，充分利用表面活性剂双亲分子结构的特点，将胶团强化超滤法拓展到重金属有机物复合型废水的处理中，进行吸附增溶过程和机理的研究。项目围绕表面活性剂的聚集与再生规律、污染物的吸附增溶特性、超滤膜的产水能力和污染性状等展开工作，并就胶团化、吸附增溶、超滤、胶团再生、泡沫气浮五个关键过程进行优化与控制，结合微观检测，分析胶团强化超滤的作用机制，实现在最小表面活性剂用量控制下的重金属离子、有机物高效同步去除和胶团的再生回用。本项目旨在进行一种基于表面活性剂胶团协同作用的超滤新方法的研究，解决常规超滤法无法截留离子或小分子有机物的问题，实现重金属离子与有机物的低压同步膜滤，为胶团强化超滤法的研发提供科学理论依据和应用基础。

胶团强化超滤（MEUF，Micellar-enhanced Ultrafiltration）是一种表面活性剂和超滤相结合的新型水处理方法。在课题组现有关于MEUF理论和重金属吸附研究的基础上，本项目利用表面活性剂双亲分子结构的特点，将其拓展到了重金属有机物复合型废水的处理中，进行了吸附增溶过程的控制和机理的研究。项目围绕表面活性剂的聚集与再生规律、污染物的吸附增溶特性、超滤膜的产水能力和污染性状展开，就胶团化、吸附增溶、超滤、胶团再生、泡沫气浮五个关键过程进行了优化与控制，并结合动力学、热力学、等温吸附规律和微观检测，阐述了胶团强化超滤的作用机制，实现了在最小表面活性剂用量控制下的重金属离子、有机物高效同步去除和胶团的再生回用。研究结果表明，基于“阴离子表面活性剂”或“阴离子表面活性剂+非离子表面活性剂”的MEUF对重金属有机物复合型废水具有理想的处理效果，并且由于作用机制迥异，重金属离子的存在不会影响MEUF对有机物的截留，有机物的存在也不会影响MEUF对重金属离子的截留。在MEUF中，表面活性剂用量以及静置反应时间是决定吸附增溶的关键要素，适宜的表面活性剂用量为1CMC，静置反应时间为0.5h。MEUF中存在一定程度的膜污染现象，表面活性剂的团聚截留和吸附堵塞是主要原因，膜临界操作压力为0.05MPa。采用正反洗结合水力清洗可使膜渗透通量最高恢复至93%。MEUF中阴离子表面活性剂胶团通过静电吸附结合带正电的重金属离子，但与有机物的作用机理更为复杂，部分有机物（如亚甲基蓝）增溶于胶团的内核或表面活性剂分子间的“栅栏”，但极性类小分子有机物（如苯酚）则有吸附于胶团的外壳。采用硫酸、硝酸酸化超滤和EDTA螯合超滤均可有效回用浓缩液中的胶团。本项目通过表面活性剂胶团特性调控、MEUF后端气浮以及浓缩液中的表面活性剂回收，实现了MEUF的表面活性剂用量减少20%－50%。以上相关成果已发表相关论文14篇（其中SCI 13篇，EI 13篇），获授权国家发明专利2项，培养研究生12名。本项目系统进行了一种在表面活性剂胶团协同作用下的超滤新方法的研究，解决常规超滤法无法截留离子或小分子有机物的问题，最大程度地发挥了表面活性剂双亲分子结构特性的利用率，实现了重金属离子和有机物的高效同步去除，为胶团强化超滤法的研发提供了科学理论依据和应用基础，具有重要的理论意义和实际应用前景.