城市污水回用系統中反滲透膜的膜污染及清洗機理研究

《城市污水回用系統中反滲透膜的膜污染及清洗機理研究》是王瑩為項目負責人，四川農業大學為依託單位的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：城市污水回用系統中反滲透膜的膜污染及清洗機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王瑩
• 依託單位：四川農業大學

項目摘要

隨著膜技術在城市污水再生利用中套用規模的增大,膜污染及清洗問題更為突出。分析膜污染及清洗機理，從而找出防止或減緩反滲透膜污染的有效方法，提高膜的清洗效果已成為當今膜技術的研究熱點和前沿。該項目利用耗散型石英晶體天平這一新型研究手段，深入探究雙膜法污水回用系統中膜污垢與不同類型清洗劑之間的物理化學互動作用。在前期工作中，已成功在石英晶體表面合成交聯的芳醯胺膜，精確模擬了反滲透膜表面性質。本研究將根據在膜污垢吸附及清洗過程中的石英晶體頻率及耗散能量的變化，利用Voigt粘彈性模型方程估算清洗前後膜污垢的質量、厚度、粘度和彈性等信息，分析構建合理的吸附及清洗機理，並結合微型反滲透膜過濾裝置中清洗前後膜通量，膜污垢層形態及成分變化，揭示膜污染及清洗機理，預測膜污染狀況，建立清洗模型，以從理論上指導膜污染的預防和及時清除。

結題摘要

隨著膜技術在城市污水再生利用中套用規模的增大,膜污染及清洗問題更為突出。分析膜污染及清洗機理，從而找出防止或減緩反滲透膜污染的有效方法，提高膜的清洗效果已成為當今膜技術的研究熱點和前沿。本項目對有機膜污垢進行測定，並利用萃取的天然出水有機物和胞外聚合物在反滲透膜上的再結污分析，結果表明，出水有機物結污量遠小於胞外聚合物，但每單位的出水有機物所能導致的膜通量下降卻明顯高於胞外聚合物；另外，污垢的傅立葉紅外光譜分析表明，胞外聚合物結污的蛋白質組成比出水有機物結污更高。有機膜污垢在反滲透系統和石英晶體微天平模擬系統中的反覆結污和清洗實驗發現，小分子出水有機物相比大分子胞外聚合物，更易造成嚴重的不可逆污染；同時，原膜、出水有機物和胞外聚合物污染的膜表面的傅立葉紅外光譜圖發現反滲透膜上形成的不可逆污垢的主要成分為的多糖。項目利用反滲透系統和石英晶體微天平系統研究了乙二胺四乙酸和三磷酸鈉兩種不同的金屬螯合劑對模擬聚醯胺膜和反滲透膜上的有機物和胞外聚合物的清洗性能，結合電鏡掃描結果，三磷酸鈉對胞外聚合物的清洗效果要優於乙二胺四乙酸，而乙二胺四乙酸對出水有機物的清洗效率則要高於三磷酸鈉。為從源頭上減少膜污染，減少頻繁清洗造成的膜損傷，本項目對反滲透膜進行抗污染改性研究，通過電漿的處理，成功製備出新型的氧化石墨烯嵌入式納米複合膜。等離子處理後的膜顯著增強了原膜表面的親水性，打開膜上部分醯胺鏈，形成更薄的聚醯胺層。最終經等離子處理的氧化石墨烯嵌入式納米複合膜有最佳的的水通量（44.3LMH），是複合薄膜的1.76倍。此外，等離子處理將氧化石墨烯暴露在膜表面，使納米複合膜對大腸桿菌表現出優異的殺菌性能，42%的大腸桿菌被滅活。同時，親水性和帶負電的納米複合膜表面具有較強的防污性能。具有高截留率、高通量的耐污改性膜在脫鹽套用中具有巨大的潛力。