【摘要】 该研究采用100kda、30kda和5kda三种孔径的超滤膜处理MBR出水、自来水和地表水三种水。
超滤-反渗透(UF-RO)工艺具有能耗低、效率高、操作维护方便等优点。广泛应用于海水淡化、微咸水淡化、废水回用、纯水生产等领域。然而,膜污染引起的成本上升已成为其应用的主要障碍。水中溶解有机物(DOM)是指广泛存在于天然水体中的有机混合物。它含有丰富的碳、氮、磷等营养元素。
DOMs具有复杂的结构和成分,包括腐殖质、类蛋白质和碳水化合物。它们很容易在反渗透膜表面形成有机污染层,降低水通量,降低处理效果。因此,研究UF-RO处理过程中DOM特性的变化以及超滤预处理对RO污染的影响至关重要。目前,用于表征DOM的主要方法包括紫外-可见吸收光谱和三维激发-发射矩阵光谱(3DEEMs)。该仪器具有灵敏度高、操作方便、无损采样等优点。然而,这种方法无法准确识别叠加的荧光峰,而平行因子分析(PARAFAC)模型可以有效地解决这一问题。Liu等人1考察了三种应用场景:污水厂膜生物反应器(MBR)工艺出水、自来水和地表水。
此外,还使用了100 kDa、30 kDa和5 kDa的不同分子量的超滤膜(MWCO)。利用三维荧光技术分析了在UF-RO处理过程中DOMs的特性。使用PARAFAC模型来识别dom的组成部分。此外,还分析了不同超滤膜孔径对反渗透膜污染的影响。该研究可为UF-RO工艺中膜污染的控制提供有益的参考。
图1 “UF-RO”测试工艺流程图。
图2 各水样电导率变化趋势。
图3 水样紫外-可见吸收光谱参数的变化,(a) SUVA254;(b) SUVA260;(c) E253/E203;(d) E465/E665。
实验采用高压平板膜设备,膜池面积为24 cm2,可容纳各种型号的膜(图1)。系统的过滤压力范围为1 - 60 bar,温度范围为0-80℃,过滤能力为0-1L /Hr。通过改变膜池中的膜模型或操作条件来改变UF和RO工艺。当池中的膜受到压力时,进水中的DOMs被捕获。然后将排出物收集起来,而剩余的水则流回给水箱循环。根据实时出水量记录膜通量的变化。图2为水样在uv - ro处理过程中电导率的变化。
结果表明,地表水电导率最高,MBR出水电导率次之,自来水电导率最高。超滤处理后的水样电导率下降幅度小于5%。相比之下,三个样品的反渗透出水的电导率在10 ~ 15 μs/cm之间,与原水相比降低了98%以上。结果表明,UF-RO对不同类型的水都有有效的净化效果,这主要是通过RO模块来实现的。三种水样(MBR出水、自来水和地表水)的光谱变化如图3所示。自来水的SUVA254值低于地表水和MBR出水。经UF处理后,SUVA254值降低,表明UF对含不饱和双键的芳香性DOMs具有去除作用。超滤膜孔径越小,去除率越高。反渗透处理后,三种水样的芳香族DOMs去除率均较高。
同时,3种超滤膜对3种水样中芳香族有机成分的去除率在3.19% ~ 36.85%之间。UF-RO工艺可有效降低水样中疏水组分的含量,对不同孔径的超滤膜去除率在5.71% ~ 32.25%之间。
综上所述,该研究采用100kda、30kda和5kda三种孔径的超滤膜处理MBR出水、自来水和地表水三种水。使用PARAFAC模型研究UF-RO处理期间DOMs的变化。结果表明,3种水系均含有5类主要的DOMs。不同类型DOMs的去除率随着孔径的减小而增大。超滤膜对同一种DOM的去除率在不同类型的水中存在差异。超滤对自来水中DOMs的去除率最高,可去除80%以上的蛋白质样物质和黄腐酸样物质。
不同孔径的超滤膜预处理对反渗透出水中DOMs的含量没有影响,去除率均在80%以上。超滤工艺处理MBR出水后,反渗透膜污染在短期内会加重。而超滤预处理有可能减少自来水或地表水对反渗透膜的污染。在实际应用中,选择孔径合适的超滤膜对于达到理想的出水水质和超滤-反渗透工艺中水通量至关重要。
1.Liu, J.; Duan, L.; Gao, Q.; Zhang, H.; Yu, H.; Zhang, J., Three-dimensional fluorescence characteristics analysis of DOMs in water treated by the ultrafiltration-reverse osmosis process. J. Mol. Liq. 2024, 398, 124297.
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