预臭氧化对二级出水微滤过程中膜有机物污染的影响-朱洪涛

8期朱洪涛等:预臭氧化对二级出水微滤过程中膜有机物污染的影响其系统结构如图2所示．反应器主体反应容器为5L有效容积的圆柱形容器(内径80mm，高度1050mm)．臭氧发生器产生的气态臭氧通过反应器底部的玻璃砂曝气头完成扩散，反应器顶部设置臭氧浓度检测器(GM-6000，安思罗斯，德国)测定剩余臭氧浓度．为保证实现完全混合，反应器外部设置水泵以1L/6s的循环流量使反应器中溶液从顶部到低部流动，从而实现了与臭氧气体错流的效果．水样性质及微滤和臭氧试验的具体条件请参见表1．试验1、3、5、7是为了研究EfOM及其组分在不同pH和钙离子浓度下的污染潜能;试验2、4、6则是为了评价在不同条件时，预臭氧化对膜污染潜能的影响．图2臭氧反应系统Fig．2Setupoftheozonationsystem表1微滤和臭氧试验条件及进水样品性质Table1Majorcharacteristicsofthetestedsamplesandexperimentalconditionsformicrofiltrationandozonation试验样品DOC/(mg·L－1)pH调节Ca2+投加臭氧投加量/(mg·mg－1)过滤通量/(m3·m－2·d－1)1EfOM17．757．5a—b—82EfOM17．757．5a—b0～2．5283HIS12．15调为5．0和7．0投加0和50mg·L－1—84HIS12．157．0a—b0，0．7285HOA11．76调为5．0和7．0投加0和50mg·L－1—86HOA11．767．0a—b0，0．7287HOB11．27调为5．0和7．0投加0和50mg·L－1—8注:a．未经pH调节的初始值;b．未投加额外的钙离子．2．2测试项目和方法不同水样pH的测定由pH计(pH/Ion510，Eutech，新加坡)完成．溶解有机碳(DOC)含量由TOC-5000A(日本岛津)测定．254nm紫外吸收值(UV254)由分光光度计(UV-2401PC，日本岛津)完成．羧酸酸度和酚羟基酸度的测定方法为电位滴定法(Collins等，1986;Chandrakanth和Amy，1996)．溶解性有机物质不同组分的表观分子量(AMW)由超滤法确定，所用超滤膜的名义切割分子量分别为1000，4000，10000和100000，超滤杯为AmiconModel8400(美国Millipore)．另外，EfOM的表观分子量分布也利用体积排阻色谱(蛋白纯化仪AKTApurifier，AmershamBiosciences，美国)进行了测定．新膜和污染后膜表面的接触角由接触角系统OCA20(美国数据物理公司)测定完成．3结果与讨论(Resultsanddiscussion)3．1EfOM组分的污染特性EfOM的3种组分，HIS、HOA和HOB溶液，分别调整为具有接近的有机物浓度和相同的pH值，然后分别进行微滤试验(即表1中试验3、5、7)．图3是这3组微滤试验中跨膜压差(TMP，trans-membranepressure)的变化．从图中趋势可以看出，HIS具有比疏水性组分更强的污染潜能．图3EfOM不同组分微滤过程中的TMP变化趋势Fig．3TMPevolutioninthemicrofiltrationofdifferentEfOMfractions5361环境科学学报31卷3．2表观分子量分布的影响有机物质的AMW可能与膜污染有一定关系．图4是利用体积排阻色谱测定的EfOM不同组分的AMW结果，由图可以看出，与两种疏水组分相比，HIS组分含有更多的大分子．这可以从一个方面解释图3的膜污染趋势．虽然绝大多数MF膜孔大小要远大于图4所测量出的有机物分子大小，但在穿过膜材料复杂的内部孔径的时候，大分子仍然要比小分子有更多的机会被膜材料所截留．对于HOA和HOB，则很难从AMW方面找到明显的区别，其污染趋势的差异可能与官能团有关．图4EfOM不同组分体积排阻色谱结果Fig．4SizeexclusionchromatographyofdifferentEfOMfractions3．3官能团的影响采用两种措施来研究官能团(羧基和酚羟基)在膜污染过程中所起的作用:①对比调节pH值，7到5;②对比投加50mg·L－1的钙离子．图5是几组对比试验中TMP的变化趋势．通过电位滴定测得3种组分的羧酸酸度值和酚羟基酸度值(见表2)．对于羧基官能团含量较高的样品而言，投加50mg·L－1的钙离子对于其TMP的变化影响较大．试验结果显示，对于酚羟基来说，钙离子和pH的变化对其所致膜污染的影响不大．从表2可以看出，SUVA值(比紫外吸收值，specificultra－violateabsorption)与酚羟基酸度值呈正相关，同时高酚羟基含量意味着高芳香性(A