超滤膜界面Zeta电位的膜污染特性研究

Vol.39No.3Jun.2019第39卷第3期2019年6月膜科学与技术MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGY超滤膜界面Zeta电位的膜污染特性研究赵慧贾辉2,3*，郝胜男1，2,李娟1,2,温海涛123,张宏伟「2,3,王捷L，2，B(1.分离膜与膜过程省部共建国家重点实验室，天津300387；2.天津工业大学环境科学与工程学院，天津300387；3.天津市水质安全评价与保障技术工程中心，天津300387)摘要：为了进一步解析复杂有机物在超滤膜界面上的不可逆污染变化特征，本研究以3种典型的有机污染物海藻酸钠(SA)、腐植酸(HA)及牛血清蛋白(BSA)为研究对象，分析它们在使用超滤膜过滤过程中膜界面Zeta电位变化特征，通过引入“差异时段过滤膜污染累积”的分析方法，建立并研究界面Zeta电位与膜不可逆污染间的内在联系.结果表明，膜不可逆污染阻力与各过滤阶段初始Zeta电位变化之间呈现很好的负相关性，即过滤清洗后膜面Zeta电位可以有效反映过滤过程中膜不可逆污染的累积程度;在整个过滤过程中膜面Zeta电位随污染物的累积逐渐由膜本征电位向污染物本征电位靠近，过滤最终污染膜面的实时Zeta电位受污染物电性影响更为显著；在各典型有机污染物中，SA造成的不可逆污染累积最为严重.关键词：超滤；膜污染；Zeta电位；不可逆污染中图分类号：X703文献标志码：A文章编号：1007-8924(2019)03-0049-09doi：10.16159/j.cnki.issnl007-8924.2019.03.008膜污染的影响因素及其表征方法一直是膜技术领域的研究热点“刃，对其影响因素的研究多集中于亲疏水性、污染物成分分析及超滤膜界面作用力的研究⑷.随着更多的跨学科仪器及手段的引进，膜污染的表征手段变得多样化，尤其是原位监测的无损监测手段更是受到广泛关注，例如核磁共振成像技术(NMR)⑷、直接观察技术(OR)⑸、超声时域反射技术(UTDR)同、共焦激光扫描显微镜(CLSM)⑺、激光成像技术(LIT)™和Zeta电位(ZP)⑼在线监测技术.其中，Zeta电位在线监测技术由于设备要求低、测试方便、数据易于分析，是一种非常实用的原位无损膜污染监测技术•许多专家学者通过此技术对膜污染进行了研究.Soffer等采用Zeta电位与通量联合表征的方法，对不同截留分子量的聚砚膜在污染过程中的Zeta电位变化进行研究，结果表明，洁净膜和污染膜在监测过程中会呈现出不同的Zeta电位，并且二者的Zeta电位存在一定的关联，实验虽并未具体指出相关关系，但证明了膜污染会导致其Zeta电位发生改变.Schiewer等⑴〕通过BSA溶液过滤过程中Zeta电位变化的监测也证实了这一点•随后Nakamura等「⑵通过研究膜Zeta电位变化与局部压降之间的关系，证明Zeta电位可以用来表征膜污染过程中膜孔堵塞和滤饼层形成污染模型，并且实验结果表明膜过滤最终的Zeta电位介于膜电位与污染物电位之间.Jia等［闰在此基础上通过原位监测Zeta电位结合通量变化研究中空纤维膜的局部膜污染，实验证明不同的中空纤维膜长度会对局部Zeta电位的分布和局部膜污染的分布情况有很大影响，说明借助Zeta电位可表征更为丰富的膜污染信息.由此可见，膜过收稿日期：2018-12-05；修改稿收到日期：2019-03-06基金项目：国家自然科学基金项目(51578375,51638011)；天津市科技计划项目(16PTGCCX00070,14ZCDGSF00128)第一作者简介：赵慧(1993-),女，山西吕梁人.硕士生.研究方向为膜法水处理技术•*通讯作者,E-mail：wangjiemail-box®163.com•50•膜科学与技术第39卷滤过程中Zeta电位的变化与膜的污染程度有着密不可分的联系.为了进一步探究Zeta电位与膜污染间的关联，本文设计了膜污染评价装置，用来实时监测膜过滤过程Zeta电位的变化,并依据不同过滤时段不可逆膜污染发展特性与Zeta电位间的关系，表征天然水体中的典型污染物对膜不可逆污染的形成阶段及对Zeta电位变化的贡献.以此作为研究不同膜污染物发展规律的技术基础.1实验部分1.1实验材料1.1.1膜污染物选用海藻酸钠（SA,阿拉丁公司）、牛血清蛋白（BSA,阿拉丁公司）、腐植酸（HA,天津市光复精细化工研究所）及其混合物（MFs）来分别模拟水处理中常见的多糖类物质、蛋白类物质、腐植类物质及天然水体•实验中所配置溶液均使用氯化钠来调节离子强度，并且控制在10mmol/L；实验过程中所有溶液的溶剂均为去离子水.1.1.2超滤膜实验过程中采用的超滤膜为聚偏氟乙烯膜[PVDF,中科瑞阳膜技术（北京）有限公司],型号为UF100,标称截留分子量100000.新膜在使