xDLVO理論解析不同溶液條件下多糖微濾膜污染行為.pdf

1、海藻酸鈉(Sodium Alginate，SA)微濾膜污染在膜生物反應器污水處理工藝中普遍存在，其對整個工藝運行效果以及經(jīng)濟成本具有重要影響，因此深入探討海藻酸鈉微濾膜污染過程中的微觀機制對控制膜污染的發(fā)生進而提高工藝運行效能尤為關鍵。本研究采用xDLVO理論對不同溶液離子條件下海藻酸鈉微濾膜污染過程中的界面微距作用力進行定量解析，探討溶液離子條件影響海藻酸鈉微濾膜污染的控制因素。在不同的溶液離子強度條件以及二價離子存在條件下對疏水性以

2、及親水性微濾膜和海藻酸鈉的表面理化性質(zhì)進行表征，根據(jù)xDLVO理論計算得出不同條件下微濾膜-SA以及SA-SA界面自由能，并預測相應條件下海藻酸鈉微濾膜污染行為。理論預測結(jié)果通過過濾實驗以及清洗實驗結(jié)果進行驗證。
　　研究結(jié)果表明:不同溶液離子條件對海藻酸鈉微濾膜污染的影響主要通過改變極性作用力來實現(xiàn)，極性作用力的主導地位由十二烷基磺酸鈉(SDS)清洗效率高于NaOH清洗效率這一結(jié)果得到驗證。相比之下，范德華界面自由能隨不同溶液離

3、子條件沒有明顯的變化規(guī)律，雙電層作用力界面自由能雖然呈現(xiàn)一定的變化趨勢，但雙電層作用力界面自由能絕對值遠遠小于極性作用力以及范德華作用力界面自由能，因此，雙電層作用力對海藻酸鈉與微濾膜接觸時的總界面作用力影響微弱。
　　海藻酸鈉溶液離子強度的升高會增強界面作用力的吸引性或減弱界面作用力的排斥性，從而降低海藻酸鈉微濾過程中的出水通量。當海藻酸鈉溶液中有Ca2+存在時，增大Ca2+濃度會增強界面作用力的吸引性或減弱界面作用力的排斥性，

4、進而使海藻酸鈉微濾過程中的出水通量降低;雖然Ca2+存在時Na+濃度的升高或Mg2+的存在會減弱界面作用力吸引性或增強界面作用力排斥性，使出水通量較僅有Ca2+存在時有所增大，但不會提高膜污染的可逆性。不同溶液離子條件下，疏水性膜與親水性膜過濾初始階段與后期階段中的膜污染趨勢分別與微濾膜-SA以及SA-SA界面自由能具有良好的負線性相關性，因此xDLVO理論可以有效預測不同溶液離子條件下的海藻酸鈉微濾膜污染趨勢。
　　不同溶液離子

5、強度條件下，物理清洗效率（即膜污染可逆性）隨著界面自由能的升高而上升;NaOH、SDS化學清洗效率隨界面自由能升高而降低。當溶液中有二價離子存在時，物理清洗效率與界面自由能并沒有一定的相關性;NaOH、SDS化學清洗效率則隨界面自由能升高而降低。因此，xDLVO理論能夠預測不同離子強度條件下的膜污染可逆性，但卻難以預測二價離子存在條件下的膜污染可逆性。
　　在本研究涉及的所有溶液離子條件下，疏水性微濾膜與海藻酸鈉之間的界面作用力為