污水纳滤膜常见附着污染物

污水纳滤膜常见附着污染物
污水纳滤膜常见附着污染物
污水纳滤膜在水处理过程中由于污染物质的长期堆积，导致膜污染，从而影响出水水质。

下面为大家分享污水纳滤膜常见附着污染物及其去除方法：
水处理过程中阻垢剂添加系统出现故障，导致给水的PH 值升高。

药剂中碳酸钙会产生沉积，导致污水纳滤膜表面有晶体堆积，使其造成损伤。

所以在使用过程中必须及早预防此问题发生，防止碳酸钙长时间堆积导致膜元件结垢。

如果发现有碳酸钙沉淀，可以将给水PH值调至3.0~5.0之间，系统运行1-2个小时便可将其去除。

如果沉淀时间较长，则需要采用柠檬酸清洗液浸泡，然后循环清洗。

在调制清洗液时注意PH值不能低于2.0，否则会对膜元件造成损坏。

特别是在温度较高时，最高PH值不能超过11.0。

处理附着在污水纳滤膜上的金属氧化物污垢可以采用去除碳酸钙垢的方法，很容易将其清理掉。

如果在污水纳滤膜表面堆积有机沉积物，可以选用适量的清洗液去除，并选用杀菌溶液防止细菌繁殖。

反渗透系统停运超过三天时，必须采用消毒处理方法。

在对污水纳滤膜进行清洗维护时，首选要对污染物质进行分析，然后选择适合的清洗药剂，确保处理后效果好，使其恢复正常产水量和出水水质。

记录每次清洗方法和清洗后的效果，为下次清洗做好铺垫，选择合理的处理方式。

以上就是为大家分享的污水纳滤膜常见附着污染物及其
去除方法，希望对大家有所帮助。

污水纳滤膜的日常清洗与维护必须重视，以延长膜元件的使用寿命。

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污水处理中的膜分离技术应用

污水处理中的膜分离技术应用污水处理是一项关乎环保和可持续发展的重要任务。

随着工业化和人口增长，污水处理厂承担着越来越大的压力。

为了有效地去除废水中的有害物质，一种被广泛应用的技术是膜分离技术。

本文将探讨膜分离技术在污水处理中的应用，包括其原理、优势和发展趋势。

1. 膜分离技术的原理膜分离技术是通过半透膜的筛选作用将废水中的杂质分离出来。

膜分离技术主要包括微滤、超滤、纳滤和反渗透等过程。

微滤膜的孔径较大，能有效分离悬浮物和胶体颗粒；超滤膜的孔径较小，可去除大部分溶解性有机物和微生物体；纳滤膜则可以进一步去除溶解性无机盐和有机物；反渗透膜则可将污水中绝大部分溶质拦截在膜外，得到清洁水。

2. 膜分离技术在污水处理中的优势膜分离技术在污水处理中具有以下优势：2.1 高效去除污染物膜分离技术能够有效去除污水中的悬浮物、胶体颗粒、有机物和无机盐等污染物，使污水得到有效处理。

2.2 高度自动化膜分离技术可以实现自动化控制，减少人工干预和操作成本，并确保处理过程的稳定性和一致性。

2.3 占地面积小相比传统污水处理工艺，膜分离技术需要的占地面积更小，可以有效节约土地资源。

2.4 产水质量高膜分离技术可以产生高质量的清洁水，满足日常生活用水和工业用水的要求。

2.5 节能环保膜分离技术相比传统的汽提和吸附等工艺，能耗更低，减少了对能源的依赖，同时废膜可回收，降低了环境污染。

3. 膜分离技术的应用领域膜分离技术在污水处理中有广泛的应用，包括城市污水处理厂、工业废水处理、饮用水制备等。

3.1 城市污水处理厂在城市污水处理厂，膜分离技术常用于二次处理过程，能够有效去除残余的悬浮物和有机物，提高出水质量。

3.2 工业废水处理膜分离技术在工业废水处理中被广泛应用。

不同类型的膜可根据废水中的污染物进行选择，如去除重金属离子、有机溶剂等。

3.3 饮用水制备膜分离技术在饮用水制备中也具有重要应用。

通过微滤和超滤膜的组合，能够有效去除水中的病原微生物和悬浮颗粒，提供安全的饮用水。

使用纳滤膜的注意事项介绍

使用纳滤膜的注意事项介绍
纳滤膜介于反渗透膜和超滤膜之间，脱盐率在90%以下。

反渗透膜几乎对所有溶质都有较高的脱盐率，而纳滤膜只对某些溶质有较高的脱盐率。

纳滤膜主要去除直径约为1纳米的溶质颗粒，截留分子量为100~1000。

下面介绍一下使用纳滤膜的注意事项有哪些：
1、规范系统启停操作和停运保护措施
当系统启动和停止时，流量和压力都会发生波动。

过大或过快的流量和压力波动可能会导致系统出现极限压降现象，导致水锤作用，从而导致膜元件破裂。

因此，在启动或停止操作时，必须缓慢增加或减少压力和流量。

2、保持预处理效果的稳定
在预处理阶段去除原水中的大部分污染物。

良好的预处理效果可有效降低纳滤系统受到污染的概率。

3、对膜元件进行离线化学清洗
当膜系统经过多次在线化学清洗后不能恢复其性能或膜系统受到严重污染时，需要对膜元件进行离线化学清洗。

膜元件重污染是指系统运行初期污染后的单级压差大于系统运行初期单级压差值的2倍，纳滤系统产水量下降30%以上，或单个纳滤膜元件质量超出正常值3kg以上。

4、定期对膜元件进行在线化学清洗
通过合理的预处理系统和良好的运行管理，只能降低膜元件的污染程度，而不可能完全消除膜污染。

因此，纳滤膜系统在运行一段时间后，可能会受到各种污染物的污染，尤其是污水处理厂使用的纳滤膜系统一般污染比较频繁，如果产水量下降15%左右，进水和浓水之间的系统压降升高到初始值的1.5倍，产水水质有明显下降，就需要对膜元件进行在线化学清洗。

以上就是本期的全部内容，希望对大家有所帮助!。

平板纳滤膜的两种过滤方式介绍

平板纳滤膜的两种过滤方式介绍
2020.05.19
平板纳滤膜的两种过滤方式介绍
平板纳滤膜主要过滤方式有哪两种?下面为大家详细讲解：
内压式过滤：原液先从膜丝内孔进，经压力差驱动，沿径向由内向外渗透通过中空纤维成透过液为内压式过滤，内压式过滤可以使用高压大流量的顺冲洗，使冲洗水流与膜孔成切向方向快速流过，从而可以将吸附在膜内孔表面上的污染物冲去，恢复膜的水通量。

外压式过滤：原液经压力差驱动沿径向由外向内渗透过中空纤维膜丝成为透过液，而截留的物质汇集在中空丝的外部时为外压式过滤。

外压式纳滤膜密封在膜壳内，水流的死角多，无法使用快速直冲的方法清除工业用纳滤膜表面附着的污染物，因而不能完全去污。

以上就是为大家介绍的平板纳滤膜的两种过滤方式，希望对大家有所帮助。

油田污水处理水质影响因素分析

理，其能够确保纳滤系统的可靠有效运行，有效减轻膜污染的发生，对于膜的使用寿命延长来说都起到重要的推动作用。

此程序是微污染水工艺流程中不可缺少的工艺流程。

预处理主要是对水质进行“检查”，去除较为容易去除的微熔盐沉淀物，颗粒较大的悬浮固体，以及对水资源的清洁度进行净化，这样的预处理能够实现水资源的温度调节，也能够对其PH值进行调整，对于微生物实现控制，也可以对有毒微生物予以去除，防止重金属的沉淀。

只有认真的预处理，使进水水质符合纳滤膜分离过程要求，则纳滤膜分离过程才能正常进行，这样膜的使用寿命也会延长。

3.3膜污染纳滤膜技术的处理也存在膜污染的情况，膜污染一旦发生，水处理效果就会变差，所处理的水质就难以真正达到预期效果。

纳滤膜孔径一般较小，而且膜表面附着荷电，其污染水源组成也更具复杂性，实际应用过程中，也容易产生污染物。

因此，做好膜污染防治和处理就显得极为重要。

一般来说，膜污染分为有机污染、无机污染和微生物污染，结合不同的污染情况进行有针对性的预处理工艺选择，选择正确的纳滤膜种类，做好膜清洗就显得极为重要，这也是膜污染情况减少发生，延长膜使用寿命的重要方式。

3.4经济性纳滤膜技术的应用主要包括预处理、膜分离、后处理三道工序，针对此三道工序做好日常维护则可以有效提升微污染水处理效果。

但是，在进行其污染水处理过程中，也需要保证其经济性的可靠与稳定，纳滤膜处理系统的本体投资下降，也从一定程度上提升了投资金额的降低。

结合不同的水处理情况，可以在膜元件购置方面进行有选择性的甄别，可以保证在成本变化不大的情况下，严格控制膜元件价格，力争从最大程度上降低膜使用费和折旧费，同时结合工艺技术水平的提升，减少水处理的投资费用，控制运行成本，让纳滤膜技术逐渐将至到市场可接受范围。

4结语纳滤膜技术具有广阔的前景，其所具有的独特分离特性也让其在水处理中展现优势，让其能够将重金属离子、细菌、有机物、病毒等污染物予以有效去除，既减少其副产物的产生，又达到更好的自动控制效应。

纳滤膜污染的原因及运行经验总结

纳滤膜污染的原因及运行经验总结一、纳滤膜污染的原因1、微生物污染微生物包括细菌、藻类、真菌和病毒等。

细菌的颗粒极小，一般球菌直径为0.5～1.0微米；杆菌宽1微米，长2微米，病毒则更小，目前发现的最大的是痘病毒直径约300纳米，最小的是圆环病毒直径17纳米。

微生物污染对纳滤膜系统至少造成两方面的不良后果：第一，微生物的大量繁殖和代谢，产生大量的的胶体物质，致使膜被堵塞造成膜通量急剧下降；第二，将造成产水中的细菌总数的增加。

纳滤膜的微生物污染对整个装置的长周期运行极为不利，因此要对纳滤膜的微生物污染高度重视。

造成生物污染的原因一般有：（1）进水中含有较高数量的微生物；（2）系统的停用、保护、冲洗等没有严格按照技术手册要求进行；（3）没有对进水进行杀菌或者杀菌剂投加量过小；（4）进水水质含有容易滋生微生物的营养物质从而导致微生物的大量滋生；（5）没有对管路进行定期的杀菌和消毒。

受到微生物污染的膜表面会十分滑腻并常有难闻的气味，对生物膜样品进行焚烧的气味同焚烧头发一样。

（例如进水的氨氮指标严重超浓度，导致管路中和膜元件内大量微生物滋生，对膜系统进行化学清洗后，由于没有对管路进行杀菌消毒，系统启运时，在管路中存留的大部分微生物颗粒随水流全部进入膜端，导致系统产水率严重下降，膜段间压降急剧上升。

系统最终通过离线清洗得以消除污染。

）2、有机物及矿物油污染由有机物造成的膜系统故障占全部系统故障的60%一80%。

进水中的有机物吸附在膜元件表面，会造成通量的损失，尤其是在第一段，在很多情况下，在膜表面形成的吸附层对水中的溶解盐就象另一层分离阻挡层，堵塞膜面通道，导致脱盐率上升，大分子量并且带有疏水性基团的有机物常常会造成这种效应，例如微量的油滴、大分子量难降解的有机物等，会导致膜系统受到有机物污染。

（例如石化废水成份复杂，水中有机物浓度较高，且含有微量油，因此在石化废水深度处理装置中使用的纳滤膜系统中，有机物污染是一种最常见的污染类型。

纳米技术在污水处理中的应用

纳米技术在污水处理中的应用摘要: 纳米技术是一种把人们探索自然、创造知识的能力延伸到介于宏观和微观物质中间领域的新技术, 很可能成为21 世纪的主导技术之一。

纳米技术应用于环境污染治理中具有处理效率高、投资省、运行成本低、不产生二次污染等优点, 已成功地运用于固体废物, 废水和废气的治理, 并引起全世界广泛关注。

本文概述了纳米技术及材料在废水、城市垃圾及噪声控制中的应用现状。

关键字：纳米技术环境保护引言：纳米技术是以扫描探针显微镜等技术为手段, 在纳米尺度(0.1nm～100nm ) 范围内, 研究电子、原子和分子内在规律和特征, 并按人类的需要, 在纳米尺度上直接操纵物质表面的分子、原子、乃至电子来制造特定产品或创造纳米级加工工艺的一门新兴科学技术。

纳米技术兴起于20世纪80年代, 它所研究的对象是既非宏观又非微观的中间领域, 也有人称之为介观研究领域。

纳米量级的材料因其特殊的结构, 使其产生出小尺度效应、量子效应和表面效应, 从而在机械性能、磁、光、电、热等方面与传统材料有很大不同, 具有辐射、吸收、催化、吸附等特性。

因此, 在21 世纪纳米技术将对信息、生物技术、能源、环境、先进制造和国防的发展产生深远的影响。

近年来, 纳米技术所取得成就及其对各个领域的影响和渗透一直非常引人注目, 特别是其在环境治理方面的应用, 已经呈现出欣欣向荣的景象。

一、纳米技术在污水处理方面的应用传统的水处理方法效率低，成本高，存在二次污染等问题，污水治理一直得不到好的解决。

纳米技术的发展和应用很可能彻底解决这一难题。

1、纳米材料吸附能力的利用。

纳米材料的基本构成决定了它超强(10倍以上) 的吸附能力。

污水中通常含有有毒有害物质、悬浮物、泥沙、铁锈、异味污染物、细菌、病毒等。

传统的水处理方法效率低、成本高、存在二次污染等问题, 污水治理一直得不到很好的解决。

纳米技术的发展和应用很可能彻底解决这一问题。

污水中的贵金属是对人体极其有害的物质。

污水处理中的纳滤技术

污水处理中的纳滤技术
汇报人：可编辑 2024-01-05
contents
目录
• 纳滤技术概述 • 污水处理中的纳滤技术应用 • 纳滤技术的优势与挑战 • 纳滤技术的发展趋势 • 案例分析
01
纳滤技术概述
纳滤技术的定义
01
纳滤技术是一种介于反渗透和超滤之间的膜分离技术，其孔径范围在几个纳米至几十纳米之间。
推动产业升级
促进环保产业发展
推动绿色经济发展
纳滤技术的推广和应用将带动环保产业的发展，为环保企业提供新的商机和发展空间。
纳滤技术的进步有助于推动绿色经济的发展，促进经济与环境的和谐共生。
提高污水处理效率
通过纳滤技术的广泛应用，提高城市和工业污水的处理效率，降低污水对环境的污染。
05
案例分析
生活污水处理
生活污水中的主要污染物是悬浮物、有机物、氨氮等，纳滤技术可以有效去除这些污染物。通过纳滤膜的过滤作用，可以去除水中的细菌、病毒、寄生虫等微生物，提高水质安全性。
回用水的应用
经过纳滤处理后的生活污水可以用于冲厕、浇花、洗车等非饮用水用途，减少水资源的浪费。
河道湖泊治理
河道湖泊治理
河道湖泊的水质恶化主要是由于污染物的排放和富营养化，纳滤技术可以去除水中的磷、氮等营养物质，控制水体的富营养化。同时，纳滤技术还可以去除水中的悬浮物、有机物等污染物，改善水体的水质。
与传统的过滤技术相比，纳滤膜具有更高的孔径分布和分离精度，能够更好地满足污水处理的高标准要求。
低成本，易操作
纳滤技术采用的膜组件结构简单，易于维护和清洗，降低了运营成本。
由于操作压力较低，能耗相对较小，进一步降低了处理成本。
对污染物的去除效果

四种污水处理工艺

四种污水处理工艺一、生物处理工艺生物处理工艺是一种利用微生物对有机物进行降解和转化的方法，常用于处理生活污水和工业废水。

主要包括活性污泥法、固定化生物膜法、人工湿地法等。

1. 活性污泥法活性污泥法是一种常见的生物处理工艺，通过在充氧条件下，利用活性污泥中的微生物对有机物进行降解和转化。

污水经过预处理后，进入活性污泥池，与活性污泥混合并进行充氧，微生物在氧气的作用下分解有机物。

然后，通过沉淀池将污泥与水分离，清水排出，而污泥则回流至活性污泥池进行下一轮处理。

2. 固定化生物膜法固定化生物膜法利用固定化载体（如填料、膜等）上的生物膜对污水进行处理。

污水通过固定化载体，微生物附着在载体表面形成生物膜，生物膜中的微生物对有机物进行降解和转化。

该工艺具有较高的降解效率和稳定性，适合于处理高浓度有机物的废水。

3. 人工湿地法人工湿地法是一种利用湿地植物和湿地土壤的生物和物理化学作用对污水进行处理的工艺。

污水通过人工湿地，经过植物的吸收和土壤的过滤、吸附等作用，去除其中的有机物、氮、磷等污染物。

人工湿地法具有较低的运行成本和较好的景观效果，适合于处理低浓度有机物的废水。

二、物理化学处理工艺物理化学处理工艺是利用物理和化学方法对污水进行处理，主要包括沉淀法、吸附法、氧化法等。

1. 沉淀法沉淀法是一种利用重力或者助剂的作用使悬浮物和胶体物质沉淀下来的方法。

污水经过预处理后，添加沉淀剂，使其中的悬浮物和胶体物质凝结成较大的颗粒，然后通过沉淀池将其与水分离。

沉淀后的清水可进一步经过过滤等工艺进行处理。

2. 吸附法吸附法利用吸附剂对污水中的有机物进行吸附，从而达到去除的目的。

常用的吸附剂有活性炭、沸石等。

污水经过预处理后，与吸附剂接触，有机物被吸附在吸附剂表面。

吸附剂饱和后，可进行再生或者更换。

3. 氧化法氧化法是一种利用氧化剂对污水中的有机物进行氧化降解的方法。

常用的氧化剂有臭氧、过氧化氢等。

污水经过预处理后，与氧化剂接触，有机物被氧化为较小的份子或者无机物，从而去除污染物。

XDLVO理论解析有机物和钙离子对纳滤膜生物污染的影响

XDLVO理论解析有机物和钙离子对纳滤膜生物污染的影响赵飞;许柯;任洪强;耿金菊;丁丽丽【摘要】为了揭示有机物和Ca2+浓度对纳滤膜生物污染的影响机制,选用铜绿假单胞菌(PA)为模式菌株,海藻酸钠(SA)、牛血清白蛋白(BSA)和腐殖酸(HA)为典型废水有机物,采用extended derj aguin-landau-verwey-overbeek(XDLVO)理论定量解析了不同进水条件下膜预处理和生物污染过程的界面相互作用.结果表明,Ca2+浓度为5mmol/L时,SA预处理后膜面亲水性最强,粘聚自由能高达42.96mJ/m2,与PA、SA的界面自由能最高,分别为45.85和39.64mJ/m2,抑制膜的生物污染.而Ca2+浓度为2mmol/L时,BSA预处理后膜面疏水性最强,粘聚自由能低至-40.32mJ/m2,与PA、BSA的界面自由能最低,分别为3.49和-26.36mJ/m2,促进膜的生物污染.所有污染过程中,范德华作用能差异较小,而静电作用能绝对值极小,贡献微弱,有机物和Ca2+浓度对膜生物污染的影响主要体现在对疏水作用能的影响.【期刊名称】《中国环境科学》【年(卷),期】2015(035)012【总页数】10页(P3602-3611)【关键词】XDLVO理论;有机预吸附;钙离子;纳滤膜;生物污染【作者】赵飞;许柯;任洪强;耿金菊;丁丽丽【作者单位】南京大学环境学院,污染控制与资源化研究国家重点实验室,江苏南京210023;南京大学环境学院,污染控制与资源化研究国家重点实验室,江苏南京210023;南京大学环境学院,污染控制与资源化研究国家重点实验室,江苏南京210023;南京大学环境学院,污染控制与资源化研究国家重点实验室,江苏南京210023;南京大学环境学院,污染控制与资源化研究国家重点实验室,江苏南京210023【正文语种】中文【中图分类】X703膜生物污染是阻碍膜技术在废水处理和回用中广泛应用的最大障碍，尤其是高浓度有机废水回用处理中，前端生物处理工艺出水中的有机物和微生物造成的生物污染，会导致膜分离性能降低、出水水质恶化、膜使用寿命缩短、经济成本增加［1-3］.膜生物污染是一个复杂且难以控制的过程，受很多因素的影响［4-7］.根据XDLVO理论，膜污染的实质在于污染物与膜表面之间的界面相互作用，而污染物和膜表面的物化特性（亲/疏水性、荷电性、粗糙度等）决定了膜-污染物和污染物-污染物之间的界面作用能，包括范德华作用能、疏水相互作用能和静电作用能［8-10］.当进水中存在的有机物吸附到膜面，会在膜面形成一层薄的有机污染层，改变膜表面特性，进而改变膜-污染物之间的相互作用，影响污染物的粘附和膜生物污染［11-15］.进水中存在的Ca2+对有机物和微生物在膜面的粘附和污染均具有重要影响.海藻酸钠（SA）、牛血清白蛋白（BSA）和腐殖酸（HA）作为废水中多糖、蛋白质和腐殖酸的代表性物质，其分子结构中含有大量的-COOH和-OH官能团，其荷电性和官能团结合能力受溶液中Ca2+浓度的影响，导致不同的膜污染［16-22］.对于微生物，一方面，Ca2+会影响微生物的生理学特性，如细胞活性和EPS的产量等［23-24］；另一方面，Ca2+会与微生物及其EPS表面的特异性官能团结合，改变微生物的表面特性，进而改变膜-微生物和微生物-微生物的相互作用，改变生物膜的空间结构和膜的生物污染［4，25-26］.目前关于废水中不同有机物和Ca2+浓度对膜生物污染影响的研究甚少，针对有机物、Ca2+和微生物三者共存的膜生物污染体系的研究更是缺乏.本研究目的在于运用XDLVO理论定量解析不同有机物和Ca2+浓度下纳滤膜预处理和生物污染中的界面相互作用，评价不同界面相互作用对膜生物污染的贡献以及与膜生物污染行为之间的关系，揭示不同有机物和Ca2+浓度对膜生物污染影响的主控机制.1.1 实验材料和装置实验选用NFW纳滤膜（Synder，美国）作为研究对象，铜绿假单胞菌（PA）和SA、BSA、HA分别作为模式菌株和模式有机物，其来源和废水组成与Zhao等［27］的研究相同.有机物浓度为60mg/L，Ca2+浓度为0～8mmol/L，添加NaCl调节溶液的总离子强度为140mmol/L，生物污染进水中微生物浓度为108CFU/mL.所用错流式膜过滤装置如图1所示，3个膜槽并联运行，使用恒温装置实时监测并控制进水温度，通过控制4个阀门以控制进水流量和压力.采用在线电子天平每1min测定出水的累积质量，通过3组平行实验结果计算得出实时渗透通量.1.2 纳滤膜生物污染实验膜生物污染实验分3个阶段，分别为基线平衡阶段（1h）、有机物粘附到膜面阶段（预处理阶段，4h）、生物污染阶段（19h）.实验条件为:压力120psi，温度25℃，跨膜流速2.5cm/s.基线平衡的目的是为了使纯水通量达到稳定，以校正洁净膜面的纯水通量.有机物预处理是为了模拟进水中前端生物处理残余的有机成分在膜面的预吸附过程［28］.为了加速生物污染过程，向系统中接种菌种时投加少量营养物质和培养基，以维持微生物的生长.详细步骤见Zhao等［27］的研究，采用相对通量（Jt/J0）的下降和生物污染后膜面的生物量（ATP）来表征膜生物污染的程度.1.3 XDLVO理论根据XDLVO理论，水溶液环境中膜-污染物界面相互作用能为范德华作用能（LW）、疏水相互作用能（AB）与静电作用能（EL）之和，即式中:下标f、m、l分别指污染物、膜和水溶液.其中，LW和AB作用能可通过膜与污染物的表面张力分项来计算:而EL作用能可表示为:式中:γLW、γ-、γ+分别指范德华、电子供体、电子受体表面张力分项；ε0和εr 分别为真空介电常数和水溶液相对介电常数；k为德拜常数倒数；ζm和ζf为膜面和污染物的Zeta电位；y0为接触时表面间距.表面张力参数通过修正的扩展杨氏方程计算:式中:θ为不同测试试剂于样品表面的接触角，下标S、L分别表示固体表面和测试试剂.r（=1+SAD）为Wenzel粗糙度面积比率［5］，即固体表面的实际表面积除以在平面上的投影面积）.SAD为表面积差值，通过原子力显微镜（AFM）测定［9］.1.4 分析方法膜面形貌采用扫描电子显微镜SEM（S-3400N 11，Hitachi，日本）和AFM （Multi Mode 8，Bruker，美国）表征.膜面与污染物的接触角采用接触角测定仪（DropMaster 300，日本）测定，其中污染物的测定采用滤膜法［8］，以去离子水（极性）、乙二醇（极性）、二碘甲烷（非极性）为测试试剂.膜面Zeta电位通过固体表面Zeta电位仪（SurPASS，Anton Paar，奥地利）测定，溶液Zeta 电位采用高灵敏度Zeta电位仪（ZetaPALS，美国）测定.2.1 纳滤膜及模式污染物的表面热力学性质表1所示为NFW膜、PA和三种有机物的表面热力学性质.NFW膜的去离子水接触角（θDI）最大，表面不易被水润湿，而PA的θDI最小，水的润湿性最好.三种有机物中，表面水的润湿性强弱顺序为:BSA＜HA＜SA.乙二醇接触角（θEG）的大小顺序为:BSA＞NFW膜＞PA＞SA＞HA，而二碘甲烷接触角（θDM）的大小顺序为:PA＞SA＞BSA＞HA＞NFW膜.NFW膜的SAD值较低，表面粗糙度较小.膜和4种污染物表面均带负电荷，如图2所示，污染物表面Zeta电位随着Ca2+浓度增加逐渐上升，且有机物表面负电荷的含量高于PA负电荷含量.溶液中Ca2+的存在会对污染物表面负电荷产生屏蔽和中和作用，且Ca2+会与污染物表面的-COOH等官能团结合发生络合反应，因此随着Ca2+浓度的增加微生物和有机物表面的负电荷密度逐渐减小.范德华表面张力分项γLW值由非极性的二碘甲烷接触角决定，θDM越大，γLW越小.纳滤膜和污染物的电子供体表面张力γ-明显大于电子受体表面张力γ+，呈现出明显的电子供体特征，尤其是BSA分子，其γ+值极低，导致了极低的γAB 值.粘聚自由能ΔGcoh是指某一固体表面（或物质）在特定溶剂环境中的热力学稳定性或发生自凝聚的趋势［5］.在水溶液中，若ΔGcoh为负值表明该表面（或物质）热力学稳定性差，疏水性强，水分子不容易在其表面上附着，容易发生自凝聚.相反，若ΔGcoh为正值表明该表面（或物质）在水溶液中溶解性较好，亲水性强，容易被水分子包围，不易发生自凝聚.从表1可以看出，NFW膜与BSA具有疏水性特征，而PA和SA具有强的亲水性，HA具有弱的亲水性.表2所示为NFW膜与PA、有机物之间的各项界面自由能.在膜污染初始阶段，污染物的吸附和附着主要受洁净膜面和污染物之间的界面作用控制.界面自由能值为负说明二者相互吸引，值越小吸引作用越强烈，造成的膜污染越严重；其值为正说明二者相互排斥，值越大排斥作用越强烈，造成的膜污染越轻［5］.对于不同污染物，范德华自由能Δ差异较小且均为负值，说明NFW膜与污染物之间的LW作用力为吸引力，促进膜污染.疏水自由能Δ差异明显，疏水性的NFW膜与亲水性的PA、SA之间的AB作用力为排斥力，阻碍污染物的粘附.而疏水性的NFW膜与弱亲水性的HA之间为吸引力，促进腐殖酸的污染.BSA疏水性最强，与NFW膜的AB作用能最小，最有利于污染物的粘附.相比之下，静电自由能Δ远小于Δ和Δ，均为排斥作用.其中，由于HA分子表面负电荷密度最高，膜-HA之间的EL 作用能最大.总界面自由能ΔGadh的结果表明，洁净膜面与PA之间为排斥力作用，而与3种有机物之间均为吸引力作用.BSA与膜面的ΔGadh值最低，最有利于BSA预处理过程的进行，HA次之，SA最高.然而目前大多数研究［27，29-31］认为，SA和HA造成的膜污染比BSA膜污染严重.这是由于XDLVO理论只能量化污染物与膜面的疏水相互作用、静电作用等，不能反映电荷屏蔽、电性中和和络合反应等作用的影响.并且，膜污染初始粘附阶段很短暂，一旦进水中存在的有机物吸附到膜面，便会改变膜面的热力学特征，从而改变污染物-膜面之间的界面作用能.2.2 不同钙离子浓度下有机物对膜生物污染的影响2.2.1 有机物预处理对膜面形貌的影响有机物预处理后膜面的形貌采用SEM和AFM表征，预处理膜面的SEM图谱如图3所示.从图3中可以看出，Ca2+不存在和Ca2+浓度为8mmol/L时，3种有机物预处理后膜面的形貌存在明显差异.当无Ca2+存在时，SA分子与单价Na+相互作用，形成较为疏松的物理凝胶层，膜面可观察到微小的簇状体.当Ca2+存在时，SA分子会与Ca2+发生螯合作用，在膜面形成一层完整、致密的交联网状凝胶层，致使预处理后的膜面非常光滑［18，32］.相比之下，BSA和HA预处理后膜面的形貌较复杂，粗糙度较高.Ca2+不存在时BSA分子表面负电荷密度较高，由于分子解链作用以及较强的静电排斥作用，污染层呈现出较多孔疏松的结构［21，33］.当Ca2+存在时，Ca2+会和BSA分子的-COOH进行架桥连接，并且较高浓度的Ca2+吸附到膜面，可以降低BSA分子之间以及BSA与膜面之间的静电排斥力，形成较为致密的污染层.同理，Ca2+会与HA分子的-COOH特异性结合，改变HA分子的表面电荷以及HA分子之间的静电作用力，致使污染层更为紧密［22］.2.2.2 有机物预处理过程界面作用能分析（1）预处理后膜面的热力学性质不同Ca2+浓度下3种有机物预处理后膜面的热力学性质如表3所示.SA预处理后，膜面θDI和θEG下降，θDM增加，导致γLW值和γ+值下降，γ-值增加，γTOT 随Ca2+浓度的变化较小.膜面SAD值较低，当Ca2+浓度为0和1mmol/L时，其值略大于洁净膜面和其它Ca2+浓度下SA预处理膜面的值.SAD值越大，Wenzel粗糙度面积比率越大，越有利于污染物在膜面的附着，形成更严重的污染.其原因主要有两方面，一方面是由于污染物更容易沉积在膜表面的凹陷处而不易被水力作用去除，另一方面是由于增加的膜表面积为污染物提供了更多的接触机会［28，34］.预处理后膜面ΔGcoh显著上升（74.70～84.46mJ/m2），随着Ca2+浓度的增加先上升后下降，在5mmol/L处取得最大值，膜面亲水性极强，热力学稳定性好.BSA预处理后，Ca2+浓度为2mmol/L时θDI较大，导致了较高的γ+值和较低的γ-值，但γTOT随Ca2+浓度的变化却不大.SAD值在Ca2+浓度为0到2mmol/L时较高，当Ca2+浓度增加到8mmol/L时，SAD值减小，其数值远大于SA预处理膜面的值.预处理后膜面的ΔGcoh值上升，但仍为负值，说明膜面仍为疏水性，尤其是当Ca2+浓度为2mmol/L时，膜面疏水性几乎没有变化，热力学稳定性差.HA预处理后，θDI略有下降，其值介于SA预处理和BSA预处理膜面之间，θEG 也略有下降，而θDM上升.γLW和γAB随Ca2+浓度的变化没有显著规律，γTOT随Ca2+浓度的变化很小.SAD值介于BSA预处理和SA预处理膜面之间，随Ca2+浓度的变化也很小.ΔGcoh为正，绝对值较低，说明HA预处理膜面呈弱亲水性，热稳定性较好.（2）预处理后膜-污染物的界面作用能有机物预处理后膜面与PA、相应有机物之间的界面自由能如表4所示.膜-PA界面自由能代表生物污染初期膜面与微生物之间的相互作用，而膜-有机物界面自由能一方面代表预处理后期膜面与对应有机物之间的相互作用，即已经吸附到膜面的有机物分子和趋近于膜面的有机物分子之间的相互作用，反映了有机物预处理粘聚阶段的界面相互作用机制，另一方面也反映了生物污染初期膜面与进水中共存的有机物之间的相互作用.从表4中可以看出，SA预处理后膜-PA和膜-SA的界面作用能变化较为相似.Δ均为负值，吸引作用较弱，且受Ca2+浓度的影响很小；Δ为正值，排斥作用极强，随着Ca2+浓度增加先增加后降低；Δ在低Ca2+浓度时为排斥作用，而当Ca2+浓度为5mmol/L和8mmol/L时为吸引作用.3种作用能中，Δ绝对值最大，Δ次之，Δ最小，ΔGadh随Ca2+浓度的变化趋势与Δ一致，这说明不同Ca2+浓度下SA预处理对膜-污染物界面相互作用的影响主要是通过改变AB作用能实现的.ΔGadh数值较大，膜面与PA、SA分子之间排斥作用较强，该结果表明预处理后期SA分子的粘聚作用较缓慢，而在生物污染初期，膜-PA之间的排斥作用强于膜-SA之间的排斥作用.因此，SA预处理和SA的共存均不利于微生物的粘附，抑制膜的生物污染.BSA预处理后期，膜-BSA之间的LW作用能略有上升，受Ca2+浓度的影响很小；AB作用能上升（Ca2+浓度为2mmol/L时除外），EL作用能在总界面能中贡献仍然最微弱.因此，在预处理后期，除Ca2+浓度为2mmol/L时以外，膜-BSA的ΔGadh绝对值均下降，吸引作用减弱.而Ca2+浓度为2mmol/L时膜-BSA之间的吸引作用最强，有利于BSA分子的粘聚.相比之下，膜-PA的LW和EL作用能与膜-BSA相差较小，而AB作用能远高于膜-BSA的值，导致膜面与PA之间的总界面能较高，表现为排斥作用，PA难于粘附到膜面，且受共存BSA分子的竞争影响.但与SA预处理相比，BSA预处理膜面为疏水性，膜-PA之间的排斥作用相对较小，尤其是Ca2+浓度为2mmol/L时，ΔGadh较低，促进膜的生物污染.HA预处理后期，膜面与HA分子之间的Δ和Δ受Ca2+浓度的影响很小，而Δ随着Ca2+浓度增加逐渐降低，其绝对值仍远小于Δ和Δ的绝对值.ΔGadh值介于SA预处理和BSA预处理之间，表现为弱的排斥作用.相比之下，膜-PA之间的Δ略大于膜-HA，且Δ为较大的正值而Δ很小，因此ΔGadh也为较大的正值，随Ca2+浓度的变化很小，排斥作用介于SA和BSA预处理之间.因此，在生物污染的初始阶段，HA预处理不利于微生物的粘附，且HA的存在会和PA竞争，阻碍PA在膜面的粘附，抑制膜的生物污染.2.2.3 生物污染过程界面作用能分析（1）生物污染后膜面的热力学性质不同有机物和Ca2+浓度下生物污染后膜面的热力学参数如表5所示.PA-SA生物污染后，Ca2+浓度为0～5mmol/L时，θDI上升，而Ca2+浓度为8mmol/L时，θDI下降.生物污染前后θEG和θDM的变化较小，无明显的规律性，当Ca2+存在时其数值较小.膜面SAD值较低，各项张力参数改变也较小.Ca2+浓度为0～5mmol/L 时，ΔGcoh降低，而Ca2+浓度为8mmol/L时ΔGcoh几乎没有变化.ΔGcoh值随Ca2+浓度的增加先下降后上升，在2mmol/L时取得最小值，说明该浓度点生物污染膜面的亲水性较弱，稳定性较差.PA-BSA生物污染后，膜面的θDI随着Ca2+浓度增加先下降后上升，2mmol/L 时其值最小，从而导致其γ+值最小，γ-值最大，γAB和γTOT值也最小，而θEG 和θDM随Ca2+浓度的变化无明显规律.生物污染后SAD值显著下降，ΔG coh 显著上升，由负值变为正值，尤其是当Ca2+浓度为2mmol/L时，ΔGcoh值的增加高达95.4mJ/m2，膜面亲水性极强.这是由于该Ca2+浓度下，生物污染初期膜面的疏水性较强，膜面与PA的排斥作用较小，大量亲水性微生物的沉积导致了膜面亲水性的急剧上升.PA-HA生物污染后，无Ca2+存在时，膜面θDI较高，ΔGcoh较低，膜面呈现弱亲水性.当Ca2+存在时，ΔGcoh值较高，膜面亲水性增强.与生物污染前相比，SAD值略有下降，随Ca2+浓度的变化没有明显规律性.膜面各项张力参数随Ca2+浓度的变化也没有显著规律.（2）生物污染后膜-污染物的界面作用能生物污染后膜面与PA、共存有机物之间的界面自由能如表6所示，该结果代表生物污染一定阶段之后膜面和微生物、共存有机物之间的相互作用.PA-SA生物污染后期，膜-PA、膜-SA的Δ和Δ均随着Ca2+浓度增加先下降后上升，而Δ随着Ca2+浓度增加逐渐减小，数值很小.因此总界面能ΔGadh随着Ca2+浓度增加表现为先下降后上升，与生物污染初期的变化趋势相反. ΔGadh数值较高，说明PA-SA生物污染后期膜面与污染物之间的排斥作用虽然有所下降，但PA、SA仍难于粘附到膜面形成生物污染.PA-BSA生物污染后期，膜面与PA、BSA之间的界面作用能显著上升，当Ca2+浓度为2mmol/L时，膜-PA和膜-BSA的ΔGadh分别上升了47.6mJ/m2和49.5mJ/m2.与生物污染初期相比，Δ改变较小，而Δ的绝对值比Δ和Δ低3～4个数量级，ΔGadh的增加主要归因于Δ的增加.膜-PA和膜-BSA之间的ΔGadh 随着Ca2+浓度增加先上升后下降，与生物污染初期的变化趋势相反，即初期生物污染越严重，后期生物污染越缓慢.与PA-SA生物污染后期的界面作用能相比，膜面与PA的界面排斥作用均较高，抑制微生物的粘附.但膜-BSA的排斥能远小于膜-SA，促进BSA分子的粘附，因此PA-BSA后期污染仍高于PA-SA.PA-HA生物污染后期，不添加Ca2+时，膜-PA和膜-HA之间的ΔGadh略有降低，促进PA和HA的粘附，导致后期生物污染加重.而Ca2+存在时，膜-PA和膜-HA之间的ΔGadh均上升，随Ca2+浓度的变化很小.膜-HA之间的排斥作用小于膜-PA，HA更容易粘附到膜面，因此PA-HA生物污染过程中HA的共存会阻碍微生物的粘附，抑制膜的生物污染.2.3 不同有机物和钙离子浓度下膜生物污染行为分析不同有机物和Ca2+浓度下，对比分析膜预处理和生物污染过程中界面作用能的计算结果与膜污染情况，包括膜通量的变化、生物污染膜面的生物量和膜表面特性等，详见Zhao等［27］的研究（图1和2为膜通量变化，图3为生物量变化）.有机物预处理初期，NFW膜与3种有机物之间的界面作用均为吸引力作用，促进有机物在膜面的粘附过程.然而除了XDLVO作用力，阳离子的电荷屏蔽、电性中和和络合反应等，均决定着有机物在膜面的污染行为，尤其是当Ca2+存在时，Ca2+在有机物分子之间以及有机物与膜面之间的架桥作用中起着关键作用.SA与HA分子的-COOH官能团密度较高［11］，易与Ca2+相结合，分别在膜面形成致密的凝胶层和厚实的滤饼层，增加有机物的沉积量，导致膜通量急剧下降.而BSA分子的-COOH官能团密度较低，膜面有机沉积量相对较小，导致的膜通量下降值较小. 有机物预处理后期，膜-有机物的界面作用能增加，膜通量的下降减缓，尤其是在SA预处理过程中，膜面与SA分子的排斥作用最强，膜通量随时间的变化非常小.预处理后期膜面与BSA之间的吸引作用随着Ca2+浓度增加先增加后降低，Ca2+浓度为2mmol/L时吸引作用最强，有利于BSA的粘聚.而BSA与Ca2+的架桥作用随着Ca2+浓度增加而增加，二者的综合作用导致了BSA的沉积量不是随Ca2+浓度的增加逐渐上升，而是当Ca2+浓度大于2mmol/L后，沉积量相对稳定（Zhao等［27］表2）.生物污染初期，SA预处理膜面与PA、SA之间的排斥作用极强，阻碍污染物的粘附，导致膜面生物量最低，以及膜通量的下降值最小，随着Ca2+浓度的增加膜生物污染先下降后上升，与界面作用能的理论计算结果相一致.BSA预处理膜面与PA 之间的排斥作用远小于SA预处理膜面与PA的排斥作用，因此PA-BSA生物污染导致了较高的膜面生物量和较大的渗透通量下降值.随着Ca2+浓度的增加，PA-BSA生物污染膜面的ATP值先上升后下降，Ca2+浓度为2mmol/L时取得最大值，该结果与此浓度下最低的界面作用能相一致.而由于该Ca2+浓度下生物膜表面的多孔性较好、表面积（或SAD值）较高，此生物膜结构不仅会促进污染物的沉积，还会增强渗滤液的渗透作用［35］，因此相对通量的下降随Ca2+浓度的变化较小.HA预处理膜面与污染物之间的排斥能介于SA预处理膜面和BSA预处理膜面之间，因此膜面生物沉积量和膜通量下降情况也介于二者之间.生物污染后期，由于PA-SA生物污染膜面与污染物的排斥作用仍然较强，污染速率较为缓慢；PA-BSA生物污染后，膜面与污染物的界面作用能上升，但膜-BSA 之间的排斥作用仍远小于PA-SA污染膜面与污染物之间的排斥作用，因此膜污染速率仍大于PA-SA生物污染；PA-HA生物污染后期，Ca2+不存在时膜-污染物界面排斥作用较小，导致膜面生物量较高且膜通量下降值较大，而Ca2+存在时膜-污染物界面排斥作用较大，膜污染较轻且受Ca2+浓度的影响不明显.3.1 钙离子对有机物预处理过程的影响主要是通过离子架桥等作用来实现，XDLVO作用力的影响较小.3.2 不同钙离子浓度下有机物预处理对膜面与污染物界面作用能的影响主要体现在对AB作用能的影响，LW作用能差异不明显，而EL作用能在总作用能中贡献极小.3.3 三种有机物粘附到膜面均会降低膜面的疏水性，阻碍微生物的粘附，且有机物的共存会与微生物产生竞争作用，尤其是钙离子存在时.SA的预处理和共存对膜生物污染的抑制作用最强，HA次之，而BSA预处理对膜生物污染的影响较小，Ca2+浓度为2mmol/L时促进膜生物污染.3.4 不同有机物和钙离子浓度下膜生物污染初始阶段和后期的膜污染情况与界面自由能的理论结果有较好的关联性，说明XDLVO理论应用于不同进水条件下膜生物污染行为的分析具有较好的有效性.【相关文献】［1］Ivnitsky H， Katz I， Minz D， et al. 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