城市污水再生超滤过程不同形态污染物分离规律及膜污染机理研究

城市污水是水量稳定、供给可靠的一种潜在水资源，其再生利用是解决水资源危机的有效途径。在城市污水二级出水的再生技术中，超滤被认为是21世纪最具前途的水处理新技术。课题针对城市污水再生超滤过程中的膜分离规律和膜污染机理展开研究，通过对典型城市污水二级出水水质的分析，掌握水中污染物的形态、性状、分子量分布等特征，采用不同材质及切割分子量的超滤膜对不同工艺条件下的二级出水进行分离试验，掌握分离规律及对膜的污染特征，利用FESEM、AFM等手段研究城市污水再生超滤过程中膜面粗糙度、膜孔密度、膜孔径大小及分布、孔形等膜结构特征参数变化及其对水中污染物截留的关系，探明膜污染原因物质的特性，得出水中污染物形态特征变化及在离子强度、pH等不同环境条件下对超滤过程的影响规律，通过膜分离过程中膜结构参数变化特点解析膜污染原因和机理，提出运行的调控措施和对策，为以超滤膜为核心的城市污水再生工艺研发提供科学依据。

采用凝胶色谱、亲疏水性组分分离、荧光色谱等方法，系统研究了典型城市污水二级出水中溶解性有机物的分子量分布、亲疏水组分含量以及荧光光谱等性状，分别从强疏水性、弱疏水性和亲水性等溶解性有机物性状及膜孔径、膜孔隙率等膜结构特征等方面，考察了其对二级出水超滤膜过程的影响；自主研发了膜材料AFM胶体探针，从微观角度对膜污染机理进行了解析，得出膜-污染物之间的作用力是控制膜污染速率的主要因素，膜污染主要发生在分离膜运行初期；从膜改性制备方面入手，系统考察了凝胶浴温度、凝胶浴组成、芯液组分、亲水性添加剂等制膜条件对膜结构和性能的影响规律，提出相应的防控膜污染、提高膜通量和污染物截留率的膜改性方法；基于超滤膜结构参数模型，开发了全自动膜分离控制系统，在膜的实际运行过程中，通过判断膜污染是膜孔内污染为主还是膜表面污染为主，实时反馈给控制系统，从而启动相应的反洗或快洗方式，针对性地消除或减缓膜的污染；上述工作的开展，为以超滤膜为核心的城市污水再生技术开发提供了科学依据。