溶解性有机物形成膜污染的短程迁移行为与微界面过程解析

针对膜-生物反应器中的溶解性有机物膜污染问题，以溶解性有机物形成膜污染的短程迁移行为和微界面过程为研究切入点，采用表面热力学基础理论和微界面研究方法与手段，系统研究膜-生物反应器中溶解性有机物和常用膜材料的表面热力学特性，评价体系之间的相互作用、发生污染的态势（程度）以及在界面相互作用条件下反应、结合、聚集的过程，分析各界面力的作用贡献、界面力作用自由能的变化和界面微观作用机制，确定溶解性有机物向膜面短程迁移行为和具体微界面过程。项目预期将揭示膜-生物反应器溶解性有机物与膜材料之间形成污染的本质，实现溶解性有机物膜污染过程的准确预测和评价，建立复杂溶液环境中溶解性有机物膜污染的基础理论评价体系和一般性规律。项目的研究成果对于选取适宜膜材料、优化膜-生物反应器的设计运行具有重要的理论指导意义，可以为膜-生物反应器在我国污水处理与资源化回用领域应用中的膜污染控制问题提供科学依据。

本项目围绕膜-生物反应器中溶解性有机物形成的膜污染问题，研究了膜-生物反应器中常用膜材料、典型体系溶解性有机物的性质，采用表面物化理论和批次过滤试验分析了溶解性有机物的短程迁移行为，评价了溶解性有机物在膜-混合液微界面吸附聚集行为，构建了溶解性有机物膜污染理论模型等，完成了项目计划书的各项研究内容，取得了以下研究成果：.（1）对常用的聚偏氟乙烯膜、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯等材料性质进行了研究，对膜-生物反应器中处理典型城市污水、餐饮污水、垃圾渗滤液等体系中的溶解性有机物进行了物化性质分析，并对溶解性有机物的强疏水、弱疏水、中性亲水和带电亲水等组分进行了萃取分离和物化性质鉴定，采用聚偏氟乙烯膜、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯等膜材料研究了不同来源的溶解性有机物及其组分的过滤行为，分析了溶解性有机物及其典型组分在膜界面形成膜污染的迁移行为，发现膜材料本身的物化性质、溶解性有机物的特性、不同组分有机物、溶液环境均对溶解性有机物形成的污染行为具有影响，是目前研究者对溶解性有机物形成膜污染存在矛盾认识的根源。.（2）对处理典型城市污水、餐饮污水、垃圾渗滤液体系中的溶解性有机物和典型模拟污染物的表面张力参数和吸附自由能，以及不同组分的表面张力参数和吸附自由能进行了具体计算和评价，结合对上述典型膜材料的表面物化参数的计算，利用扩展的DLVO理论评价了污染物和膜材料之间、污染物和污染物之间的作用行为，并与不同来源溶解性有机物、溶解性有机物的组分的过滤行为进行了关联分析，同时采用了微界面的研究手段研究了溶解性有机物在膜表面的聚集状态和行为，对溶解性有机物形成膜污染的一般规律进行了阐释，研究证实了污染物-膜材料之间的界面相互作用能主导了溶解性有机物的膜污染行为，可以统一对溶解性有机物复杂的膜污染行为和过程的认知。.（3）通过研究，同时发现了微生物作用在溶解性有机物形成污染的界面影响，在实际污染行为研究中需要进一步修正和考虑微生物作用；并基于形成膜污染的机制和本质的分析，提出了抗污染膜材料制备应遵循基于膜表面能控制的导向性制备策略。.（4）研究成果对于理解溶解性有机物形成膜污染的过程提供了理论依据，为膜-生物反应器中膜污染控制和抗污染膜材料制备提供了基础理论支撑。