钙离子对有机物形成正渗透膜污染的影响机制及调控

This project focuses on studying the mechanism of the influence of calcium cation on forward osmosis membrane fouling caused by organic matters and seeking corresponding controlling methods. Throughout the systematical study of the effect of feed composition, membrane material characteristics and operation condition on membrane fouling, it can be expected to obtain a basic revelation to the influence factors and mechanism of calcium on the forming of organic fouling, provide a theoretical guidance for understanding the dynamic behavior of forward osmosis membrane fouling. In addition, attempts on combination of pre-treatment process, surface modification and optimal operation are made to provide technical support for alleviating fouling in drinking water production by forward osmosis.

本项目针对正渗透净水过程膜污染问题，拟研究钙离子对有机物形成膜污染的影响机制和调控方法。通过研究原水水质特征、膜材料特性及膜运行工况等对形成钙离子和有机物复合膜污染的影响，揭示钙离子对有机物形成膜污染的影响因素和规律，为深入理解正渗透膜污染行为提供理论参考；同时，研究减弱正渗透膜有机污染的预处理工艺、膜表面改性和膜优化运行方法，为降低膜污染提供理论支撑和技术支持。

正渗透净水过程中，正渗透膜污染始终是制约该技术广泛应用的瓶颈之一。本项目研究了在钙离子条件下原水水质特征、膜材料特性及膜运行工况等对正渗透运行的影响，发现同摩尔浓度时，CaCl2溶液所产生的渗透通量最大，NaCl溶液次之，MgSO4溶液最小。0.1mol/L驱动液NaCl、CaCl2和MgSO4产生的反扩散量分别为0.189mmol/L、0.028mmol/L和0.027mmol/L，钙离子溶液产生的反扩散量最大。研究发现，在AL-facing-DS模式中，水通量在最开始1-2h剧烈下降，随后逐渐下降，其机理可能为钙离子电性中和/架桥有机物所带负电荷，产生了更多膜污染，嵌入在正渗透支撑层中；在AL-facing-FS模式中，测试持续的15h内，即使有Ca2+存在，水通量也没有发生显著变化，产生的膜污染被错流水冲刷。为了优化正渗透运行，建议降低原水中钙离子浓度，提高膜表面的错流速度。本项目初步揭示了钙离子对有机物形成膜污染的影响因素和规律，为深入理解正渗透膜污染行为提供了理论参考；同时，研究了减小正渗透膜污染的的优化运行方法，为降低膜污染提供技术支持。