聚电解质强化超滤同步去除水源水中硝酸盐和高氯酸盐的效能和机理研究

Nitrate and perchlorate are typical contaminants in source water, so they are easy to enter drinking water system, that lead to threaten the health of human beings. In this research project, we study on Polyelectrolyte-enhanced ultrafiltration (PEUF), a water soluble polymer -based separation process, which is promising in simultaneous removing nitrate and perchlorate from micro-polluted source water, recycling the polyelectrolyte efficiently, and investigating separation process control as well as mechanism explore.This work mainly includes that：（1）adsorption behavior of nitrate and perchlorate ions on polyelectrolyte,（2）process control and optimization of operation parameters in PEUF process,（3）characteristics of the membrane fouling and reduced it, （4）polyelectrolyte regeneration and its efficiency. In addition, several key scientific issues such as bonding action between nitrate/perchlorate ions and functional group of polyelectrolyte, mechanism of removing polyelectrolyte by ultrafiltration membrane and membrane fouling law will be deeply studied. The machanism of PEUF will be analyzed profoundly. It will provide theoretical and applied foundation for research and development of simultaneous removal of nitrate and perchlorate by PEUF, which offers some important theoretical significance and a good guider in practical application.So it has important theoretical and practical application prospects.

硝酸盐和高氯酸盐是水源水中的典型污染物，易进入到饮用水系统，对人类健康造成威胁。本课题采用基于聚电解质的强化超滤法处理硝酸盐和高氯酸盐微污染的水源水，实现硝酸盐和高氯酸盐的高效分离与聚电解质的循环使用，进行工艺控制过程的研究与作用机理的探讨。主要内容包括：(1) 聚电解质对硝酸盐、高氯酸盐离子的吸附行为研究；(2) PEUF同步去除水源水中硝酸盐、高氯酸盐的过程控制和条件优化；(3)PEUF过程膜污染特征及其控制研究；(4)浓缩液中聚电解质的回收方法与再生效能。针对聚电解质官能团与硝酸盐、高氯酸盐离子的键合作用，超滤膜对聚电解质的分离作用机理与PEUF的膜污染规律等关键问题进行深入探讨，分析PEUF的作用机理，为聚电解质强化超滤法的研发提供科学理论依据和应用基础，具有重要的理论意义和实际应用前景。

聚电解质强化超滤（PEUF）是一种将聚电解质和超滤相结合的新型水处理方法。在课题组现有的关于胶团强化超滤（MEUF）理论和重金属吸附研究的基础上，利用聚电解质的分子结构特点，将其采用在硝酸盐和高氯酸盐微污染的水源水中，进行了工艺控制过程的研究与作用机理的探讨，实现了硝酸盐和高氯酸盐的高效分离和聚电解质的循环使用。项目围绕聚电解质和聚电解质-表面活性剂对硝酸盐离子的吸附行为；PEUF去除废水中低浓度硝酸盐、高氯酸盐的过程控制和条件优化；聚电解质强化超滤和聚电解质-表面活性剂强化超滤过程膜污染特征及其控制；浓缩液中聚电解质的回收方法和再生效能评价四个方面展开，并结合动力学，热力学，等温吸附规律和微观检测，阐述了聚电解质强化超滤的作用机制，实现了最小聚电解质用量控制下的硝酸盐、高氯酸盐离子的同步去除和聚电解质的再生回用。研究结果表明，基于“单一聚电解质”或“聚电解质+表面活性剂”的PEUF对低浓度硝酸盐和高氯酸盐废水具有较理想的效果，“聚电解质+表面活性剂”的PEUF效果更佳，但是膜污染稍严重。单一聚电解质PEUF中，阳离子型聚电解质的用量、分子量和pH是决定截留效率的关键。适宜的条件为采用1000w分子量的阳离子聚丙烯酰胺，与污染物负载比LR1/2.5-1/2之间，保持在静置1小时，在0.03MPa条件下，pH6-7，此条件下NO3-截留率达到70%-78%；HClO4-截留率达到75%-80%。而“聚电解质+表面活性剂”的PEUF，聚电解质与表面活性剂的配比、用量是决定截留效率的关键，适宜的条件为采用CMC-CTAB，最佳实验条件下NO3-和HClO4-截留率均可以达到90%以上。采用硫酸、盐酸均可有效回收超滤后截留液中的聚电解质，回收的聚电解质再次利用到PEUF中，NO3-和HClO4-的去除效率降低30%左右。本项目为聚电解质强化超滤法的研发提供科学理论依据和应用基础，具有重要的理论意义和实际应用前景。