【摘要】：滲透膜對微量有機物的去除具有潛在優(yōu)勢,是污水回用和飲用水深度處理的核心技術(shù)之一。滲透膜的截留能力受到膜的選擇、微量有機物的性質(zhì)以及操作條件的影響,因此有必要對膜的傳質(zhì)機理及截留率預(yù)測進行研究。本文對比了6種滲透膜(3種納濾膜(HL、NF270和NF90)、1種低壓反滲透膜(ESPA1)和2種正滲透膜(ES和NW))對鹵乙酸和24種藥物的去除效果;探討了膜污染對微量有機物截留率影響的主要原因;采用機理模型對其截留率進行了預(yù)測,并對模型的適用條件進行了修正和主要的傳質(zhì)貢獻進行了解析。六種滲透膜對微量有機物的截留結(jié)果表明:HL和NF270膜對鹵乙酸和小分子藥物(卡馬西平、氯霉素和心得安)的截留率相對較低(分別小于80%和90%),提高壓力對藥物去除率的提高有限。在較低的壓力條件下,NF90和ESPA1膜對鹵乙酸或藥物的截留率均高于90%。在汲取液濃度為1 mol/L條件下,除了萘啶酸(82.5%)、吉非羅齊(83.0%)、卡馬西平(84.7%)和新諾明(88.2%),ES膜對微量有機物的截留率均大于90%;NW膜對微量有機物的截留率都相對較高(90%)。滲透膜對鹵乙酸和藥物的截留率順序與膜的水通量順序和鹽截留率順序不一致。石英晶體微天平的定性結(jié)果表明海藻酸鈉污染層與磺胺嘧啶和雷尼替丁之間存在相互作用,而與卡馬西平之間不存在相互作用。污染層與微量有機物的相互作用對截留率的影響較小,NF270膜污染后濃差極化作用降低了所有藥物的截留率。對ES和NW膜而言,溶解—擴散模型可以預(yù)測其對鹵乙酸和藥物的截留率,但是透過系數(shù)需要采用擴散單元法測定。對于一些帶負(fù)電的藥物(例如雙氯芬酸、吉非羅齊、萘啶酸、萘普生、心得安和新諾明等)反滲透模式法會低估其透過系數(shù),這是因為在正滲透模式下這些藥物會與汲取液中的Cl-發(fā)生離子交換,促進其擴散。道南位阻介電(DSPMDE)模型能準(zhǔn)確地預(yù)測HL和NF270膜對鹵乙酸的去除率;對分配系數(shù)進行修正,也不能有效地提高其對藥物預(yù)測的準(zhǔn)確性。分析傳質(zhì)過程各部分貢獻,模型計算結(jié)果表明擴散占主導(dǎo)作用,擴散單元測定結(jié)果表明擴散所占的比例較小。因此模型中的阻礙擴散(i,dK)和阻礙對流(i,cK)參數(shù)不適用性是造成其對藥物預(yù)測不準(zhǔn)確的主要原因,該參數(shù)需要考慮分子結(jié)構(gòu)與膜孔形狀的影響。以上研究成果有利于深入理解滲透膜對微量有機物的去除和傳質(zhì)特性,有利于提高機理模型預(yù)測的準(zhǔn)確性,進而為膜的選擇和工程實踐提供指導(dǎo)。
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X703

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本文編號：2771738