渗透膜对微量有机物的去除与传质特性研究

发布时间：2020-07-27 10:46

【摘要】：渗透膜对微量有机物的去除具有潜在优势,是污水回用和饮用水深度处理的核心技术之一。渗透膜的截留能力受到膜的选择、微量有机物的性质以及操作条件的影响,因此有必要对膜的传质机理及截留率预测进行研究。本文对比了6种渗透膜(3种纳滤膜(HL、NF270和NF90)、1种低压反渗透膜(ESPA1)和2种正渗透膜(ES和NW))对卤乙酸和24种药物的去除效果;探讨了膜污染对微量有机物截留率影响的主要原因;采用机理模型对其截留率进行了预测,并对模型的适用条件进行了修正和主要的传质贡献进行了解析。六种渗透膜对微量有机物的截留结果表明:HL和NF270膜对卤乙酸和小分子药物(卡马西平、氯霉素和心得安)的截留率相对较低(分别小于80%和90%),提高压力对药物去除率的提高有限。在较低的压力条件下,NF90和ESPA1膜对卤乙酸或药物的截留率均高于90%。在汲取液浓度为1 mol/L条件下,除了萘啶酸(82.5%)、吉非罗齐(83.0%)、卡马西平(84.7%)和新诺明(88.2%),ES膜对微量有机物的截留率均大于90%;NW膜对微量有机物的截留率都相对较高(90%)。渗透膜对卤乙酸和药物的截留率顺序与膜的水通量顺序和盐截留率顺序不一致。石英晶体微天平的定性结果表明海藻酸钠污染层与磺胺嘧啶和雷尼替丁之间存在相互作用,而与卡马西平之间不存在相互作用。污染层与微量有机物的相互作用对截留率的影响较小,NF270膜污染后浓差极化作用降低了所有药物的截留率。对ES和NW膜而言,溶解—扩散模型可以预测其对卤乙酸和药物的截留率,但是透过系数需要采用扩散单元法测定。对于一些带负电的药物(例如双氯芬酸、吉非罗齐、萘啶酸、萘普生、心得安和新诺明等)反渗透模式法会低估其透过系数,这是因为在正渗透模式下这些药物会与汲取液中的Cl-发生离子交换,促进其扩散。道南位阻介电(DSPMDE)模型能准确地预测HL和NF270膜对卤乙酸的去除率;对分配系数进行修正,也不能有效地提高其对药物预测的准确性。分析传质过程各部分贡献,模型计算结果表明扩散占主导作用,扩散单元测定结果表明扩散所占的比例较小。因此模型中的阻碍扩散(i,dK)和阻碍对流(i,cK)参数不适用性是造成其对药物预测不准确的主要原因,该参数需要考虑分子结构与膜孔形状的影响。以上研究成果有利于深入理解渗透膜对微量有机物的去除和传质特性,有利于提高机理模型预测的准确性,进而为膜的选择和工程实践提供指导。
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703

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