喻 瑤,許光紅,林 潔,董秉直 (.同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,上海 200092；2.同濟(jì)大學(xué)長江水環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200092)

太湖原水中膜污染物質(zhì)的確定與表征

喻 瑤1,許光紅1,林 潔1,董秉直2*(1.同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,上海 200092；2.同濟(jì)大學(xué)長江水環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200092)

采用混凝沉淀和浸沒式微濾膜聯(lián)用技術(shù)處理太湖原水,考察組合工藝中的有機(jī)物親疏水性和分子量分布變化,并分析化學(xué)清洗水的有機(jī)物組分,以期確定造成膜污染的主要物質(zhì)成分.結(jié)果表明,混凝預(yù)處理可有效去除大分子的親水性有機(jī)物,這類有機(jī)物僅能導(dǎo)致可逆污染,而中等和小分子的有機(jī)物會導(dǎo)致不可逆污染.此外,三維熒光光譜表明與膜污染關(guān)系最密切的 2個區(qū)域?yàn)?λex=230nm/λem=330～350nm (區(qū)域Ⅰ)和λex=280nm/λem=300～350nm (區(qū)域Ⅳ),其對應(yīng)的胞外蛋白質(zhì)類有機(jī)物和溶解性微生物產(chǎn)物(SMP)是造成微濾膜不可逆污染的主要物質(zhì).

微濾；膜污染物質(zhì)；親疏水性；分子量分布；三維熒光

近年來,低壓膜技術(shù)(微濾MF和超濾UF)已成為飲用水處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn).相對于常規(guī)水處理工藝,其出水水質(zhì)穩(wěn)定可靠、對濁度/致病微生物去除效果好、能耗低、操作管理方便.然而在實(shí)際運(yùn)行中,低壓膜存在著膜通量下降快、膜污染程度高等問題,從而制約了膜技術(shù)的推廣和應(yīng)用.天然有機(jī)物(NOM)被認(rèn)為是造成膜污染的主要物質(zhì)[1-3].膜污染分為可逆污染和不可逆污染.通過水力清洗可以使通量或膜壓差得到恢復(fù)的為可逆污染,而通過水力清洗無法使通量或膜壓差恢復(fù),必須通過化學(xué)藥劑清洗才可以恢復(fù)的為不可逆污染.許多研究表明[4-7],親水性物質(zhì)容易造成膜的不可逆污染,而腐殖酸等疏水物質(zhì)主要通過可逆污染造成膜通量的下降.NOM中不同組分對于膜污染的影響,尚沒有清晰的定論.

水源中NOM的分子量分布、親疏水性是導(dǎo)致膜污染的主要因素,常被用來分析膜污染問題.凝膠色譜法(GPC)是測定有機(jī)物分子量分布的常用方法,其具有測樣速度快和相對分子量分布連續(xù)的優(yōu)點(diǎn),然而其局限性在于傳統(tǒng)的凝膠色譜法采用紫外檢測器,只能響應(yīng)含有共軛雙鍵和芳香結(jié)構(gòu)的化合物,對于某些只含有碳單鍵的親水性物質(zhì)和無苯環(huán)類化合物無法檢出.為了克服上述缺點(diǎn),本文采用高效凝膠色譜法與紫外檢測器、TOC檢測器聯(lián)用,以更好地了解NOM的物化性質(zhì).三維熒光光譜(3DEEM)是一種新型熒光分析技術(shù),能夠顯示出有機(jī)物多種組分中的物質(zhì)來源和含量信息,常用于表征和分析水中有機(jī)物的來源[8].由于天然原水中有機(jī)物組成復(fù)雜,利用3DEEM 分析有機(jī)物不同組分的物質(zhì)種類,以及不同過濾階段的水質(zhì)情況,有助于分析膜污染物質(zhì)及膜清洗效果.

本文通過考察有機(jī)物在預(yù)處理、膜濾前后以及藥劑清洗中的變化,綜合分析有機(jī)物親疏水性、分子量分布以及三維熒光光譜信息,確定造成可逆和不可逆污染的有機(jī)物.

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置

中試地點(diǎn)設(shè)置在無錫市的充山水廠,試驗(yàn)原水為太湖水.太湖原水經(jīng)原水泵站取水后,經(jīng)過 300μm網(wǎng)格過濾,進(jìn)入原水箱,然后泵入反應(yīng)沉淀池.投加絮凝劑(聚氯化鋁)30mg/L,機(jī)械攪拌反應(yīng)后,經(jīng)斜板沉淀后,沉后水進(jìn)入浸沒式微濾膜(圖1).

試驗(yàn)采用美國陶氏公司提供的中空纖維微濾膜,膜材質(zhì)為聚偏氟乙烯(PVDF),孔徑 0.1μm.膜組件的過濾面積 20m2.過濾方式為浸沒式,采用終端過濾,過濾周期 40min.過濾過程中保證產(chǎn)水量為1L/h,同時觀察膜壓差的變化.

膜過濾前首先充水 5min,目的是將組件內(nèi)的空氣排掉,以更好地發(fā)揮膜組件的過濾效果.隨后采用浸沒式過濾,時間 25min.過濾結(jié)束后開始膜的水力清洗,將積累在膜表面的污染物沖洗掉.采用氣水同時反洗,反洗水自上向下沖洗膜組件,同時用空氣泵向膜組件內(nèi)注入空氣,搖動中空纖維絲,使雜質(zhì)脫落.反沖洗時間 90s,氣沖流量1m3/h,水沖流量2.25m3/h.反洗結(jié)束后,排掉膜池內(nèi)的廢水.整個操作過程為全自動化控制,24h連續(xù)運(yùn)行.

圖1 膜處理工藝流程Fig.1 Technological process of membrane treatment

1.2 原水水質(zhì)

試驗(yàn)用水取自無錫市充山水廠中試基地,分別在原水箱、沉淀池以及浸沒式微濾膜池3個取水點(diǎn)采集原水、沉后水及膜后水.原水 DOC= 4.65mg/L,UV254=0.086cm-1,SUVA=1.85L/(mg·m).水樣取回實(shí)驗(yàn)室后,經(jīng)反滲透濃縮至 DOC濃度約為13mg/L,經(jīng)0.45μm濾膜過濾,4℃保存.

1.3 有機(jī)物親疏水性分離

試驗(yàn)采用 XAD大孔徑吸附樹脂(Supelite XAD-8、Amberlite XAD-4)和陰離子交換樹脂(Amberlite IRA-958)串聯(lián)法對水樣中溶解性有機(jī)物進(jìn)行過濾吸附和洗脫分離[9],具體流程如圖2.其中XAD是一種芳烴聚合物(相對分子質(zhì)量可達(dá) 20000),廣泛用于吸附分離疏水性有機(jī)物;IRA類樹脂是一種強(qiáng)堿型陰離子交換樹脂,能良好吸附極性親水性有機(jī)物.

圖2 有機(jī)物親疏水分離流程Fig.2 NOM fraction procedure

1.4 分析方法

采用總有機(jī)碳測定儀(liqui TOCⅡ trace, Germany elementar),儀器的量程范圍為 0～10 mg/L;UV254測定采用 DR-5000(HACH)型紫外-可見分光光度計(jì);SUVA表示水樣在254nm的紫外吸光度和 DOC的比值;分子量分布采用凝膠色譜法,儀器型號(e2695,Waters),UV檢測器型號(Waters 2489,λ=254nm),TOC檢測器型號(Sievers 900, GE),凝膠色譜住型號 TSK G3000 SWxl(Tosoh);標(biāo)準(zhǔn)分子量物質(zhì)為 PSS(0.21,1.4,3.6,4.3, 6.8,15.4,31kDa);三維熒光光譜采用F-4600(日立)型熒光光譜儀測定,激發(fā)光源為氙燈,波長掃描范圍 λex/λem=200～450nm/200～550nm,激發(fā)和發(fā)射狹縫寬度均為 5nm,掃描速度為 12000nm/min, PMT電壓為500V,數(shù)據(jù)采用Origin 75和Surfer 8.0處理.

2 結(jié)果與討論

2.1 膜壓差變化

圖3 膜壓差變化Fig.3 Changes of trans-membrane pressure

由圖3可見,當(dāng)直接過濾時,膜壓差上升迅速,在2d內(nèi)升至0.07MPa.當(dāng)混凝作為預(yù)處理時,膜壓差的上升明顯減緩,但仍呈持續(xù)上升的趨勢.這說明,雖然預(yù)處理能在一定程度上抑制膜污染,但不可逆污染仍然嚴(yán)重.

2.2 親疏水性分析

從圖4可以看出, 原水中各個組分TOC所占比例依次為:中親＞強(qiáng)疏＞弱疏＞極親.中親組分在水樣中占有很大比例,是原水中最主要的溶解性有機(jī)物組分.Liu等[10]認(rèn)為中親組分中含有一定比例的高分子有機(jī)物,包括膠體、多糖、蛋白質(zhì)等,這些高分子物質(zhì)是導(dǎo)致膜污染的重要成分.還有研究認(rèn)為中親組分中的小分子有機(jī)物對膜污染有重要貢獻(xiàn)[11],膜污染過程是高分子有機(jī)物與小分子有機(jī)物共同作用的結(jié)果[12].因此在膜污染的研究中,中親組分需要重點(diǎn)關(guān)注.

經(jīng)過混凝后,強(qiáng)疏和弱疏組分的TOC去除率分別為 29.8%和 32.9%,而對極親和中親組分的TOC去除率僅為11.3%和12.9%.說明混凝預(yù)處理對強(qiáng)疏和弱疏組分的去除效果較好,而對極親和中親組分的去除效果較差.Howe等[13]研究表明混凝預(yù)處理更傾向于去除高分子量、強(qiáng)疏水性的有機(jī)物.同時,還可以發(fā)現(xiàn)微濾膜對有機(jī)物的截留效果較差,其中對中親組分的截留效果最差,截留率低于10%.

圖4 有機(jī)物各組分中TOC含量Fig.4 Contribution of each fraction to the total organic carbon

SUVA值表示單位溶解性有機(jī)碳濃度(DOC)下的 UV254值,反映了含有共軛雙鍵、苯環(huán)等特征的有機(jī)物含量[14].天然有機(jī)物中含有此類分子結(jié)構(gòu)的有機(jī)物包括腐殖酸、富里酸、單寧酸、木質(zhì)素等腐植類有機(jī)物和共軛二烯烴、不飽和醛酮類有機(jī)物以及部分芳香族蛋白質(zhì)有機(jī)物.

各組分的SUVA的大小順序?yàn)?極親[1.74L/ (mg·m)]＞弱 疏 [1.69L/(mg·m)]＞強(qiáng) 疏 [1.60L/ (mg·m)]＞中親[0.87L/(mg·m)],說明4種組分對紫外吸收強(qiáng)度隨著其苯環(huán)結(jié)構(gòu)的減少而降低.極親組分的紫外吸收值最高,說明極親組分中應(yīng)含有苯環(huán)等對紫外吸收較強(qiáng)的分子結(jié)構(gòu).Wong等[15]研究表明,極親組分中主要是蛋白類有機(jī)物,因此,極親組分中較高的 SUVA值應(yīng)來源于含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)的芳香族蛋白質(zhì)類有機(jī)物;強(qiáng)疏組分中含有較多的不飽和碳(＞ C=C ＜),而弱疏組分中不飽和碳比例減少,但羰基碳(＞ C=O)的比例增加.本試驗(yàn)中,太湖原水中弱疏組分的SUVA值高于強(qiáng)疏組分的SUVA值,可以推斷羰基碳對紫外的響應(yīng)要高于不飽和碳對紫外的響應(yīng).同時,有機(jī)物分子量的大小與SUVA值存在一定關(guān)系.其中的中等分子有機(jī)物的SUVA值最高,一般在2.0以上,而小分子有機(jī)物的SUVA最低,在1.0以下[16].由此,可以看出SUVA值最低的中親組分可能含有較多的小分子有機(jī)物.

2.3 有機(jī)物分子量分布

由圖5a可以看出,太湖原水中有機(jī)物大致可以分為 3部分:第Ⅰ部分的有機(jī)物分子量較高(＞300kDa),且對紫外無響應(yīng),占水中總有機(jī)物的比例很小,這部分有機(jī)物主要由親水性組分如多糖或蛋白質(zhì)構(gòu)成[17-18];第Ⅱ部分主要由中等分子量(1～10kDa)的有機(jī)物構(gòu)成,主要是腐殖酸等對紫外響應(yīng)較高的疏水性有機(jī)物;第III部分有機(jī)物對UV沒有響應(yīng),而TOC有響應(yīng),說明這部分有機(jī)物是由低分子量的親水有機(jī)物構(gòu)成.

經(jīng)過混凝處理后,第Ⅰ部分的有機(jī)物峰值幾乎全部消失,說明混凝預(yù)處理可以有效去除大分子的親水性有機(jī)物.許多研究[19]認(rèn)為這類有機(jī)物雖然占總有機(jī)物的比例很小,但對膜通量的影響很大.這類有機(jī)物的特點(diǎn)是電中性,易接近膜表面,為膜所吸附,加之尺寸較大,容易將膜孔堵塞,造成嚴(yán)重膜污染.董秉直等[20]的研究表明,混凝能否有效地防止膜污染,與混凝后殘留在水中的大于 1kDa的有機(jī)物含量有關(guān),當(dāng)這類有機(jī)物低于原水的50%時,則膜污染能被有效防止.從圖5(a)中可以看出,經(jīng)混凝預(yù)處理后,殘留在水中的大于1kDa的有機(jī)物含量明顯高于原水的50%,說明混凝預(yù)處理可以在一定程度上緩解膜污染,但不能有效防止膜污染.對于第II部分的有機(jī)物,經(jīng)混凝預(yù)處理后UV的響應(yīng)峰明顯下降,而TOC的響應(yīng)峰僅略有下降.這說明混凝對疏水性有機(jī)物的去除效果優(yōu)于親水性有機(jī)物.對于第III部分的有機(jī)物,沉后水的響應(yīng)線與原水的幾乎重疊,說明混凝很難去除小分子的親水性有機(jī)物.但是,膜后水的響應(yīng)線相比于沉后水略有下降,說明微濾膜可去除少量的這部分有機(jī)物.

圖5 原水、沉后和膜后水中有機(jī)物的分子量分布Fig.5 MW distribution of NOM in unfractionated samples

由圖 5b可見,SUVA最大值出現(xiàn)在分子量2000Da左右,并隨著分子量的減少而迅速降低.SUVA的大小表示有機(jī)物的疏水性的強(qiáng)弱,由此可知,分子量2000Da左右的有機(jī)物主要呈現(xiàn)疏水性質(zhì),隨著分子量的降低向親水性轉(zhuǎn)變.從圖5(b)還可以看出,預(yù)處理對分子量2000Da的有機(jī)物去除效果最好,但隨著SUVA的減少而迅速變差,這說明親水性越強(qiáng)的有機(jī)物,預(yù)處理越難以去除.

2.4 膜的化學(xué)清洗

經(jīng)過一段時間的運(yùn)行,當(dāng)膜壓差增大到0.07MPa左右,需要對膜進(jìn)行化學(xué)清洗.首先采用1.5kg NaOH和2L 700mg/L的NaClO溶液浸泡2h,主要用來去除堵塞在膜上的有機(jī)物;之后用2L濃硫酸浸泡 2h,主要用來清洗積累在膜內(nèi)的無機(jī)離子及部分有機(jī)物[21].經(jīng)過化學(xué)清洗,膜壓差基本可恢復(fù)到初始水平 0.03MPa.為了確定造成膜不可逆污染的有機(jī)物組成成分,分別對酸洗水和堿洗水進(jìn)行有機(jī)物組分分析,結(jié)果如圖6所示.

圖6 化學(xué)清洗水中有機(jī)物組分Fig.6 Contribution of each fraction to the total organic carbon of chemical cleaning water

從各組分TOC含量所占的百分比來看,中親組分占酸洗水TOC總量的61.9%,占堿洗水TOC總量的 50.1%;強(qiáng)疏組分占堿洗水 TOC總量的48.1%.由此可見,中親和強(qiáng)疏組分是造成膜不可逆污染的主要污染物.推測其原因可能是由于強(qiáng)疏組分中腐殖酸類有機(jī)物比例較高,易吸附在膜孔中,引起膜孔徑的收縮,或與其他小分子有機(jī)物通過疏水性作用結(jié)合在一起阻塞膜孔,緊接著中親組分中部分大分子蛋白類物質(zhì)會吸附在膜表面形成污染層,造成不可逆污染.

由圖7可知,堿洗水中有機(jī)物分子量主要集中在2部分;第Ⅰ部分有機(jī)物分布在1～10kDa,且對紫外響應(yīng)較高,主要是中等分子的疏水性有機(jī)物;第Ⅱ部分有機(jī)物分布在 100～1000Da,主要是對紫外響應(yīng)較弱的小分子親水性有機(jī)物.對比原水的分子量分布(圖5)可知,原水中的這部分有機(jī)物含量很低,但由于預(yù)處理無法去除,它會沉積在膜孔內(nèi)造成污染[22].對于酸洗水來說,第Ⅰ、Ⅱ部分有機(jī)物均表現(xiàn)出對紫外幾乎沒有響應(yīng),對TOC的響應(yīng)卻較為強(qiáng)烈,說明酸洗水主要洗脫親水性有機(jī)物.而堿洗水除了可以洗脫親水性有機(jī)物,也可以洗脫疏水性有機(jī)物,從洗脫有機(jī)物的種類來看,堿洗水的洗脫效果要優(yōu)于酸洗水.綜合分析堿洗水和酸洗水的洗脫物質(zhì)可以發(fā)現(xiàn),中等分子的疏水和親水有機(jī)物以及小分子的親水有機(jī)物可造成膜不可逆污染.

圖7 化學(xué)清洗水中有機(jī)物的分子量分布Fig. 7 MW distribution of NOM in chemical cleaning water with UV254 and TOC detection

2.5 三維熒光光譜分析

圖8 原水的三維熒光光譜譜圖Fig.8 EEMs fluorescence spectra for raw water

根據(jù)前人的分類方法[23-25],由圖8可見,原水在4個區(qū)域出現(xiàn)熒光峰.熒光峰Ⅰ和Ⅳ屬于蛋白類熒光,熒光峰Ⅰ主要代表胞外蛋白質(zhì)類有機(jī)物,如芳香性氨基酸,熒光峰Ⅳ主要包含溶解性微生物產(chǎn)物(SMP),如多糖和蛋白質(zhì).熒光峰Ⅱ和Ⅲ屬于腐殖類熒光,熒光峰Ⅱ所在區(qū)域?yàn)樽贤鈪^(qū)富里酸類熒光,熒光峰Ⅲ所在區(qū)域?yàn)榭梢妳^(qū)腐殖酸類熒光.從熒光峰的分布位置來看,原水在蛋白類熒光峰區(qū)域具有較強(qiáng)的響應(yīng),由于蛋白類熒光主要來自于水生生物自身代謝產(chǎn)生的生源污染以及人類活動產(chǎn)生的人為污染[26],說明太湖原水可能受這2類污染的影響較大.

從圖9可以看出,太湖原水各組分的熒光峰主要出現(xiàn)在蛋白類熒光區(qū)域,腐殖酸和富里酸熒光峰強(qiáng)度較弱.強(qiáng)疏組分中含有較多大分子類芳香性蛋白質(zhì)以及少量腐殖酸;弱疏組分中主要以胞外蛋白質(zhì)類有機(jī)物為主,并有部分小分子酚類和富里酸;極親組分在4個區(qū)域均有峰值出現(xiàn),說明極親組分所含物質(zhì)種類較多,既含有蛋白類有機(jī)物又含有腐殖類有機(jī)物;中親組分的峰值并沒有出現(xiàn)在蛋白熒光區(qū)內(nèi),而是出現(xiàn)在腐殖類熒光區(qū),推測其原因可能是由于中親組分中多糖類有機(jī)物主要來源于動植物的分解,其中可能還存在不飽和碳雙鍵等特征結(jié)構(gòu).

圖9 不同組分的三維熒光光譜Fig.9 Fluorescence spectroscopy of different fractions

結(jié)合表 1,可以發(fā)現(xiàn)在原水、沉后水和膜后水中,強(qiáng)疏、弱疏和極親組分的4個熒光峰響應(yīng)強(qiáng)弱趨勢一致,由強(qiáng)及弱依次為:熒光峰Ⅳ＞熒光峰Ⅰ＞熒光峰Ⅱ＞熒光峰Ⅲ.祝鵬等[27]研究表明,當(dāng)芳香族蛋白類有機(jī)物的響應(yīng)強(qiáng)度大于腐殖類有機(jī)物的響應(yīng)強(qiáng)度時,腐殖類熒光峰易受到高強(qiáng)度蛋白類熒光峰的掩蔽,所以在圖9中強(qiáng)疏、弱疏及極親組分中的腐殖類熒光峰已看不到完整的峰型.中親組分的腐殖類熒光峰強(qiáng)度、位置與其他組分明顯不同.Ⅱ、Ⅲ峰均由λem=400～430nm向λem=350～380nm藍(lán)移,而熒光位置的藍(lán)移與有機(jī)物芳香環(huán)數(shù)減少,分子量降低有關(guān)[28],因此可以推斷中親組分主要由腐殖化程度較低的小分子有機(jī)物構(gòu)成.同時,藍(lán)移還表示水中極性基團(tuán)(羧基、氨基、羥基等)的減少[29],所以在進(jìn)行膜濾時,此類有機(jī)物與膜表面的相互斥力較低,容易相互接近.

比較原水和沉后水的熒光峰強(qiáng)度可以發(fā)現(xiàn),經(jīng)過預(yù)處理后熒光峰Ⅱ、Ⅲ的強(qiáng)度明顯下降,而熒光峰Ⅰ、Ⅳ的強(qiáng)度僅略微降低,說明混凝對疏水性的腐殖酸類有機(jī)物去除效果較好,但對親水性的蛋白質(zhì)類有機(jī)物去除效果一般,此結(jié)果與圖5的分析結(jié)果一致.而經(jīng)過微濾膜處理后,熒光峰Ⅰ、Ⅳ的強(qiáng)度幾乎沒有變化,熒光峰Ⅱ、Ⅲ的強(qiáng)度僅略微下降,說明微濾膜對有機(jī)物的去除能力有限,特別是對于親水性有機(jī)物的去除效果更差.

表1 不同組分的三維熒光峰峰值Table 1 Peaks on EEM fluorescence spectroscopy of different fractions

圖10 化學(xué)清洗水的三維熒光光譜Fig.10 Fluorescence spectroscopy of chemical cleaning water

由圖10可知,酸洗水的熒光峰主要出現(xiàn)在蛋白類熒光峰區(qū)域:λex=230nm/λem=330～350nm (區(qū)域Ⅰ) 和λex=280nm/λem=300～350nm (區(qū)域Ⅳ),說明其所對應(yīng)的胞外蛋白質(zhì)類有機(jī)物和SMP為酸洗水主要洗脫的物質(zhì)成分.而堿洗水中蛋白類熒光峰的強(qiáng)度要低于酸洗水中蛋白類熒光峰的強(qiáng)度,說明酸洗水對于蛋白類有機(jī)物的洗脫效果要優(yōu)于堿洗水.同時,在酸洗水和堿洗水中均有蛋白類熒光峰出現(xiàn),說明胞外蛋白質(zhì)類有機(jī)物和SMP是造成微濾膜不可逆污染的主要物質(zhì).

3 結(jié)論

3.1 混凝預(yù)處理可有效去除疏水性有機(jī)物,對親水性有機(jī)物的去除效果較差.混凝預(yù)處理可以有效緩解膜的可逆污染,但不能防止膜的不可逆污染.

3.2 太湖原水有機(jī)物可以分為3部分:第Ⅰ部分由相對分子量在大于300kDa的親水性有機(jī)物構(gòu)成,如多糖或蛋白質(zhì)等;第Ⅱ部分主要由中等分子量的有機(jī)物(1～10kDa)構(gòu)成,主要是腐殖酸等對紫外響應(yīng)較高的疏水性有機(jī)物;第Ⅲ部分主要由分子量小于1000Da的低分子親水有機(jī)物組成.

3.3 化學(xué)清洗可以有效清除沉積在膜內(nèi)的中親和強(qiáng)疏組分,它們是造成不可逆膜污染的主要污染物.

3.4 三維熒光光譜分析得出,中親組分主要由腐殖化程度較低的小分子有機(jī)物構(gòu)成,由于預(yù)處理很難去除,所以容易靠近膜表面或內(nèi)部造成污染.胞外蛋白質(zhì)類有機(jī)物和SMP是造成微濾膜不可逆污染的主要物質(zhì).

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Identification and characterization of membrane fouling substances in Taihu Lake.

YU Yao1, XU Guang-hong1, LIN Jie1, DONG Bing-zhi2*(1.College of Environmental Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China；2.Key Laboratory of Yangtze River Water Environment, Ministry of Education, Tongji University, Shanghai 200092, China). China Environmental Science, 2012,32(11)：2067～2074

This study employed coagulation-sedimentation-submerged microfiltration membrane process to treat raw water from Taihu Lake and investigated the variation of hydrophilicity/hydrophobicity and molecular weight (MW) of organic matter along this treatment process. The organic component of chemical cleaning water was also analyzed to confirm the main material composition causing the membrane fouling. Coagulation pretreatment could effectively remove organics with hydrophilic macromolecules responsible only for reversible fouling, but showed less effective in removing the mid- and low-MW organic matters responsible for irreversible fouling. In addition, three dimensional excitation-emission matrix (3DEEM) fluorescence spectra exhibited that the two regions closely related to membrane fouling were: λex=230nm/λem=330～350nm (RegionⅠ) and λex=280nm/λem=300～350nm (Region Ⅳ). The corresponding organic foulants in the two regions were extracellular protein-like organics and soluble microbial products (SMP), which were responsible for irreversible fouling.

microfiltration；membrane fouling substances；hydrophilicity/hydrophobicity；MW distribution；3DEEM

2012-03-19

水專項(xiàng)(2011ZX07410-002-1);廣東省教育部產(chǎn)學(xué)研結(jié)合項(xiàng)目(2009A09100047)

* 責(zé)任作者, 教授, dbz77@#edu.cn

X703

A

1000-6923(2012)11-2067-08

喻 瑤(1988-),女,滿族,吉林四平人,同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院碩士研究生,主要從事水處理理論與技術(shù)方面研究.