四川大学刘百仓团队Desalination：不同预处理方法对煤化工废水处理中反渗透膜污染的缓解效果及机理
研究亮点
1.研究了预处理方法对连续处理中反渗透污染的影响。
2.臭氧氧化和吸附作用使初始膜通量增加了3.4%~9.9%。
3.预处理使归一化膜通量从0.64提高到0.75~0.78。
4.疏水组分和荧光有机物在膜污染过程中起着关键作用。
5. XDLVO 理论通过分析粘附/内聚能，证实了污染机理。
文章简介
膜污染是反渗透（RO）系统运行中的一大挑战，尤其是在处理复杂工业废水，如煤化工废水（CCW）时。本研究系统地评估了软化、吸附和臭氧化三种预处理方法在减轻RO系统膜污染方面的有效性。结果表明，三种预处理方法都能有效延缓膜污染，使正常化膜通量提高了17.2%至21.9%。软化通过去除79.1%的Ca2+和27.8%的Mg2+，防止了大量无机-有机絮凝物的形成，从而减少了膜污染。吸附和臭氧化通过降低CCW中的有机物浓度、分子量和亲水性来减轻膜污染。具体来说，臭氧化去除了84.7%的荧光有机物和18.2%的疏水性组分，而吸附去除了70.8%的荧光有机物和11.0%的疏水性组分。界面自由能分析进一步揭示了膜污染的分子级机制，表明这些预处理方法有效地降低了膜污染。通过改变CCW的特性来改变膜与污垢之间的粘附自由能，从而显著延缓膜污染的进程。这项研究强调了在工业废水处理中选择适当的预处理策略以提高RO系统的效率和使用寿命的重要性。
图1.包括不同预处理装置和反渗透装置的整个处理系统原理图
图2. 不同预处理方法对CCW特性的影响：(a)紫外可见吸收光谱；(b)有机质分子量分布(c)疏水和亲水有机质含量的变化
图3. 不同预处理方法对CCW中荧光有机物的影响
图4. 预处理对反渗透系统的影响：(a)膜通量和(b)归一化膜通量
图5. 不同预处理体系反渗透膜上污垢层的表面形貌及组成
图6. 不同预处理系统的反渗透膜污染层中荧光有机物的组成
图7. 污垢的表面张力参数(a)，污垢之间的内聚自由能和污垢与膜之间的附着自由能(b)
图8.膜污染缓解机理示意图
