给水排水工程专业英语文献翻译译文第三篇

污水的有机污垢物污染的反渗透膜的污染和清洗

摘要：

被模拟的混合有机废水污水污染反渗透膜的结垢和随后的清洗已经有了系统的研究。有机污染研究包括海藻，牛血清白蛋白（BSA），萨旺尼河天然有机物，与辛酸,分别代表多糖、蛋白质、腐殖酸和脂肪酸，在出水有机物中它们是无处不在的。建立了存在或缺乏钙离子的混合有机污染物的结垢行为和机制后，我们的研究集中在被有机污染物质的混合物污染的渗透膜的清洗机制。化学清洗剂代理包括碱（氢氧化钠），金属螯合剂（乙二胺四乙酸），阴离子表面活性剂（十二烷基硫酸钠），和浓缩盐溶液（氯化钠）。具体来说，我们研究清洁剂型，清洁液，清洗时间，和结垢层组成对膜清洗效率的影响。在有机污染物质的混合物污染的污染膜的的条件下模拟的化学清洗的调查时，粘附力值测量值提供了深入了解化学清洗机制。结果表明，在单用碱性溶液（氢氧化钠）不能有效的破坏含钙有机污染形成的配合物，较高的pH值会导致有效的清洁，如果有足够的流体剪切力（由横向表面流提供）存在。表面活性剂（十二烷基硫酸钠），一个强大的螯合剂（乙二胺四乙酸），和盐溶液（氯化钠）可以有效的清洗混合污染的反渗透膜，尤其是如果应用在高pH值和更长的清洗时间。观察各种清洁剂的清洗效率均符合相关测量–分子间力值值。此外，我们已经表明，最佳的清洁剂浓度 可以从绘制的还原百分比–粘附力的值与清洗剂浓度的对比中推出。 1 景区简介

全球范围对饮用水需求的增加，选择水源满足这一需求的方式从传统的来源，如水库、湖泊，转换到较常规来源，如污水二级污水处理。为生产优质用水，使用膜进行海水淡化和废水回收已应用的更广泛。膜污染是利用膜技术等应用的一个主要障碍，因为污染是不可避免的。尽管努力研究开发更好的防污膜[和改进控制方法策略，膜污染仍随时间发生。因此，长期解决办法是通过化学清洗清除沉积膜。

在废水中，回收为了选择适当的清洁剂和采用有效的化学清洗规程，必须了解废水排放特性的对膜污染的影响。废水污水含有溶解的有机物质，俗称作为出水有机物（efom），它包括多糖，氨基糖类，蛋白质，核酸，腐殖酸和富里酸，

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有机酸，和细胞成分。被efom有机污染的反渗透膜范围广泛因为efom一般小到足以通过预处理的膜微孔（中频或超滤）。特别是，最近的调查结果表明，虽然生物可以诱使膜的尾迹模块，但是暴露在再生水中的污染的lead-element主要由efom吸附。此外，观察到在高分子量疏水/芳香族馏分的efom下更高潜力的污染物。已有报告称反渗透膜中营养物中钙离子的出现形成efom成分的配合物，如多糖和天然有机物，并能显著强化膜污染。虽然以前的研究已经解决了反渗透膜的有机质污染类型，如多糖，蛋白质和脂肪酸，然而只有最近的调查报告研究，复合或混合污染对反渗透膜污染的影响。

各种化学清洗剂是常用的清洗受有机物污染的反渗透膜 。碱性对膜的溶垢层的水解和溶解作用去除有机污染物质。碱性溶液也增加了pH值，因此增加费用和降低有机质溶解度。金属螯合剂去除络合有机分子的二价阳离子和削弱结构完整的污垢层基质。表面活性剂通过在分子周围形成胶束使它们溶解，从而促进消除膜表面的污染。在我们先前的研究有机盐清洗有机质污染的反渗透膜时，我们表明，氯化钠和其它常见的惰性盐可作为一个有效的替代选择用于清洗被亲水性凝胶有机污染的反渗透污染膜。在盐溶液，污垢层膨胀，变得更加多孔。因此，这将有助于扩散的钠离子进入污染层通过离子交换解体钙离子–海藻酸钠。了解污染层特性和相互作用的化学剂污染是至关重要的对于有效的清洁有机质污染的反渗透膜。

原子力显微镜（AFM）已应用于膜污染/清洁以便研究量化分子间力。我们的研究表明，污垢–污垢之间的分子力的相互作用可通过使用carboxylate-modified乳胶胶体探针原子力显微镜流体细胞测量确定的执行力。该技术已被用来量化腐殖酸污染纳滤膜的污染方式和十二烷基硫酸钠的清洗效率，并已扩展量化形成海藻酸钠，牛血清白蛋白和辛酸过程中被有机物污染的反渗透膜。在研究中，原子力显微镜也被用来作为一种表明最佳浓度的清洁剂清洗规膜的替代工具。原来使用原子力显微镜的协议已修改为调查不同的污染的分子间粘附力。

本研究的目的是探索混合物的有机污染物质模拟废水污水污染反渗透膜和随后的膜清洗剂的化学清洗机制。研究相关废水利用，我们系统的调查污染反渗透膜的每一个有机值类型（多糖，蛋白质，腐殖酸，或脂肪酸）及其含有多种类

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型的有机污染的混合物（在存在或缺少钙离子的情况下）。清洗试验分别在使用氢氧化钠，乙二胺四乙酸，十二烷基硫酸钠和氯化钠为，新型碱性溶液中，金属螯合剂，表面活性剂，和盐清洗方案下进行。不同的污染间粘附力和混合物骨料尺寸估计值的被用来解释反渗透膜污染机理和膜的一种清洗机制。 2 材料与方法 2.1 有机污染

该模型有机污染选择废水排放中发现的有机物代表的多糖，蛋白质，腐殖酸和脂肪酸的分别是海藻酸钠（西格玛奥尔德里奇,圣）萨旺尼河天然有机物（国际腐殖质社会，圣保罗，锰），牛血清白蛋白（牛血清白蛋白）（西格马–奥德里奇，圣路易斯，钼）和辛酸（分析研究）（西格马–奥德里奇，圣路易斯，钼）。按照厂商来，海藻酸钠分子量范围从12000至80000。srnom其他特点包括疏水性有机物的分子量和质量分数可以在其它地方被发现。根据制造商，该分子量约为66000的牛血清白蛋白。牛血清白蛋白有报道称等电点在PH4.7[。辛酸（西格马–奥德里奇，圣路易斯，钼）被选定为efom模型因为其脂肪酸在食品和水中溶解度（饱和在20℃时的浓度为4.7mM）。

海藻酸钠，牛血清白蛋白，和SPNOM以粉末和溶液形式（2克/升）的贮存是通过去离子溶解每个污染水的形式提供的。去离子水是由一个milli-q超纯水净化系统供应（密理博，比莱卡，测量与分析）。原溶液的混合进行24小时确保完全污染物的溶解，其次是一个0.45 微米的过滤器过滤（滤膜，微孔，比莱卡，测量与分析）。过滤后的原液在4?C下存储在消毒的玻璃瓶中，辛酸以溶解状态加入（浓度≥98%）并在室温下储存。为获得达到污垢溶解的辛酸浓度，辛酸必须在污染之前至少8小时溶解，以便在开始结垢时使辛酸可以以溶液方式加入。开始污染前几个小时， 储备溶液的离子强度被调整到与料液（10毫米）相同的浓度和溶液的PH值根据周围环境PH值3.9–9的需要通过加入1M氢氧化钠。 2.2 化学清洗剂

化学清洗剂使用的是：作为碱性溶液的氢氧化钠（PH=11），作为金属螯合剂的乙二胺四乙酸二钠（Na–EDTA），作为一种阴离子表面活性剂的十二烷基硫酸钠（SDS），和作为清洗盐溶液的氯化钠。产品来自费世尔科技（匹兹堡，宾夕法尼亚州）和使用时没有进一步净化。本化学品制备新鲜溶液通过在去离子（DI）

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水中溶解每个化学药品。乙二胺四乙酸，十二烷基硫酸钠和氯化钠清洗液的pH值必要时以氢氧化钠进行了调整。 2.3 反渗透膜

具有相对良好特点的lfc-1薄膜复合材料膜（海德能，欧申赛德，加利福尼亚州）被用来作为一种新型反渗透膜。平均水力阻力被确定为9.16（±0.11）31013/m,与1个渗透性液压10.9（±0.13）310-11/毫秒相一致。观察到盐排斥率为98.7–99.3%，在一个应用压力为300磅（2068.5帕）和8.6厘米/秒的表面流速率的情况下决定了一个10毫米（584毫克/升）氯化钠料液，膜样品以干片的形式收到，并被切割，并在4℃下存储在去离子水中，对于等电位点为约4.6废水排放物，已有报告称在溶液的典型化学过程中膜是带负电荷的。已报告称涂有中立的聚合物层的膜在碳水化合物功能方面是出色的，相比于其它无涂层的聚酰胺反渗透膜，它可以表面电荷降低。 2.4 交错流实验装置

在实验室规模的交错流实验下运行膜的污染和清洗过程。膜的实验装置包括：一个膜组件、泵、进水池、温控系统和数据收集系统。膜组件由一个矩形的平板框架组成，平板膜就放置在这个长7.7cm、宽2.6cm、高0.3cm的矩形通道上。渗滤液和滞留物都回流至进水池，连接电脑的数字流量仪（Optiflow 1000, Humonics, CA）会连续记录渗滤通量，漂浮的转子流量仪（King Instrument, Fresno, CA）会监测滞留流速。旁通阀（Swagelok, Solon, OH）和背压调节器(U.S. Para Plate, Auburn, CA)一起协力调节错流速率和运行压力。温度则由一个淹没在进水水池的循环冷温机（Model 633, Polysciences）控制，这个冷温机上连接了一个不锈钢盘管。

2.5 污染和清洗实验

首先，膜过滤去离子水，进行压缩直到渗滤通量达到稳定为止，一般初始调节基线为1h。然后，膜过滤电解质溶液2h，基线达到稳定。由于运行基线时，其通量已经预先确定，所以在加入电解质溶液后，初始通量会下降至一个特定通量：2.3*10-5ms-1 (或83L m-2h-1)。在这一阶段，电解质溶液的化学成分和运行条件与后来的污染实验一致。

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在辛酸完全溶解的同时，有机污染物溶液也需要准备8h。准备的进水污染液放置在另一个容器里，并且其化学成分与调基线时的电解质溶液相同，所以膜过滤进水污染液时，其过滤的总离子强度和溶液的化学成分不会变。膜过滤污染液17h。在污染最后，倒掉进水池的污染液，换成化学清洗剂，开始膜清洗过程。在清洗的最后，倒掉清洗液，进水池和膜组件均通过去离子水，以冲洗掉残余的化学清洗剂。最后，清洗后的膜组件过滤去离子水，重新测定纯水通量。 整个实验除了清洗过程，错流速率均保持在8.6cm/s。因为这一阶段的运行条件（如初始通量、错流速率和温度）与调节初始基线时相同，通过比较污染前和清洗后的纯水通量来计算清洗效率。在整个污染/清洗阶段，进水池中的溶液一直由磁悬搅拌机不断搅拌混合，以保证进水和清洗剂的完全混合。

为了确定清洗效率的可再生性，重复污染/清洗过程。结果表明重复运行时的污染速率和清洗效率与第一次运行时相差不到5%。

为了研究污染阶段的滤出液的水质变化，取污染前、污染开始、和结束时的滤液水样进行分析，采用ICP-AES(ICP Optima 3000, Perkin Elmer, Waltham, MA)测其盐挡阻作用。污染前的滤液水样和进水水样应在污染前30min收集；污染开始时的水样在膜过滤掉20ml水后（8min后）收集；污染结束时的滤液和进水水样应在膜污染最后40min时收集。 2.6。 使用AFM对粘附力测量

原子力显微镜（AFM）是用来测量大体积溶液中的污染物和膜上污垢层上的污染物之间的表面力。使用对商业原子力显微镜探针（加利福尼亚州圣巴巴拉的一家大计量集团）改进过的胶体探针进行测量。一种被羧酸盐改进过的乳酸颗粒被用来作为一个有机污垢的替代品。因为有机污染物（海藻酸钠和SRNOM）显示预显性羧酸官能团。使胶体探头，一种被羧酸盐改进过的直径4微米的乳酸颗粒用土地光学胶（诺兰德产品，公司，克林伯利，新泽西州）黏贴到无针尖氮化硅上。胶体探针在紫外光照射下固化20分钟。

使用一个封闭的入口/出口循环，在流体细胞上用AFM进行附着力的测量。注入污水水池的溶液和工作台上的污/清洁实验所用的溶液是一致的。一旦所有液体气泡溢出的污水池时,注水就会停止而且出口就会被关闭。在膜的黏附力测试完成前30-40分钟在膜上的力在测试溶液中达到平衡。在三个到五个不同的位置进

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为了避免以上的麻烦，我们利用AFM作为唯一指示清洗剂浓度的工具，这项工具将应用于受污染膜的清洗。用以准备测试溶液的方案与用于在一种清洗剂出现的情况下分析单个有机物污染时所用的方案是类似的，除非在测试溶液中有机污染物总体包含所有能够污染的污染物类型，这样在不同的清洗剂浓度都出现的情况下，分子见的吸附力才有比较性。

已有人提出，有效地清理包含两种重要的机理：清洗层间清洗剂和污染物之间的化学反应；清洗剂从大体积向清洗层之间的大量转换。AFM的一个重要的限制条件是它的物理条件，在它这种物理条件下，受污染膜不能在AFM流化层重新产生。因此，清洗剂在清洗时的大量转换的影响并不能反映出来。尽管如此，但是随着清洗剂浓度而减少的分子间的作用力将表示使用清洗剂的浓度。在给定的清洗剂浓度条件下，清洗剂与污染物之间的化学反应是受欢迎的，一种清洗剂的清洗效率可以通过调整运行条件来优化，而且根据污染物的浓度，这种运行条件也会相应地改变。 3.4.1 氢氧化钠

我们调查了NaOH在降低污染物分子间作用力时的影像。图10a表明，尽管污染物随着之间的吸附力随着NaOH的添加而减少，但是这种减少是少量的、缓慢的。图10b表明了在NaOH出现的情况下，混合物分子间吸附力的减少的百分数。这种与NaOH相关的分子间吸附力的轻微减少趋势表明NaOH对于受污染的膜来说并不是一种有效的清洗剂。这和图6显示的是不一样的。我们可以推断，尽管NaOH不是一种有效的化学清洗剂（从其对污染物的去除效率中就可以看出来），形成于混合物的大量受污染层可以通过化学作用去除，如横向流的剪切力。在Ca2+存在的情况下，NaOH对受污染膜的清洗效率很高这个事实表明了藻酸盐和钙之间的联系，它们组成了对两种类型膜的污染层结构的体积。藻酸盐和钙间的联系在补充液里面包含有藻酸盐作为单独类型的污染物时会增强，在其它污染物存在与补充液时会消弱。然而，在其它污染物存在的情况下，一种紧密的层是有可能出现的，这跟前面的讨论时一致的，因此，我们期望清洗剂渗透到污染物膜时会有更低的体积转换率。由于低浓度的藻酸盐和钙的连接能量，提升的化学清洗剂的影响也许可能会受后面的化学药剂体积转换的抵触。 3.4.2 NaCl

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图11a表明了NaCl浓度对减轻分子间作用力之间的影响，随着NaCl浓度的降低，混合物分子间的作用力平缓减少并稳定在100mM水平。图11b表示，对于这些实验，NaCl的最优浓度应该是大约50mM，这是在盐的添加量不会导致重要提升时的情况之后出现的。在NaCl存在的情况下分子力减少的百分数比NaOH存在时更重要。这个结果是通过500mM的NaCl的清洗效率高于PH=11时的NaOH这个事实反映出来的（见图6）。 3.4.3 SDS

我们调查了SDS浓度对降低分子间作用了的影响。图10a表明，随着SDS浓度的降低，分子间作用力也会降低。当SDS浓度超过8mM时，这种分子间作用力降低的也越明显，正如报道中所说，SDS的临界浓度时8.36mM。SDS的最优使用浓度因而比临界浓度的浓度要高。图12b分子间力随SDS的侧面降低的百分数。从图表中可以推断出，对于SDS和污染物间的最佳反应，最优的SDS 浓度大约是10mM，在SDS浓度为10mM时，吸附力降低的百分数显著增强。在SDS浓度以10mM（65%）出现的情况下，混合物分子间相对比较高的降低百分数与在清洗试验中清洗剂高效的清洗效率是一致的（见图6）。 3.4.4 EDTA

在降低分子间作用力时EDTA浓度的影响如图13a所示。分子间的作用力随着EDTA浓度的降低而减少，并稳定在EDTA浓度为1.0mM时。这个发现表明，在调查条件相似的情况下，1mM的EDTA对于受污染的膜来说是最佳的清洗浓度。图13b表明，在0.5mMEDTA出现的情况下，混合物分子间作用了降低的百分数为47%，这和大量清洗实验中观察到的清洗剂的清洗效率是一致的（见图6）。 结论：

本论文研究由一种或多种混合有机污染物造成的反渗透膜的污染。为了所研究保持相关污水的可重复利用性，污染和清洗实验要在被包含有褐藻酸盐、BSA、SRNOM和含有钙离子的辛酸流入溶液所污染的薄膜上进行。对于污染实验，流入溶液中的污染物质的组分是不同的，而对于清洗实验，本论文研究了不同清洁剂的清洗效果、PH值和被污染膜的清洗时间所造成的影响。

因为膜污染取决于海藻酸钠里含有的钙离子，所以分子作用力的研究和污染物尺寸的大小都将被看作一种单一的或混合污染物质。本论文提出藻酸钠进水所

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造成的膜污染取决于污染物质的颗粒尺寸和主体溶液的一致性。污染物质颗粒的尺寸越小越紧凑，污染物质的有效通量越小由于形成了更紧凑的污垢层。污垢层的结构也会影响污垢层清洁剂的转移。

清洗实验采用了普通的清洗剂，如NaCl、NaOH、SDS和EDTA。所获得结果取决于不同化学条件分子作用力和所有污染物的存在形式。结果表明，NaOH并不能有效的破坏含有钙离子的复杂的有机污染物，但更高的PH值可以破坏污垢层之间的剪切力使之释放。NaCl、SDS和EDTA都可以清洗被混合污染物质污染的反渗透膜，尤其在高PH值和长清洗时间下效果更为明显。该结果和有关膜膜分子间作用力的测试是一致的。一个最优的清洁剂浓度来源于污染物之间的分子作用力随清洁浓度变化的百分图表。 感谢：

该研究基金由美国国务院内务部、复垦局,海水淡化部门、水净化的研究和发展项目(授予，NO。05-FC-81-1147),获得新加坡公用事业委员会博士奖学金w2s2盎,和交通NWRI-AMTA膜技术阿尔贝托Tiraferri.LFC-1膜由Hydranautics提供。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/mvsf.html