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城市污水是重要的潜在水资源,膜处理技术在城市污水处理中发挥了重要的作用。随着城市居民生活方式的变化,城市污水中多糖含量日益增加,论文选取海藻酸钠(SA)作为多糖代表物,通过纯水接触角、标准截留率,以及扫描电镜和原子力显微镜等分析技术,获取了以浸没沉淀相转化法制备的亲疏水性不同的聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜、醋酸纤维素(CA)以及聚醚砜(PES)超滤膜的界面特性参数。结合zeta电位仪对不同p H值及特定浓度的Ca2+、Na+及腐殖酸(HA)、牛血清蛋白(BSA)等溶液环境中,SA溶液的zeta电位和粒径等特性理化性质参数的测定分析数据。以扩展胶体空间理论(XDLVO)和宏观过滤过程的膜污染数学分析模型,探讨了特定溶液环境条件(p H、离子种类、共存有机物)下,SA在不同材质超滤膜界面上的膜污染行为。研究结果如下:1.溶液p H从4升高到11时,SA的zeta电位由-9.72m V下降到-21.4m V;Ca2+或Na+存在下,SA的zeta电位从-15.43m V分别增加到-7.61m V和-7.86m V,SA稳定性下降;Ca2+存在下,SA的粒径呈现较为明显的变化(从138.4nm增加到500.1nm),表明SA发生团聚行为。2.XDLVO理论分析显示:疏水自由能决定了界面粘附自由能值的大小和正负,溶液环境的改变影响了SA与膜的极性张力分项,从而导致SA与膜界面间疏水自由能的改变。超滤膜界面的亲水化程度增加,溶液p H提高,共存金属离子的引入,可以有效提高膜界面及SA表面的极性张力,增大膜与污染物间的粘附自由能,从而减小SA的膜污染趋势。腐殖酸HA和BSA溶液共存环境中,SA界面负电性和粒径增大,界面极性张力分项减小,导致膜与SA界面间的粘附自由能降低。在相同溶液环境下,SA与CA的粘附自由能高于PES膜和PVDF膜,且SA在亲水性PVDF/PVA膜上的粘附自由能高于疏水性PVDF膜。随着p H升高,SA的粘附自由能增大。在Na+和Ca2+存在时,SA+Na+和SA+Ca2+比单一SA与膜的粘附自由能增大。在HA和BSA存在下,SA+HA和SA+BSA比单一SA与膜的粘附自由能降低。SA+HA与三种超滤膜中CA膜的粘附自由能最高;SA+BSA的混合比例对粘附自由能影响不明显。3.宏观膜污染过滤实验数据显示:随着p H值增加,单一SA,SA+HA和SA+BSA混合体系的膜污染情况均有所降低。Na+存在下,SA的通量衰减曲线变化不明显,不可逆污染指数和堵孔阻力有所下降;Ca2+的存在使得SA的通量衰减速率和损失量均明显增加,滤饼阻力明显增加。HA和BSA的存在,均使得SA的不可逆和堵孔吸附阻力增加。SA在亲水性PVDF/PVA膜上的污染程度均小于疏水性PVDF膜污染。在CA超滤膜上,SA+HA的膜污染较PES和PVDF超滤膜污染程度轻。过滤过程的膜通量衰减和膜污染数学模型分析数据验证了XDLVO理论分析结果,为超滤膜改性和膜前预处理调控提供了基础研究依据。4.以膜污染数学分析模型的初期通量下降速率、不可逆污染指数(rir)及堵孔阻力(Rf),与XDLVO理论中粘附自由能的相关性,其中最佳相关系数分别为0.9435,0.8586和0.9548,表明实际膜污染与理论预测结果具有较好相关性,然而在Ca2+存在下,SA的粘附自由能结果与初期通量下降速率的相关系数较低,这可能是因为Ca2+的自身极性导致的。