[发明专利]基于TEP的混凝剂调控方法及其应用

说明书

本发明公开了基于TEP的混凝剂调控方法及其应用，其中所述调控方法通过混凝剂调控模型获得，所述调控模型基于动态过滤条件下获得的动态调控数据及经第一固定测试获得的定量数据建立，其中，所述动态调控数据包括在所述动态过滤条件下，获得的混凝剂浓度及与其对应的TEP模拟污染物的第一定量特征的值；所述定量数据包括在所述第一固定测试中获得的混凝剂浓度及与其对应的TEP模拟污染物的第二定量特征的值。本发明可获得精确、高效、优选的调控方案，通过该调控方案可控制污染物的聚合行为及其在膜表面的沉积、达到防控膜污染的目的。

技术领域

本发明涉及混凝剂调控膜污染的技术领域。

背景技术

膜分离是以天然或者人工合成的具有选择透过性功能的薄膜为分离介质，通过在膜两侧施加一种或者多种推动力(如压力、浓度差、电位差、渗透压等条件)，使原料中的某些组分选择性的优先透过膜，从而达到混合物分离和产物提取、纯化、浓缩等目的的过程。膜分离技术因具有分离效果好、处理效率高、操作简单等优点在食品，工业，深度处理饮用水、海水淡化等领域受到广泛应用。膜分离过程采用的膜的种类十分广泛，根据孔径大小可以将膜分为微滤、超滤、纳滤和反渗透。

膜污染问题是膜法水处理技术领域亟待解决的核心问题。根据污染物的来源不同，膜污染可以分为有机污染、无机污染、生物污染和固体胶体污染。有机污染物主要是由多糖、蛋白质和腐殖酸组成，而其中的多糖物质是自然界广泛存在的构成生物体的三种天然大分子之一，在可溶性微生物产物(soluble microbial products,SMP)和胞外聚合物质(extracellularpolymer substances,EPS)中都占有很大比例。此外，与蛋白质和腐殖质物质相比，多糖具有更长的分子链并且具有凝胶特性，因此往往导致更为严重的膜污染。越来越多的研究发现，多糖物质在膜的有机污染和生物污染发展中都起着至关重要的作用。然而，由于表征技术的缺乏，目前在分子层面对对多糖污染物的认知十分有限，尤其是对其分子结构的近远程结构在膜污染中的作用亟待解析。近三十年，一种新型污染物质——透明胞外聚合颗粒物(Transparent Exopolymer Particles,TEP)因其独特的膜污染特征越来越受到人们的关注。TEP是一类主要成分为酸性多糖的高黏性有机微型水凝胶。经研究发现，TEP是多糖物质通过分子间相互作用形成的，深受多糖分子结构的影响。TEP的发现揭示了多糖类污染物在水环境中并不是以单分子的状态存在，而是通过分子间的交联聚合形成尺寸更大的聚合物，即TEP。这种由多糖分子结构影响的聚合行为决定了多糖污染物在膜过滤过程中的行为特征。TEP的测量能够揭示多糖聚合的程度，为解析多糖膜污染机制和控制膜过滤过程中的膜污染问题提供了全新视角。TEP的定性定量测定深入到分子层面解析多糖污染物的微观形貌特征，为揭示其膜污染潜势以及由此开发膜污染调控措施提供理论和实践支撑。

膜污染主要包括膜孔堵塞及膜表面污染物的沉积，其中膜孔堵塞往往造成不可逆的膜污染。为了防止不可逆膜污染的发生，在膜过滤系统中常通过膜前预处理工艺改变进水中污染物的物理特性、化学特性和生物特性，减少进入膜孔的污染物质从而达到缓解膜污染的效果。其中混凝工艺具有费用低、易操作的优点，是目前应用最为广泛的预处理技术。为了达到控制膜污染的效果，应当降低污染物质在膜孔内的沉积，缓解不可逆膜污染；同时改变膜表面滤饼层的结构特征，调控并利用其透水性及过滤性能对进水进行预滤。其中最为关键的是通过添加适量的混凝剂促使膜污染物发生分子间交联，形成可控的、适当大小的、具有合适黏弹特性的聚合体。然而，混凝剂对进水中污染物质状态、性质和膜污染潜势等关键特质的作用机制缺乏探究，导致进水成为膜系统的“黑盒子”。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提出一种可以通过混凝剂调控模型获得精确、高效、优选的调控方案，从而实现对膜污染最大程度抑制的方法。本发明的目的还在于提出该方法在控制膜污染上的应用。

本发明首先提供了以下的技术方案：