明，絮体性质对混凝-超滤 / 微滤联用工艺中膜表面 24 h 备用，实验前对膜片预压至少 8 h，使其出水通
滤饼层的可压缩性和透水性都有很大的影响。由于 量达到稳定并测定其初始通量，随后进行混凝出水
纳滤膜自身的特点，导致絮体对纳滤膜污染及滤饼 过滤实验，直到出水通量达到 2 000 mL 为止。
层的形成会有所不同，因此，进一步研究混凝-纳滤 1． 4 絮体和污染膜片的表征
选用的 NF270 纳滤膜（ Dow 公司） 为实验膜片，
生［7］。在去除腐殖酸等疏水性污染物的同时，混凝 平均粗糙度为（ 9． 0 ± 4． 2） nm。在 550 kPa 条件下，
过程所形成的絮体，同样会在后续膜过滤过程中的 对氯化钠的截留率为 43% ，氯化钙的截留率为 40%
膜表面发生沉积作用而形成滤饼层。大量研究表 ～ 60%［9］。NF270 纳滤膜至少浸泡在 去 离 子 水 中
（ 800 mL，Millipore 公 司） 和 磁 力 搅 拌 膜 过 滤 容 器 2 结果与讨论
（ 400 mL，Millipore 公司） 组成。压力由氮气瓶提供，
操作压力为 0． 35 MPa。过滤通量由精密电子天平 2． 1 混凝剂投加量对腐殖酸去除效果的影响
（ METTLER TOLEDO 公司） 每隔 1 min 测量一次，并
基金项目： 国家自然科学基金资助项目（ 21176245，50978245 ） ； 国家 科技支 撑 计 划 课 题 （ 2012BAJ25B02，2012BAJ25B06 ） ； 国 家水体 污 染 控 制 与 治 理 科 技 重 大 专 项 （ 2008ZX07101006）
收稿日期： 2011 － 12 － 30； 修订日期： 2012 － 03 － 07 作者简介： 于洋（ 1985 ～ ） ，男，硕士研究生，主要研究方向： 水处理技
1 实验部分
1． 1 实验试剂和水样 腐殖酸 （ humic acid sodium salt，H16752，分 析
后利用 扫 描 电 镜 （ S-3000N，日 本 日 立 公 司，配 有 EDAX 公司能谱仪） 对膜表面进行形态观察和元素 分析。 1． 5 污染模型分析
纯，Sigma-Aldrich 公司） ，按照 Tang 描述的方法进行 纯化处理，去 除 富 里 酸、金 属 离 子 和 灰 分［8］。 结 晶 氯化铝（ 分析纯，西陇化工有限公司） ，聚合氯化铝 （ PAC，淄 博 旭 贝 化 工 有 限 公 司） ，氢 氧 化 钠 （ 分 析 纯） ，盐酸（ 分析纯） ，碳酸氢钠（ 分析纯） 。
剂对纳滤膜污染的影响，考察不同投加量条件下纳 光学元件后，通过蠕动泵返回搅拌杯中。胶管内径
滤膜出水通量的衰减情况，通过研究絮体性质对纳 为 5 mm，控制流速在 1． 5 L / h，防止造成絮体破碎而
滤膜污染机理进行探讨，为混凝-纳滤联合工艺的实 影响测量的准确性。
际应用获得良好的理论基础。
过滤实验结束后，污染膜片储存在保存液中，随
3． College of Life Science and Technology，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China）
Abstract Flocs formed by coagulation process will also affect the performance of membrane filtration． Floc characteristics of coagulants-conventional Al salt （ AlCl3 ） and polyaluminum chloride （ PAC） under different dosages were investigated by using a laser diffraction instrument． The results showed that membrane flux decline was deteriorated less than 0． 20 mmol / L dosages． With the dosages increasing，membrane flux decline decreased significantly． The flux decline （ J / J0 ） with only humic acid （ HA） was 0． 65． Adding 0． 50 mmol / L AlCl3 and PAC coagulants，the flux declined 0． 78 and 0． 75，respectively． Cake resistance was more obviously affected by floc size． The bigger floc size is，the better permeability of cake is． The mechanism of nanofiltration membrane fouling was mainly pore blocking by fouling model analysis．
量的混凝剂（ 投加量按 Al 计） ，30 s 后转入 200 r / min 为料夜浓度。
时间为 1 min，再慢搅（ 40 r / min） 15 min，静止沉淀 20
整理后：
min 后，在液面下 2 cm 处取上清液，水样经 0． 45 μm 微 孔滤膜过滤后，在 254 nm 波长下测定吸光度值，进行
联合工艺中絮体性质对纳滤膜污染的影响，对于确
采用 Mastersizer 2000 激 光 粒 度 仪 （ Malvern 公
定最佳的混凝条件，减缓纳滤膜污染的发生具有重 司） 对不同混凝剂投加量条件下形成的絮体尺寸和
要意义。本实验主要研究氯化铝和聚合氯化铝混凝 分形维数进行测定［10］。悬浊液流经激光粒度仪的
天然有机物（ NOM） 被认为是引起膜污染的主 要原因之一。腐殖酸是天然水体中很重要的一类天 然有机物（ NOM） ，被很多研究学者选为膜污染的特
征物质。Tang 等［5］研究了纳滤和反渗透的腐殖酸 污染，相比于初始膜片的性质，膜表面沉积污染物之 间的相互作用对膜通量衰减具有更大的影响。
在饮用水处理过程中，混凝过程可以有效去除 NOM 特别是腐殖酸等疏水性有机污染物。对于超 滤和微滤过程，混凝被普遍选为膜过滤的预处理工
实验原水用上述腐殖酸添加到去离子水进行配
膜污染形成后，纳滤膜总阻力包括膜本身阻力
（ Rm） 和滤饼层阻力（ Rc） 。
Rt = Rc + Rm
（ 1）
总阻力可以用通量表示：
Rt
=
Δp Jμ
=
ΔpAt Vμ
（ 2）
制，腐殖酸浓度为 10 mg / L，投加 5 mmol / L 的碳酸 其中： Δp 为跨膜压差； J 为出水通量； μ 为滤液的粘
第7卷 第2期 2013 年2 月
环境工程学报
Chinese Journal of Environmental Engineering
Vol ． 7 ，No ． 2 Feb ． 2 伟1* 王艳贵1，2 范卫红1，3 栾兆坤1
（ 1． 中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室，北京 100085； 2． 中国矿业大学化学与环境工程学院， 北京 100083； 3． 北京化工大学生命科学与技术学院，北京 100029）
术。E-mail： yuyang_top@ 163． com * 通讯联系人，E-mail： zhaocw@ rcees． ac． cn
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环境工程学报
第7 卷
艺，可以有效地减轻出水通量的衰减［6］，对于纳滤 通过数据线连接到电脑上记录数据。
过 程，混 凝 预 处 理 同 样 能 有 效 减 缓 膜 污 染 的 发
关键词 混凝 絮体性质 纳滤 膜污染
中图分类号 X520． 5 文献标识码 A 文章编号 1673-9108（ 2013） 02-0427-06
Effect of floc characteristics on nanofiltration membrane fouling
Yu Yang1 Zhao Changwei1 Wang Yangui1，2 Fan Weihong1，3 Luan Zhaokun1
氢钠作为缓冲盐，使用氢氧化钠和盐酸调节配水的 度系数； A 为膜面积； V 为过滤体积； t 为过滤时间。
pH 为 7． 5。
滤饼层阻力可表示为：
1． 2 混凝烧杯实验 在六联搅拌器（ ZR4-6 型混凝实验搅拌机） 上进
Rc
=
αM A
=
αVCb A
（ 3）
行烧杯实验，在快速搅拌（ 250 r / min） 瞬间投加一定 其中： α 为特定滤饼层阻力； M 为污染物沉积量； Cb
t V
=
μαCb ΔpA2
V
+
μRm ΔpA
（ 4）
后续纳滤实验的混凝出水不经过沉淀直接进行过滤。
构建 t / V 与 V 的函数关系如图 1 所示，Schipp-
1． 3 纳滤实验
ers 等［11］ 将 其 分 为 3 个 区 域： （ Ⅰ ） 膜 孔 堵 塞 区；
纳滤实 验 采 用 死 端 过 滤 方 式，装 置 由 储 液 罐 （ Ⅱ） 滤饼层非压缩区； （ Ⅲ） 滤饼层压缩区。
Key words coagulation； floc characteristic； nanofiltration； membrane fouling
纳滤介于超滤和反渗透之间，相比于反渗透具 有更高的出水通量，而与超滤和微滤相比，纳滤可以 截留分子量更小和带有价态的分子和离子。许多学 者对纳 滤 截 留 痕 量 有 机 和 无 机 污 染 物 进 行 了 研 究［1-3］，特别是对小分子有机物以及重金属离子，纳 滤膜表现出较好的截留效果，在饮用水处理中具有 良好的应用前景。然而，在实际分离过程中，膜污染 是纳滤膜应用过程中所面临的主要问题。恒压条件 下，膜污染的发生不仅会大幅降低膜的出水通量，而 且由于频繁的清洗也会缩短膜的使用寿命，增加折 旧费用和运行成本［4］。