XDLVO理論解析溶解性微生物產(chǎn)物微濾膜污染機(jī)制.pdf

1、膜污染嚴(yán)重限制了微濾膜的廣泛應(yīng)用，而溶解性微生物產(chǎn)物(SMP)作為一種主要污染物，在膜過(guò)濾的過(guò)程中能夠造成嚴(yán)重的不可逆污染。用extended Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek(XDLVO)理論定量解析SMP微濾(MF)膜污染過(guò)程中的界面相互作用，探究不同溶液pH對(duì)SMP微濾膜污染的影響，以及三種界面相互作用在SMP微濾膜污染中所起的作用。
　　 研究結(jié)果表明，對(duì)海藻酸鈉來(lái)說(shuō)，在實(shí)驗(yàn)所涉及到的pH

2、范圍內(nèi)，三種界面自由能中，在粘附階段和粘聚階段，極性力界面自由能(△GAB)都起主導(dǎo)作用，決定總界面自由能的正負(fù)性質(zhì)。范德華力界面自由能(△GLW)絕對(duì)值較小，靜電力界面自由能(△GEL)絕對(duì)值最小，對(duì)膜污染影響微弱。所以，可推斷△GAB的改變對(duì)pH影響系統(tǒng)界面自由能起主導(dǎo)作用。疏水性的聚偏氟乙烯(PVDF)膜與海藻酸鈉之間的作用是引力作用，而親水性的聚醚砜(PES)膜與海藻酸鈉之間的作用是斥力作用，從而導(dǎo)致了物理清洗中PES膜的阻力去

3、除率高于PVDF膜。
　　 pH主要通過(guò)改變極性作用力自由能影響微濾膜的海藻酸鈉污染行為，對(duì)同一種膜，在粘附階段，隨pH值升高，占主導(dǎo)作用的極性力作用能△GADAB升高，從而使得總作用能△GADTOT升高，表現(xiàn)為微距作用范圍內(nèi)界面間的引力減弱，斥力增強(qiáng)。在粘聚階段，隨pH升高，藻酸鈉的親水性增強(qiáng)導(dǎo)致占主導(dǎo)作用的極性力作用能△GCOAB升高，藻酸鈉與藻酸鈉之間的粘聚作用能△GCOTOT升高。不同pH下的同一種膜的海藻酸鈉過(guò)濾實(shí)驗(yàn)粘

4、附階段污染趨勢(shì)(k)為pH5＞pH7＞pH8＞pH9，這與膜-海藻酸鈉之間的粘附自由能(△GADTOT)有較好的相關(guān)性。粘聚自由能(△GCOTOT)則與過(guò)濾實(shí)驗(yàn)的粘聚階段的膜污染趨勢(shì)有較好的相關(guān)性。粘附自由能為引力的PVDF膜的不可逆污染更為嚴(yán)重，而且不可逆污染主要發(fā)生在粘附階段。這說(shuō)明XDLVO理論可以預(yù)測(cè)微濾膜的海藻酸鈉污染趨勢(shì)。
　　 對(duì)BSA來(lái)說(shuō)在實(shí)驗(yàn)所涉及到的pH范圍內(nèi)，三種界面自由能中，在粘附階段和粘聚階段，極性力都

5、起主導(dǎo)作用，決定總界面自由能的正負(fù)性質(zhì)。范德華力界面自由能絕對(duì)值較小，靜電力界面自由能絕對(duì)值最小，對(duì)膜污染影響微弱。所以，可推斷極性力作用能的改變對(duì)pH影響系統(tǒng)界面自由能起主導(dǎo)作用。pH主要通過(guò)改變極性作用力自由能影響微濾膜的BSA污染行為，對(duì)同一種膜，在粘附階段，在不同的溶液pH條件下，占主導(dǎo)作用的極性力作用能△GADAB變化規(guī)律為pH10＞pH7＞pH3＞pH4.7，從而使得總作用能△GADTOT也具有相同的變化規(guī)律，表現(xiàn)為微距作用

6、范圍內(nèi)pH4.7時(shí)界面間的引力最強(qiáng)，斥力最弱，pH10時(shí)界面間的引力減弱，斥力增強(qiáng)。在粘聚階段，BSA的親水性隨pH的變化導(dǎo)致占主導(dǎo)作用的極性力作用能△GCOAB的變化規(guī)律為pH10＞pH7＞pH3＞ pH4.7，當(dāng)pH4.7時(shí)，△GCOAB最低，BSA與BSA之間的粘聚作用能△GCOTOT也最低。根據(jù)粘附自由能和粘聚自由能預(yù)測(cè)的膜污染趨勢(shì)分別與過(guò)濾實(shí)驗(yàn)的粘附階段和粘聚階段的膜污染趨勢(shì)有較好的相關(guān)性，這說(shuō)明XDLVO理論可以預(yù)測(cè)微濾膜的