膜分離法與過濾相似嗎

淡水資源的缺乏和日益加劇的汙染，促使人們加快清潔淨化技術的革新，膜分離技術在水處理過程中的應用因此得到了快速發展。

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既往針對膜分離過程中通量下降、跨膜壓差升高問題開展的相關研究，獲得了眾多效能恢復技術，為膜分離技術的推廣應用積累了寶貴的經驗。然而，膜汙染問題是膜分離技術推廣和應用的重要阻礙。因此，深入探討形成膜汙染的根本原因，科學地應用減緩膜汙染的策略及採取有效應對措施等，是該領域的研究熱點。

作者團隊在國家 973 計劃前期研究專項課題（NO。2008CB417211），國家自然科學基金專案（NO。50308023、NO。50578183、NO。51008243），陝西省重點科技創新團隊建設計劃及多個重點產業鏈（群）專案的支援下，

在水處理膜分離的理論和技術方面取得多項成果，在技術轉化及應用方面創造了良好的經濟及環境效益

。本書將與膜汙染相關的部分成果系統梳理，以理論與實踐緊密結合的認識高度，揭示膜汙染形成的深層次原因，分析造成膜汙染的優勢物作用因素，為針對性採取對策、設計與執行管理提供支援。

《水處理膜汙染結構引數與微觀作用評價方法》從膜汙染過程中膜孔徑和孔隙率的變化特徵出發，建立膜汙染結構引數模型，從膜的結構引數的變化，獲得膜面、膜孔汙染的程度和原因，並分析膜汙染，提出指導調控執行過程中膜汙染的技術方法，為科學地解決膜汙染問題，深入探索膜汙染微觀作用評價技術方法提供一定基礎。

以前期對膜汙染性質的認識為基礎，藉助多功能 AFM 探針和複雜水質條件的複合汙染物 AFM 探針，以及建立的測定技術，科學地測定膜與汙染物及汙染物與汙染物之間的微觀作用力，從而達到分析產生膜汙染的優勢作用物性質的目的，並分析膜汙染產生的深層原因。

利用石英晶體微天平晶片的吸附技術，測定膜材料或汙染物在晶片的吸附特徵，透過汙染物的吸附量與對膜汙染層的軟硬度特徵分析，評價膜汙染特性，克服了某些情況下探針難以製備的困難，更具優勢，應用範圍更廣泛。本書還對超濾膜、納濾膜、傳統材料膜以及特殊用途的改性膜汙染的微觀作用進行評價，並介紹其基礎原理、製作技術、實驗手段、效能表徵等，希望在膜汙染問題研究中起到拋磚引玉的作用。

膜汙染因膜的應用而生，隨著膜汙染問題科學地解決，膜的應用範圍更廣泛。為適應水質千變萬化的需求，從膜生產的角度出發，由供給方改進膜性質，能為解決膜汙染問題開闢更廣闊的天地。

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專家推薦

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《水處理膜汙染結構引數與微觀作用評價方法》一書作者長期從事膜分離理論與技術的研究，在膜汙染研究方面取得了頗有新意的成果，並將不少理論成果推進到應用領域，對促進經濟建設起到了積極的效果。

在透過膜結構與微觀作用的變化評價膜汙染特徵的研究中，該書以不同結構的膜、實際水質及典型代表汙染物為物件，進行了大量實驗分析，解析了膜汙染機制，在一定程度上獲得了一些規律性結果。對於這些結果，該書又以新的認識進行了系統化的分析整合，拓展了知識視野，使其系統性和結構性更好。該書的出版，對膜分離技術在水處理乃至其他領域的應用發展具有積極意義。

侯立安

中國工程院院士

本文摘編自《水處理膜汙染結構引數與微觀作用評價方法》一書，標題為編者所加。

《水處理膜汙染結構引數與微觀作用評價方法》

王磊，王旭東 著

北京：科學出版社，2020。11

ISBN 978-7-03-064083-3

內容簡介

《水處理膜汙染結構引數與微觀作用評價方法》是作者在水處理、膜分離等領域理論與技術成果的總結。本書重點介紹膜汙染結構引數模型的建立、驗證及在膜汙染評價中的應用，膜與汙染物及汙染物與汙染物之間微觀作用力的測定原理、方法及在膜汙染評價中的應用，QCM-D 分析手段對膜汙染物吸附層特徵的測定原理、技術方法及針對不同型別汙染的評價，以及減緩膜汙染的相關技術和對未來技術發展的思考。 本書可供環境工程、市政工程領域的科研人員及從事相關生產和研發的技術人員參考使用，也可供相關專業高校師生閱讀。

本書目錄

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目錄

序

前言

第1章 緒論 1

1。1 水處理膜分離技術 1

1。1。1 膜分離技術的分類 1

1。1。2 膜分離技術特點概述 2

1。1。3 膜分離技術在水處理中的應用 3

1。2 水處理膜汙染概念及影響因素 4

1。2。1 膜汙染定義及分類 4

1。2。2 典型膜汙染型別 5

1。2。3 水處理中膜汙染的影響因素 5

1。3 水處理膜分離過程中不同型別膜的汙染問題 7

1。3。1 微濾膜的汙染問題 8

1。3。2 超濾膜的汙染問題 8

1。3。3 納濾膜的汙染問題 9

1。3。4 電滲析膜、反滲透膜的汙染問題 9

1。3。5 其他膜分離過程的汙染問題 10

1。4 水中顆粒物的截留機理分析 11

1。4。1 懸浮顆粒的機械截留機理分析 11

1。4。2 膜分離過程中變形體顆粒的截留受力分析 12

1。4。3 分離膜面的濾餅過濾機理分析 12

1。5 水處理膜汙染模型分析 13

1。5。1 機理模型 13

1。5。2 經驗模型 23

1。5。3 半經驗模型 26

1。6 水處理膜汙染模型的指導意義及展望 29

1。6。1 基於汙染物與膜孔徑相對尺度特徵的膜汙染機理 29

1。6。2 膜汙染模型的應用指導分析 31

1。6。3 指導水處理膜汙染理論的深化研究 32

參考文獻 32

第2章 超濾膜汙染結構引數模型的建立及膜汙染評價 36

2。1 電鏡法對超濾膜汙染結構引數的確定 36

2。1。1 聚偏氟乙烯超濾膜汙染結構引數的測定 37

2。1。2 對聚丙烯腈超濾膜汙染結構引數的測定 38

2。1。3 對聚醚碸超濾膜結構引數的測定 40

2。1。4 不同材質超濾膜結構引數的結構分析 41

2。2 超濾膜汙染結構引數模型建立的基礎 41

2。3 超濾膜汙染結構引數模型 43

2。3。1 膜汙染結構引數模型的建立 43

2。3。2 膜汙染結構引數的求解 45

2。4 超濾膜汙染結構引數模型的實驗驗證 45

2。4。1 實驗裝置 45

2。4。2 實驗原水 45

2。4。3 實驗資料的處理 46

2。4。4 超濾過程膜汙染結構引數模型驗證 47

2。5 膜汙染結構引數模型對超濾膜汙染的評價 48

2。5。1 不同性狀原水超濾過程的膜汙染結構引數評價 48

2。5。2 不同操作條件和執行模式下的膜汙染結構引數評價 52

2。6 基於超濾膜汙染結構引數的膜汙染控制方法及控制系統 55

2。6。1 基於超濾膜汙染結構引數的膜汙染控制方法介紹 55

2。6。2 基於超濾膜汙染結構引數變化的膜汙染控制系統 55

2。6。3 基於超濾膜汙染結構引數的膜汙染控制方法及系統應用 58

參考文獻 60

第3章 超濾膜汙染機制的微觀作用評價 62

3。1 原子力顯微鏡及膠體探針技術簡介 62

3。1。1 原子力顯微鏡概述 62

3。1。2 原子力顯微鏡膠體探針 63

3。1。3 原子力顯微鏡在膜汙染研究領域的應用 63

3。2 AFM膠體探針製備方法 64

3。3 AFM膠體探針製備平臺的設計與搭建 65

3。4 AFM膠體探針的製備 66

3。4。1 熔融燒結法制備 PVDF膠體探針 66

3。4。2 吸附法制備有機物膠體探針 67

3。4。3 物理黏附法制備羧基官能團膠體探針 69

3。5 AFM膠體探針使用效能檢驗分析 69

3。6 超濾膜汙染微觀作用力測定方法 70

3。6。1 微觀作用力表述 70

3。6。2 微觀作用力測定方法 71

3。7 典型溶解性有機物對 PVDF超濾膜汙染的微觀作用力評價 72

3。7。1 典型有機物對超濾膜的宏觀膜汙染行為特徵 72

3。7。2 典型有機物超濾膜面汙染層結構特徵分析 72

3。7。3 典型有機物超濾膜汙染機理微觀作用力評價 74

3。8 無機鹽含量對超濾膜有機物汙染影響的微觀作用力機制評價 77

3。8。1 離子強度對超濾膜有機物汙染的微觀作用力影響評價 77

3。8。2 無機離子種類對超濾膜有機物汙染的微觀作用力影響 82

3。9 實際水質的超濾膜汙染微觀作用力評價 84

3。9。1 城市二級處理水水質特徵分析 84

3。9。2 不同親疏水性有機物對超濾膜汙染行為的微觀作用力研究 85

3。9。3 二級處理水總殘留有機汙染物與膜及有機物間微觀作用力評價 88

3。10 膜汙染微觀作用力對膜製備及執行的指導 89

參考文獻 90

第4章 超濾膜汙染的 QCM-D分析與評價 94

4。1 QCM-D技術簡介 95

4。1。1 QCM工作原理與裝置構成 95

4。1。2 QCM分析原理 97

4。1。3 QCM-D工作原理 98

4。2 QCM-D技術應用於膜汙染分析的原理和方法 101

4。2。1 QCM-D技術應用於膜汙染分析的原理和過程 101

4。2。2 QCM-D覆膜晶片製備與表徵 103

4。3 典型有機汙染物超濾膜汙染行為的 QCM-D分析與評價 106

4。4 複雜水質條件下 PVDF超濾膜膜汙染行為的 QCM-D分析與評價 110

4。5 無機鹽協同 BSA超濾膜汙染行為的 QCM-D分析與評價 114

參考文獻 116

第5章 納濾膜汙染機制的微觀作用評價 118

5。1 納濾膜與納濾膜汙染 118

5。1。1 納濾膜 118

5。1。2 納濾膜汙染及分類 118

5。2 納濾膜汙染的影響因素及特徵 119

5。2。1 原水水質的影響及特徵 120

5。2。2 納濾膜效能的影響及特徵 122

5。2。3 系統操作條件的影響及特徵 122

5。2。4 濃差極化作用的影響及特徵 123

5。3 納濾膜汙染的分析與表徵方法 124

5。3。1 汙染膜的表面物理特徵分析與表徵 124

5。3。2 汙染膜的表面化學特徵分析與表徵 124

5。3。3 汙染膜的表面生物特徵分析與表徵 124

5。4 納濾膜的複合汙染作用 125

5。4。1 複合汙染的協同作用 125

5。4。2 複合汙染的拮抗作用 125

5。5 納濾膜有機。無機複合汙染的特徵與微觀作用機制評價 126

5。5。1 有機-無機複合汙染的特徵分析 126

5。5。2 有機-無機複合汙染的微觀作用測試技術 128

5。5。3 有機-無機複合汙染過程中的汙染物微觀吸附特徵評價 129

5。5。4 有機-無機複合汙染過程中的微觀作用力評價 132

5。5。5 有機-無機複合汙染過程中結垢汙染的微觀作用機制綜合評價 135

參考文獻 136

第6章 緩解水處理膜汙染的技術方法與分析 139

6。1 水處理膜汙染的緩解技術 139

6。1。1 汙染膜的清洗與技術選擇 139

6。1。2 汙染膜的常規清洗技術 140

6。1。3 特殊清洗技術 142

6。2 操作條件對膜汙染的影響分析 145

6。2。1 膜分離過程的流動及傳質方程 145

6。2。2 死端過濾與錯流過濾對膜汙染的影響分析 145

6。2。3 脈衝及連續流進水方式對膜汙染的影響分析 147

6。2。4 其他操作方式對膜汙染的影響分析 148

6。3 水處理膜抗汙染效能改進方法 149

6。3。1 水處理膜抗汙染改性的主要目標 150

6。3。2 水處理膜抗汙染改性的技術方法 150

6。4 調整膜結構改進膜抗汙染效能 153

6。4。1 膜的孔隙結構對膜抗汙染效能的影響 153

6。4。2 膜材料性質對膜結構的影響 153

6。4。3 膜製備方法對膜結構的影響 154

6。5 調整膜面性質改進膜抗汙染效能 154

6。5。1 膜表面的親疏水性質對膜抗汙染效能的影響 154

6。5。2 膜表面電荷與溶質性質對膜抗汙染效能的影響 155

6。5。3 膜表面粗糙度對膜抗汙染效能的影響 156

參考文獻 156

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本期編輯丨王芳

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