2.3 DOC和UV254的去除
　　以DOC和UV254代表的有机物去除状况如图3，图4所示。从图中可以明显看到经混凝预处理后，特别是在pH=7的条件下，有机物的去除率明显提高，与直接超滤相比，DOC去除率从28%提高到53%，UV254去除率从40%提高到78%。
2.4 处理前后有机物分子量分布
　　用高效液相色谱（HPLC）测得的原水和处理水的谱图如图5，图6所示，根据Tambo和Kamei的研究[10]，日立W520型色谱柱的流出时间与腐植酸分子量之间存在对应关系，如表2第1，2行所示。由HPLC谱图的吸收峰面积对不同处理条件下各分子量范围的有机物去除率进行计算的结果也在表2中列出。

　　从图5、图6和表2可知，直接超滤对于分子量大于6000Da的溶解性有机物基本上全部去除；但对小于6000Da的有机物去除率很低。pH=7条件下的混凝-超滤工艺则大大提高了分子量小于6000Da有机物的去除率，其中分子量在6000～3000Da的有机物去除率从6.7%提高到72%，分子量在3000～1000Da的去除率从6.4%提高到48.7%，分子量低于1000Da的去除率从1.5%提高到33%，总去除率从6.1%提高到59.3%。

2.3 渗透通量和压力的变化
　　膜污染状况可通过正规化比渗透通量（图7），超滤膜进出口压差（图8）和半透膜压（图9）随过滤时间的变化来讨论。

　　从图7中明显看到在连续超滤试验中，直接超滤工艺渗透通量下降很快，2.5h后下降了60%，10h后下降了75%；pH5的混凝预处理条件下渗透通量略有下降；而pH7的混凝预处理条件下渗透通量几乎没有变化。
　　超滤膜进出口压差反映了膜表面沉积层的状况，从图8中看到在10h的连续超滤试验中，不加混凝预处理的超滤膜进出口压差未发生明显变化。在pH5的混凝预处理条件下，压差从10KPa增加到20KPa；pH7时，前4h内压差增加较慢，从10KPa增加到16KPa，4 h后压差增加较快，10h后增加到50KPa左右。
　　超滤半透膜压的变化反映了膜污染阻力的变化，从图9中看到天然有机物直接超滤的半透膜压虽然在过滤开始时最小，但在过滤1h后就超过了混凝-超滤组合工艺的半透膜压。在pH5的混凝预处理条件下，超滤半透膜压呈等速增加的趋势，pH=7的混凝预处理条件下，超滤半透膜压先略有降低，在过滤4h后又有所增加，但总的增长幅度小于pH5的情况。

3.1 混凝-超滤组合工艺对天然有机物的去除功效
　　本研究采用的超滤膜的截留分子量为1×106Da，直接超滤条件下对腐植酸的DOC和UV₂₅₄的去除率均很低。从图5可以看到，直接超滤对HPLC流出时间大于32min，即分子量小于6000Da的有机物几乎不能去除。经混凝预处理后，DOC和UV₂₅₄的去除率均大幅度提高，尤其是分子量小于6000Da的有机物去除率的增加更为明显。在pH7的条件下，对同样的腐植酸进行常规的混凝-沉淀-过滤处理后DOC和UV254的最大去除率分别为40%和70%[11]，而混凝-超滤组合工艺的相应去除率可分别达到53%和78%。这一结果说明混凝-超滤组合工艺的功效在于：（1）通过混凝的作用使有机物生成微絮体而改善了其分离性能；（2）通过超滤的作用使水中可凝聚性有机物得到最大限度的去除。需要指出的是本研究采用的HPLC色谱柱主要适用于对分子量小于6000Da有机物的定量分析，而对较大分子量的有机物难以准确测定，因此，表2中根据谱图计算的总去除率比实际UV₂₅₄的去除率低。
3.2 混凝预处理对膜污染的缓解作用
　　从图7至图9可以看到，混凝-超滤组合工艺使膜渗透通量基本上保持不变，从而保证了处理装置的产水量。与直接超滤相比，半透膜压增长缓慢，但压差增长加快，说明膜表面滤饼层形成较快。表面滤饼层通常可通过水力反冲洗剥离，使膜过滤性能得到恢复。因此，混凝预处理对膜污染起到了很好的缓解作用。
　　(1) 减少污染物进入膜孔：直接超滤的污染主要是在膜孔内的吸附，过滤阻力也主要来自于孔内吸附污染物的阻力。水中天然有机物尤其是小分子有机物在膜孔内的吸附对膜形成了不可逆污染，使膜的渗透通量下降很快。而通过混凝预处理小分子溶解性有机物聚集或吸附在金属氢氧化物上形成絮体。这些絮体在膜表面被截留，不能进入膜孔内。
　　(2) 改善膜表面沉积层的性质：由Carman-kozeny方程可知，膜表面沉积层的比阻ac随颗粒尺寸d和孔隙率增大而减小。经过混凝预处理颗粒尺寸增大，形成的滤饼层阻力减小，渗透通量增大。
　　(3) 提高颗粒的反向传输：颗粒在水中通过对流靠近膜表面，通过反向传输远离膜表面。反向传输的原理在于布朗扩散，惯性提升和剪切扩散。布朗扩散随颗粒尺寸增大而减小，惯性提升和剪切扩散随颗粒尺寸增大而增大，三种反向传输速度都与颗粒直径有关。经混凝预处理后颗粒直径增大，总的反向传输速度随之增大，从而减轻了有机物在膜表面的吸附沉积，增大了渗透通量。
3.3 pH对混凝-超滤组合工艺处理效果的影响
　　铝盐的水解产物受投药量和溶液pH两个因素的影响。在低腐植酸浓度的条件下，pH7左右并达到一定投药量时，无定形Al(OH)3通常是主要水解产物，腐植酸通过Al(OH)₃的卷扫混凝作用，形成较为疏松的微絮体。pH5左右时铝盐水解产物通常具有较高的正电荷^[12]，与腐植酸相互作用发生吸附电中和或形成腐植酸与铝的络合物（aluminum-humate），此时形成的颗粒较前者密实。从前面的讨论可知，在pH7的条件下通过卷扫混凝形成的疏松絮体对超滤膜过滤更为有利。天然水体的pH值一般多在中性范围，因此该工艺更有利于实际应用。

　　(1) 超滤膜具有良好的除浊功能，在原水浊度几个NTU到几十个NTU的范围内，出水浊度小于0.05NTU。
　　(2) 超滤膜具有良好的灭菌、消毒作用。细菌总数的去除率大于99%，在原水细菌总数≤1500cfu/mL的条件下，处理水细菌总数≤1cfu/mL。
　　(3) 与原水直接超滤相比，混凝-超滤组合工艺对溶解性天然有机物的去除率较高，DOC去除率从28%提高到53%，U₂₅₄去除率从40%提高到78%，尤其是对分子量低于6000Da有机物的去除率提高幅度更大，分子量在6000～3000Da的有机物去除率从6.7%提高到72%，分子量在3000～1000Da的去除率从6.4%提高到48.7%，分子量低于1000Da的去除率从1.5%提高到33%。
　　(4) 混凝预处理使小分子有机物结合成微絮体，降低了污染物在膜孔中吸附引起的膜污染，而微絮体在膜表面沉积形成滤饼层成为主要过滤机理，从而使超滤保持高渗透通量。
　　(5) 混凝-超滤组合工艺的最佳条件为pH7，此时通过卷扫混凝形成较为疏松的絮体滤饼层，对超滤膜过滤操作有利。

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