塞）；在膜面的机械截留（筛分）。工况 1 试验表明，
虽然超滤膜孔径较大，但仍能去除小分子 BP-3 物
质，说明超滤膜去除小分子有机物不仅依赖于截留，
吸附也发挥去除作用。国内外亦有试验表明，水中小
分子有机物在超滤膜中的吸附和扩散是其主要的去
除机理

[11-12]

。

试验采用的 PVDF 膜表面能较低，疏水性较强

[13]

。

BP-3 分子具有较大辛醇 / 水分配系数（3.79），

易在

带有负电荷的超滤膜表面吸附。

2.2

膜的去除效率

4 种不同设计工况下，

BP-3 去除率的变化如图

2 所示。直观说明了膜对 BP-3 的吸附作用，

以及腐

植酸和电场对去除效率的影响。

2.2.1

腐植酸对膜去除 BP-3 的影响

工况 2 试验发现，腐植酸的存在对膜去除 BP-3

有一定的促进作用。腐植酸分子表面积大，粘度较
高，吸附能力强，可与 BP-3 这类疏水性较强的小分
子之间产生一种能量较低的相互作用，这种物理作
用加强了 BP-3 分子的疏水性，有利于 BP-3 在膜表
面的吸附，即更强的疏水性吸附造成去除率提高。另
外对于疏水性小分子可直接与腐植酸大分子通过氢
键结合在一起，通过化学作用形成大分子有机物，从
而通过机械截留被超滤去除。亦有相关国外学者得
出类似的结果，水中的 NOM 对纳滤去除阿特拉津
和西玛津的影响时，当 NOM 质量浓度在 0.4～3.6
mg·L

-1

之间变化时，纳滤对阿特拉津和西玛津的去

除率从 50%变化至 90%～100%

[14]

。

2.2.2

附加电场后对去除率的影响

电场的存在，可以产生电泳迁移和凝聚现象，使

得去除率较无电场的工况有所提高。特别是在工况
4，

1 A 电流强度下，电解作用明显增强，使得 BP-3

分子发生氧化分解，在试验过程中，BP-3 已经检测
不出，去除率达到了 100%。

2.3

电场对膜过滤阻力的影响

分别考察了在 4 种不同设计工况下，腐植酸以

及电场对膜过滤阻力的影响，

结果如图 3 所示。

按照 1.3 膜阻力计算步骤的方法，得到 4 个工

况下的各部分的阻力值，

如表 1 所示。

结果表明，在工况 1 中，原水中的 BP-3 分子，主

要通过吸附作用，附着在膜表面和孔道内部，膜阻力
小幅度升高，主要由吸附阻力 R

和浓差极化阻力 R

造成。在随后添加腐植酸的各个工况中，腐植酸加剧
了膜污染，使膜阻力明显升高。但在负载电场后，膜
污染均得到有效的减缓，在 0.1 A 和 1 A 不同的电
流强度下，R

、

均依次明显递减。而 R

却有

增大的趋势，可能与用 NaCl 调节电导率，电解质浓
度升高，加剧浓差极化现象有关。每次工况结束后，
通过稀 HCl、NaOH 溶液浸泡和水力冲洗，可有效去
除膜污染，使得膜过滤通量得到恢复。

2.3.1

电泳迁移的作用

电场对膜污染的缓解作用是由于腐植酸胶体在

电场中发生电泳迁移现象。由于带负电荷的腐植酸
在电场中的电泳迁移，

其在膜表面的沉积减少，当电

场强度高于临界电场强度时，电泳速率高于其由于
压力向膜表面移动的速度，膜表面边界层的颗粒浓
缩将得到缓解，膜污染得以减轻

[6]

。

2.3.2

电凝聚的作用

腐植酸具有独特的物理化学性质，

官能团－COOH、

－OH 中的氢能游离出来，

带负电性。当电场足够强

时，带电腐植酸颗粒外层的双电层结构被削弱甚至被

图 3 各工况阻力变化

Fig.3

The resistance condition trends

120

150

180

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

min

工况

1
2
3
4

9.25

10.30

9.02
8.81

0.86
2.94
1.35
1.26

0.24
4.06
4.49

10.60

19.20
16.10

4.25

10.30
36.40
30.90
24.90

表 1 各工况膜阻力值（/10

-1

）

Tab.1

The membrane resistance values at different

conditions(/10

-1

)

图 2

电场对膜去除 BP-3 效率的影响

Fig.2

The effect of electric field on the removal efficiency

of BP-3 of membrane

120

150

180

100

RR R

min

水处理技术

第 38 卷第 1 期

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