一种通过TEP测量实现电絮凝精准调控膜污染的方法

本发明涉及电絮凝调控膜污染的，具体涉及一种通过tep测量实现电絮凝精准调控膜污染的方法。

背景技术：

1、膜分离技术是当代新型高效的、最具发展前途的水处理技术之一，可以有效地去除水中的胶体、细菌和病毒等。相较于传统的常规处理工艺，膜分离技术在水处理方面具有处理效率高、能源消耗低、自动化程度高等优点，因而引起研究者们的广泛关注。膜分离技术的主要原理是利用特殊材料的膜，在外加推动力(压力差、电势差、浓度差)的条件下，使被处理水通过膜面一侧流向另一侧，依靠膜的选择透过性，实现水中的小分子、固体颗粒等的分离。

2、然而，膜污染问题是制约膜技术发展的重大挑战。严重的膜污染不仅会阻碍膜的长期运行，还会降低污染物去除的效果。膜污染物的成分与原水溶液组成密切相关。在膜过滤过程原水被截留的污染物一般可分为四类：胶体/颗粒污染物、无机污染物、有机污染物和生物污染物。在实际条件中，由于多种污染物同时存在，不同污染物互相作用下形成的复合污染也会使得膜污染的发生机理变得更为复杂。广泛存在于地表水中的腐殖酸、蛋白质和多糖等天然有机物(natural organic matter，nom)在膜过滤过程中会积聚在膜表面，进而引发严重的膜污染。其中，多糖有机物能够与其他有机分子相互连接，从而产生复杂的三维网络结构。研究发现，在膜过滤过程中通常更容易导致不可逆污染的发生。近年来，由酸性多糖形成的透明胞外聚合颗粒物(transparent exopolymer particles,tep)因其独特的性质受到了广泛的关注。tep是一种透明凝胶状多糖聚合物。经研究发现，阳离子会影响tep的交联聚合，从而导致不同程度的膜污染。tep的测量能够揭示多糖聚合的程度，为解析多糖膜污染机制和控制膜过滤过程中的膜污染问题提供全新视角。

3、为解决膜污染这一核心问题，研究发现在膜技术前增加膜前预处理工艺，可以有效提高有机物的去除效果，减少污染物进入膜孔。混凝通常作为膜前预处理来维持膜的高性能以减轻膜污染。但在实际应用中需严格控制混凝剂的用量，以防引起二次污染。电絮凝预处理不仅避免使用化学药剂而且操作简单，因此将在原位产生絮凝剂的电絮凝作为替代传统混凝的有效方案。此外，通过外加电场可以增加滤饼层孔隙率和亲水性，抑制带负电的污染物粘附在膜表面，从而减轻膜污染，增强水通量。然而，电絮凝对污染物微观特征的具体影响尚缺乏详细研究，这限制了对电絮凝去除污染物机制的理解，阻碍了膜污染的精准调控。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提出一种通过tep测量实现电絮凝精准调控膜污染的方法，从而实现对膜污染最大程度缓解的方法。本发明的目的还在于提出该方法在控制膜污染上的应用。

2、一种通过tep测量实现电絮凝精准调控膜污染的方法，其通过电絮凝调控模型获得，所述调控模型基于动态过滤条件下获得的动态调控数据及经第一固定测试获得的定量数据建立，其中，所述动态调控数据包括在所述动态过滤条件下，采用电絮凝预处理的上清液的第一定量特征的值；所述定量数据包括在所述第一固定测试中采用电絮凝预处理的上清液的第二定量特征的值。

3、上述方案中，所述动态过滤是指的过滤过程可持续性进行的过滤，如由过滤系统提供驱动力，驱动液体不断通过滤膜实现持续过滤的情况。

4、根据本发明的一些优选实施方式，所述动态调控数据的获得包括以下过程：

5、(1)构建电絮凝系统；

6、通过所述电絮凝系统，进行电絮凝预处理测试，获得所述电絮凝预处理的上清液；

7、其中，所述电絮凝系统包括：提供电流的稳压直流电源和/或交流电源，提供导电介质的电解质，对溶液进行电解的阴极极板和阳极极板，可选择包括金属铝中的一种或几种，或更具体的，选择包括铝板，连接供电电源和阴极板、阳极板的导线。

8、(2)构建动态膜过滤系统；

9、通过所述动态膜过滤系统，进行膜过滤测试，获得所述动态调控数据；

10、其中，所述动态膜过滤系统为错流过滤系统；

11、所述错流过滤系统包括：提供进样溶液及实现动态的错流进液过程的进液单元，对进液进行错流过滤系统由滤膜形成的膜单元，对过滤后的滤液进行收集的过滤收集单元，及对收集到的滤液的所述定量特征或其相关特征进行测定的测量单元，使未经所述滤膜过滤的液体回流至进液单元的回流单元，和将所述测量单元获得的数据进行记录或处理的处理单元。

12、根据本发明的一些优选实施方式，所述电絮凝系统在恒定的电解电流和/或电压下进行所述电絮凝预处理测试。

13、根据本发明的一些优选实施方式，所述电絮凝系统的阳极材料选自铝板。

14、根据本发明的一些优选实施方式，所述电絮凝系统的阴极材料选自泡沫镍。

15、根据本发明的一些优选实施方式，所述错流过滤系统在恒定的进液压力和/或错流流速下进行所述膜过滤测试。

16、根据本发明的一些优选实施方式，所述错流过滤系统中，所述进液压力为1.5-2.5bar。

17、根据本发明的一些优选实施方式，所述滤膜选自36～42cm2的超滤膜。

18、根据本发明的一些优选实施方式，所述滤膜的材料选自聚醚砜和/或聚偏氟乙烯。

19、根据本发明的一些优选实施方式，所述滤膜可截留的分子量为10-50kda。

20、所述固定测试是指的在持续性过滤之外，需要通过逐次过滤实现的测试。

21、上述方案中，所述定量特征是指的在其对应的测试中，作为测试指标的、可以实现定量化的物理特征或特征组合，如浓度、质量、渗透率、渗透通量等。上述方案中第一定量特征与第二定量特征可以相同也可以不同，如根据本发明的一种优选实施方式，所述第一定量特征为渗透通量，所述第二定量特征为产生的tep模拟污染物的浓度。

22、根据本发明的一些优选实施方式，所述调控模型还基于经第二固定测试获得的半定量特征建立，所述半定量特征包括在所述第二固定测试中采用的电絮凝所产生的铝离子及与其对应的tep模拟污染物的定性特征，其中所述定性特征包括tep模拟污染物的微观形貌特征。

23、根据本发明的一些优选实施方式，所述定量数据的获得通过提取测试实现，所述提取测试包括分离-染色-提取的过程。其中，所述分离为将含有水、电絮凝产生的絮凝剂及tep模拟污染物的样品液进行过滤、分离滤液与被滤膜截留的截留物的过程；所述染色为将提取测试中滤膜过滤得到的截留物进行染色的过程；所述提取为提取出染色后的所述截留物中tep模拟污染物的某一个或多个定量特征的定量数据的过程。

24、进一步优选的，所述分离使用的滤膜选自聚碳酸酯膜；和/或该滤膜的膜孔大小为0.01-4μm。

25、进一步优选的，所述提取通过对所述电絮凝产生的絮凝剂和tep模拟污染物进行吸光度曲线和/或等效吸光度曲线的测定实现。

26、根据本发明的一些优选实施方式，所述半定量特征的获得通过显微镜测试实现。所述显微镜测试包括直接染色-观测的过程，其中所述直接染色为将染料溶液加入含有絮凝剂和tep模拟污染物的混合物中的过程；所述观测为将所述直接染色后获得的混合物放置于显微镜装置下获得其微观形貌特征的过程。

27、进一步优选的，所述微观形貌特征选自tep数量，tep的体积大小，tep的形态、密度中的一种或多种。

28、根据本发明的一些优选实施方式，所述tep模拟污染物原料选自酸性多糖中的一种或几种，进一步优选的，所述tep模拟污染物通过海藻酸钠形成。

29、相较于已有方法，本发明的方法，可以定性定量分析评价电絮凝对污染物形态特征的影响机制，从而使污染物形成一定尺寸和特性的tep，被膜表面截留并形成合适的预滤层，从而防止细小污染物进入膜孔导致严重的不可逆污染，实现膜过滤过程中膜污染的精准防治。

30、根据一些优选的实施方式，本发明采用了操作更为简单的分离染色法，更好的保证半定量分析对调控tep形成的准确性，并具有一定的tep筛选能力，同时也相当于在此过程中提供了一种符合与膜过滤过程相结合的污染物定量评价方法。此外，本发明结合光学显微镜的观察分析污染物的形态特征，也相当于建立了一种评价电絮凝的调控体系，控制污染物的聚合及其在膜表面的沉积，达到防控膜污染的目的。

31、本发明为高效缓解膜分离技术中的膜污染问题提供技术与方法，本发明所采用的tep测定方法可以作为电凝预处理有效缓解超滤膜污染的指标，减少膜技术在实际应用中的成本，最大程度上实现污水资源化。