基于XDLVO理论和模型解析预处理工艺对纳滤膜污染的影响.pdf

第49卷 第 11 期2023 年 11 月Vol.49 No.11Nov.,2023水处理技术水处理技术TECHNOLOGY OF WATER TREATMENT基于基于XDLVO理论和模型解析预处理工艺对理论和模型解析预处理工艺对纳滤膜污染的影响纳滤膜污染的影响丰桂珍，张火梅，黄林，李志强（华东交通大学土木建筑学院，江西 南昌 330013）摘摘 要要:膜污染是阻碍纳滤膜广泛应用的关键因素之一，为考察溶解性有机物对纳滤膜的污染程度，本研究采用混凝、超滤和树脂三种预处理技术，利用XDLVO理论解析膜污染的微观作用力，并通过Hermia模型和Tansel模型分析膜污染机理和膜污染潜能。结果表明，XDLVO理论对原水-NF和超滤-NF纳滤膜表面污染层的变化具有较好的预测结果，但可能受试验水中的离子强度影响，XDLVO理论对本研究中混凝-NF和树脂-NF的纳滤膜表面污染层变化的预测结果存在一定的偏差。模型分析发现，Tansel模型相较于Hermia模型能够更好地描述纳滤膜的污染过程。TSI数值表明，MIEX树脂吸附预处理具有能够更好的降低膜污染的潜力，缓解膜污染。关键词关键词:预处理;XDLVO理论;Hermia模型;Tansel模型;膜污染机理开放科学开放科学（资源服务资源服务）标识码标识码（OSID）:中图分类号中图分类号:TU911.1,TQ028.8 文献标识码文献标识码:A 文章编号文章编号:10003770(2023)11-0032-005膜污染是膜分离过程中存在的普遍现象，扩展的Derjaguar-Landau-Verwey-Overbeek 理 论（XDLVO）可以量化污染物与膜表面之间的相互作用能，推测通量衰减程度，预测膜污染潜能1。Hermia模型由四种污染机理组成，通过拟合系数R2可评价膜污染过程中的污染机理类型2。Tansel模型则可预测膜污染，结合拟合系数R2分析判断污染潜力。研究污染过程中的作用力和机理，有助于为缓解膜污染提供理论参考。预处理工艺是通过预先去除水体中的部分污染物，减小进水有机污染物的负荷，进而减缓膜污染。混凝和超滤作为常用的预处理手段，已被深入研究和广泛应用3，但利用XDLVO理论和模型共同解析预处理对NF膜污染的影响研究较少。本文研究了混凝、树脂和超滤三种不同预处理条件下纳滤膜的通量衰减情况，利用XDLVO理论探讨污染物与膜表面作用能的大小及膜污染趋势，应用 Hermia模型和 Tansel模型分析膜污染机理和膜污染潜能，从而评估不同预处理工艺缓解原水中有机物对NF膜污染的影响，为实际工程中选择合适的预处理工艺提供理论参考。1 材料和方法材料和方法1.1原水水质原水水质试验原水取自赣江南昌段某水厂取水口，原水取回后立即测定常规水质指标，其余原水经过0.45 m滤膜以去除大颗粒污染物，储备于4 冰箱中以备后续试验使用，赣江原水基本水质指标见表1。1.2试验方法试验方法1.2.1预处理试验预处理试验混凝剂选用聚合氯化铝（PACl），浓度35 mg/L。混凝过程：第一阶段搅拌转速 220 r/min，搅拌时间3 min；第二阶段搅拌转速30 r/min，搅拌时间25 min。搅拌结束后收集沉淀30 min的上清液，用于后续膜过滤试验。表1原水水质指标Tab.1Water quality index of raw water原水赣江pH8.12浊度/NTU14.3电导率/（S cm-1）157.1UV254/cm-10.055（DOC）/（mg L-1）4.781SUVA/（L mg-1 m-1）11.504DOI:10.16796/ki.10003770.2023.11.006收稿日期：2022-12-10基金项目：国家自然科学基金（51868019）作者简介：丰桂珍（1977），女，副教授，博士，研究方向为水处理理论与技术；电子邮件：选用切割分子量为 100 kDa，材质为聚醚砜的UF膜。控制压力为 0.1 MPa使水样透过 UF膜，收集滤出水用于后续膜过滤试验。预处理用树脂为25 mL/L的MIEX树脂。树脂吸附过程：搅拌转速100 r/min，搅拌时间60 min，沉淀时间30 min，收集上清液，用于后续膜过滤试验。1.2.2膜过滤试验膜过滤试验本试验所用纳滤膜为NF270，每次过滤前将膜片置于超纯水中浸泡48 h。膜过滤试验采用错流过滤的方式进行，装置流程如图1所示。通过控温装置（SR20，Thermo Scientific Sunrise，美国）将试验原水保持在251，利用磁力齿轮泵（MDG-M4T6B220，Iwaki，日本）将原水泵入错流平板纳滤装置（CF042D，STERLITECH，美国），控制压力0.35 MPa，收集出水并进行实时监测通量变化，浓水则回流至原水水箱中。P原水箱恒温水浴箱泵流量计压力表纳滤电子天平计算机进水浓水产水 图1错流过滤装置示意图Fig.1Schematic diagram of the cross-flow filtration device1.3分析方法分析方法NF膜与污染物的接触角测量采用全自动接触角测量仪（OCA15EC，DataPhysics，德国），在室温20 下利用固着液滴法分别测量纯水、甘油和二碘甲烷三种测试试剂的接触角w、g和d。每个样品至少在不同的位置测试3次，取其平均值作为接触角测试结果。1.4界面相互作用能界面相互作用能XDLVO理论用于定量分析膜与污染物间的界面相互作用力，有助于探究不同膜与污染物之间的污染作用力，包括范德华相互作用能（LW）、静电相互作用能（EL）和酸碱相互作用能（AB）4。由于静电作用力为长距作用力，在污染物与膜作用的微距范围内影响微弱，同时诸多研究表明静电作用力数值较小5，故本研究不考虑静电作用力。利用表面张力参数计算界面自由能，如公式（1）式（3）所示6：GTOT=GLW+GAB=GLWfm+GLWff+GABfm+GABff（1）GLW=2(LWw-LWm)(LWf-LWw)-2(LWf-LWw)2（2）GAB=2+w(-f+-m-w)+-w(+f+m-+w)-(+f-m+-f+m)-4(-f+f+-w+w-w+f-+w-f)2（3）式中，GTOTff为粘聚自由能，反映了污染物质在某溶液环境中是否会发生自凝聚而失去热力学稳定性的趋势，LW为范德表面张力分量；-为电子供体张力分量；+为电子受体张力分量；下标f、m和w分别代表污染物表面、膜表面和水溶液。膜和污染物的张力分量可使用已知表面张力分量的三种测试剂（纯水、甘油和二碘甲烷）在固体表面的接触角结合扩展的杨氏方程计算所得7，如公式（4）所示：TOT=LW+AB=LW+2+-（4）1.5Hermia模型和模型和Tansel模型模型Hermia模型是在恒压过滤下利用污染物粒径大小和膜孔径之间的差异特点归纳总结，包括了滤饼层的形成和各种膜孔堵塞类型。相应污染情况下的通量变化公式如表2所示。式中，J和J0为膜的最终和初始通量，L/（m2 h）；K对应每个模型，为常数值；t为过滤时间，min。Tansel 模型可以用来预测错流过滤的临界污染，其计算公式9如下：1J=a-be-t（5）式中，J是渗透通量，L/（m2 h）；t是过滤时间，min；是污染时间常数，min；a 是与时间无关的阻力，（m2 h）/L；b是随时间变化的阻力，（m2 h）/L。2 结果和讨论结果和讨论2.1膜通量变化膜通量变化预处理前后纳滤膜的比通量变化如图2所示。纳滤膜直接过滤原水7 h，膜的比通量下降至0.66，而原水经过三种方式预处理后（混凝、超滤和树脂），表2Hermia模型公式及参数8Tab.2Equations and parameters of Hermia model32丰桂珍等，基于XDLVO理论和模型解析预处理工艺对纳滤膜污染的影响选用切割分子量为 100 kDa，材质为聚醚砜的UF膜。控制压力为 0.1 MPa使水样透过 UF膜，收集滤出水用于后续膜过滤试验。预处理用树脂为25 mL/L的MIEX树脂。树脂吸附过程：搅拌转速100 r/min，搅拌时间60 min，沉淀时间30 min，收集上清液，用于后续膜过滤试验。1.2.2膜过滤试验膜过滤试验本试验所用纳滤膜为NF270，每次过滤前将膜片置于超纯水中浸泡48 h。膜过滤试验采用错流过滤的方式进行，装置流程如图1所示。通过控温装置（SR20，Thermo Scientific Sunrise，美国）将试验原水保持在251，利用磁力齿轮泵（MDG-M4T6B220，Iwaki，日本）将原水泵入错流平板纳滤装置（CF042D，STERLITECH，美国），控制压力0.35 MPa，收集出水并进行实时监测通量变化，浓水则回流至原水水箱中。P原水箱恒温水浴箱泵流量计压力表纳滤电子天平计算机进水浓水产水 图1错流过滤装置示意图Fig.1Schematic diagram of the cross-flow filtration device1.3分析方法分析方法NF膜与污染物的接触角测量采用全自动接触角测量仪（OCA15EC，DataPhysics，德国），在室温20 下利用固着液滴法分别测量纯水、甘油和二碘甲烷三种测试试剂的接触角w、g和d。每个样品至少在不同的位置测试3次，取其平均值作为接触角测试结果。1.4界面相互作用能界面相互作用能XDLVO理论用于定量分析膜与污染物间的界面相互作用力，有助于探究不同膜与污染物之间的污染作用力，包括范德华相互作用能（LW）、静电相互作用能（EL）和酸碱相互作用能（AB）4。由于静电作用力为长距作用力，在污染物与膜作用的微距范围内影响微弱，同时诸多研究表明静电作用力数值较小5，故本研究不考虑静电作用力。利用表面张力参数计算界面自由能，如公式（1）式（3）所示6：GTOT=GLW+GAB=GLWfm+GLWff+GABfm+GABff（1）GLW=2(LWw-LWm)(LWf-LWw)-2(LWf-LWw)2（2）GAB=2+w(-f+-m-w)+-w(+f+m-+w)-(+f-m+-f+m)-4(-f+f+-w+w-w+f-+w-f)2（3）式中，GTOTff为粘聚自由能，反映了污染物质在某溶液环境中是否会发生自凝聚而失去热力学稳定性的趋势，LW为范德表面张力分量；-为电子供体张力分量；+为电子受体张力分量；下标f、m和w分别代表污染物表面、膜表面和水溶液。膜和污染物的张力分量可使用已知表面张力分量的三种测试剂（纯水、甘油和二碘甲烷）在固体表面的接触角结合扩展的杨氏方程计算所得7，如公式（4）所示：TOT=LW+AB=LW+2+-（4）1.5Hermia模型和模型和Tansel模型模型Hermia模型是在恒压过滤下利用污染物粒径大小和膜孔径之间的差异特点归纳总结，包括了滤饼层的形成和各种膜孔堵塞类型。相应污染情况下的通量变化公式如表2所示。式中，J和J0为膜的最终和初始通量，L/（m2 h）；K对应每个模型，为常数值；t为过滤时间，min。Tansel 模型可以用来预测错流过滤的临界污染，其计算公式9如下：1J=a-be-t（5）式中，J是渗透通量，L/（m2 h）；t是过滤时间，min；是污染时间常数，min；a 是与时间无关的阻力，（m2 h）/L；b是随时间变化的阻力，（m2 h）/L。2 结果和讨论结果和讨论2.1膜通量变化膜通量变化预处理前后纳滤膜的比通量变化如图2所示。纳滤膜直接过滤原水7 h，膜的比通量下降至0.66，而原水经过三种方式预处理后（混凝、超滤和树脂），表2Hermia模型公式及参数8Tab.2Equations and parameters of Hermia modelHermia模型滤饼层过滤中间堵塞标准堵塞完全堵塞公式J-2=J0-2-K tJ-1=J0-1-K tJ-0.5=J0-0.5-K tln(J-1)=ln(J0-1)-K tX轴-Y轴t-J-2t-J-1t-J-0.5t-ln(J-1)33第 49 卷 第 11 期水处理技术水处理技术再进行纳滤，膜比通量分别下降至 0.72、0.74 和0.86。较原水-NF而言，经过混凝、超滤和树脂预处理后，NF的膜比通量分别上升了 0.06、0.08和 0.2。根据膜比通量曲线表明，树脂能够较好地缓解膜比通量下降。在过滤初期，超滤-NF的膜比通量下降程度大于混凝-NF，而在过滤后期混凝-NF的膜比通量下降程度大于超滤-NF。这可能是超滤无法去除中小分子量的有机物10，致使过滤初期NF膜孔被堵塞，减小膜孔有效尺寸，膜比通量快速下降；而混凝去除了部分中等分子量有机物，故在过滤初期NF膜孔堵塞程度轻于超滤-NF。过滤后期，无论是超滤-NF还是混凝-NF，膜面都受到更多污染物的积累并且滤饼层被压缩，从而加剧膜比通量的下降。聚合氯化铝混凝剂混凝后，铝离子自身的水解聚合反应使得处理后的水样会存在Al3+离子，而Al3+的存在可使膜表面电荷被中和，导致污染物与膜面的静电排斥作用减弱，形成致密滤饼层，故后期混凝-NF的膜比通量下降程度大于超滤-NF。2.2XDLVO理论解析膜污染理论解析膜污染为考察不同预处理前后纳滤膜表面特性的变化，利用接触角测定仪测定纳滤膜污染前后的接触角，结果如表3所示。不同预处理工艺后，纳滤膜的纯水接触角（w）大小分别为树脂-NF混凝-NF原水-NF超滤-NF。研究表明11，离子强度也将影响膜表面的亲疏水性。通过测定原水和预处理出水的离子浓度，结果如表4所示，可以发现，树脂通过Cl-交换水中典型的亲水性官能团羧酸基，增加膜表面的疏水性。而混凝过后水中Al3+和Cl-的含量也会增加，Al3+可以降低膜表面的电荷密度，导致形成氢键的能力降低，疏水性增强。超滤则对表4中的离子具有一定的去除效果，降低了离子强度。从表3和表4可以发现，污染膜的接触角大小与水中Cl-的浓度大小趋势相同。通过所测的接触角对有机物与NF膜表面张力参数进行计算，结果如表5所示。LW的大小仅取决于二碘甲烷接触角，高聚物表面存在各种官能团使得电子供体-占主导，电子供体-大于电子受体+。同时电子供体-反映了水分子与膜材料表面形成氢键的能力，与w有着强烈的相关性12。但本研究中-的大小分别为超滤-NF混凝-NF树脂-NF原水-NF，并无次规律性的变化，导致与w的规律性不一致的主要原因可能是受到离子强度的影响。因为AB的大小由电子供体-和电子受体+共同决定，其变化规律和电子供体-相同。利用有机物与NF膜的表面张力参数计算单位面积下的相互作用能，结果如表6所示。GAB的绝对值大于GTOT，表明GAB在相互作用能中占主导，为关键作用力。GLWmf树脂-NF原水-NF超滤-NF；GABmf0，膜与污染物之间表现为排斥力，排斥力大小为超滤-NF混凝-NF原水-NF树脂-NF。GTOTmf总体都大于0，表明了GABmf的主导性，两者的规律性相同。GTOTmf值小是由于水样中污染物的组成主要是无机离子和小分子有机物，粘附在膜表面的作用力微弱，形成了异相滤饼层，可缓解膜表3不同预处理条件下NF270清洁膜与污染膜的接触角Tab.3Contact angle between NF270 clean nanofiltration membrane and polluted nanofiltration membrane under different pretreatment conditions清洁膜和污染膜NF270原水-NF混凝-NF超滤-NF树脂-NF接触角（w）38.5665.4665.6451.3674.64接触角（g）55.7275.7080.3084.9874.68接触角（d）47.1054.9252.1256.3453.76表4原水和预处理出水的离子浓度Tab.4Ion concentrations of raw water and pretreatment effluents检测水样原水混凝出水超滤出水树脂出水Al3+0.065 90.076 80.064 20.062 0K+10.609.619.608.18Ca2+34.032.128.327.1Na+12.3611.9010.308.02Mg2+5.245.245.005.02Cl-110115106135050100 150 200 250 300 350 400 4500.50.60.70.80.91.0 原水-NF 原水-混凝-NF 原水-超滤-NF 原水-树脂-NF比通量时间/min 图2膜比通量变化曲线Fig.2Variation curves of membrane specific flux表5不同预处理条件下有机物与NF膜表面张力参数Tab.5Surface tension parameters of Organic compounds and NF membrane under different pretreatment conditions清洁膜和污染膜NF270原水-NF混凝-NF超滤-NF树脂-NF表面张力参数/（mJ m-2）LW35.8831.4933.0830.6830.15+0.001 53.200.362.640.004 2-56.1810.4018.1624.6417.94AB0.5811.545.1116.131.74TOT36.4643.0338.1946.8132.3634丰桂珍等，基于XDLVO理论和模型解析预处理工艺对纳滤膜污染的影响污染。GTOTmf值大则是由于小分子有机物堵塞膜孔，致使膜有效孔径减小，并形成均相滤饼层，加剧膜污染。上述分析不同于初期通量的下降趋势。GLWff树脂-NF原水-NF超滤-NF；GABff0，污染物与污染物之间表现为排斥力，排斥力大小为超滤-NF混凝-NF原水-NF树脂-NF。GTOTff正负值与GABff相同，也表明了GABff的主导性。将水样的溶液环境视为纯水，可以判断污染物质的亲疏水性。负值为疏水性，正值为亲水性，绝对值越大，亲疏水性强度则越大。GTOTff的变化趋势为超滤-NF混凝-NF原水-NF树脂-NF，符合电子供体-规律性变化，但却异于纯水接触角测量结果。低GTOTff表明了水样中污染物之间的相互作用力小，导致形成疏松多孔的滤饼层和低水力阻力。高GTOTff则表明了水样中污染物之间的相互作用力大，以致形成紧密的滤饼层和高水力阻力。上述分析亦与后期通量的下降趋势不一致。选择原水-NF和超滤-NF对比各个作用能的大小，发现超滤下GTOTmf和GTOTff均大于原水GTOTmf和GTOTff，表明了超滤-NF的排斥力大于原水-NF，超滤预处理下膜通量的下降程度较小，符合实际通量的下降趋势。对于树脂和混凝处理后的水样对纳滤膜的通量衰减，XDLVO理论并不能很好地预测其下降趋势，两者之间存在偏差，可能有两个原因：1）XDLVO理论未考虑离子作用和架桥作用的影响；2）非界面作用（如渗透通量、污染位点等）也会影响XDLVO理论的预测效果，即XDLVO理论更适用于预测发生在膜表面的污染或渗透通量较小时的膜污染机理。2.3模型解析膜污染模型解析膜污染2.3.1Hermia模型分析模型分析利用表2中的公式绘制原水-NF、混凝-NF、超滤-NF 和树脂-NF 的四种 Hermia 模型，结果如图 3 所示。对图3进行线性拟合，其线性回归决定系数R2和斜率K值如表7所示。R2越大，表示拟合程度越好，越接近此污染机制。对于原水-NF而言，滤饼层过滤的R2（0.968 26）是四种模型中的最高值，表明其主要污染机制为滤饼层过滤。但其他三种机制的R2都在 0.93以上，也具有较高的拟合程度，说明原水-NF的污染机制不是一种单独污染机制，而是四种机制共同作用。预处理之后的滤饼层过滤模型中的R2值较于其他三种模型而言为最小值，而完全堵塞R2为最大值，表明预处理工艺阻碍了膜孔堵塞转变为滤饼层过滤，且水中有机物分子量大于膜孔径。这可能是因为混凝去除了形成滤饼层的疏水性大、中分子量有机物，使滤饼层过滤R2（0.948 96）下降。超滤去除100 kDa分子量的有机物，相较于原水直接过滤纳滤而言降低了有机物的含量，从而使滤饼层过滤R2（0.964 32）降低。而树脂由于去除了水中大部分的有机物质，使得膜表面的有机物含量较低，从而缓解膜污染程度，因此树脂-NF下四种Hermia模型的R2最小，为0.83左右，降低了拟合程度。表6直接和预处理污染试验下NF与有机物的单位面积相互作用能Tab.6Interaction energy per unit area of NF with organic matter under direct and pretreatment contamination tests组合膜-污染物组合污染物-污染物试验方式原水-NF混凝-NF超滤-NF树脂-NF试验方式原水-NF混凝-NF超滤-NF树脂-NFGLWmf-2.490-2.860-2.298-2.645GLWff-1.778-2.345-1.514-2.006GABmf25.29025.48547.23210.262GABff10.91513.52243.34222.591GTOTmf22.80022.62544.9347.6170GTOTff9.13711.17741.82820.585（a）滤饼层过滤；（b）中间堵塞；（c）标准堵塞；（d）完全堵塞图3对比Hermia模型下的通量变化Fig.3Comparison of the experimental data with the Hermias model表7应用Hermia模型评估不同预处理工艺下的污染参数Tab.7Evaluation of fouling parameters by applying Hermias model at different pre-treatments预处理工艺原水-NF混凝-NF超滤-NF树脂-NF预处理工艺原水-NF混凝-NF超滤-NF树脂-NFAR20.968 260.948 960.964 320.828 89CR 20.946 020.963 380.975 560.836 07K/（1 m-1）1.07E-67.55E-76.31E-71.79E-7K/（1 m-1）6.85E-55.66E-54.83E-51.90E-5BR20.954 940.959 360.972 590.833 84D0.935 570.966 600.977 740.838 15R2K/（1 m-1）2.15E-51.69E-51.43E-55.04E-6K/（1 m-1）8.74E-47.60E-46.52E-42.85E-4注：A为滤饼层过滤；B为中间堵塞；C为标准堵塞；D为完全堵塞。35第 49 卷 第 11 期水处理技术水处理技术2.3.2Tansel模型分析模型分析利用式（1）（5）绘制纳滤过滤的Tansel模型，结果如图4所示。原水-NF、混凝-NF、超滤-NF和树脂-NF 的 R2分别为 0.985 57、0.979 76、0.978 6 和0.887 68，整体的R2都大于Hermia模型，表明Tansel模型更适合用于描述纳滤的污染过程。虽然混凝去除了部分有机物质，但可能由于PACl破碎沉积在膜表面并形成滤饼层，导致R2值大于超滤-NF和树脂-NF。而超滤和树脂由于截留和吸附了有机物质，可以降低NF膜表面的有机负荷，但因为离子强度不变，致使其 R2小于原水-NF。Tansel模型下的 R2大小可以很好地解释膜污染程度且符合之前的膜通量下降趋势。通过计算原水-NF、混凝-NF、超滤-NF 和树脂-NF 的 Tansel 稳定指数（TSI）13。结果表明，TSI可以用于指示滤饼层的污染程度，TSI的数值大小为原水-NF混凝-NF超滤-NF树脂-NF，表明预处理可以缓解膜污染程度，这与之前的通量变化趋势一致。尤其是对于树脂而言，TSI 稳定且密集，进一步佐证了树脂对于纳滤膜污染的减缓和有效性。3 结论结论本文利用XDLVO理论和两种模型分析了赣江原水在不同预处理工艺下的纳滤膜污染机理，得出以下结论：1）三种预处理工艺对于缓解比通量下降的顺序为：树脂-NF超滤-NF混凝-NF原水-NF，树脂在三种预处理方式中对于减缓膜通量衰减较为明显。2）XDLVO理论能够较好地预测原水-NF和超滤-NF，但由于离子强度等的影响导致混凝-NF和树脂-NF预测结果存在偏差。3）Hermia模型表明预处理工艺阻碍了膜孔堵塞转变为滤饼层过滤。相比之下，Tansel模型更适合用于描述纳滤的污染过程，同时 TSI 指数进一步说明经过树脂预处理的纳滤膜污染潜能最小。参考文献：1YIN W Q,LI X,SUWARNO S R,et al.Fouling behavior of isolated dissolved organic fractions from seawater in reverse osmosis(RO)desalination processJ.Water Research,2019,159(AUG.1):385-396.2PARK M,ANUMOL T,SIMON J,et al.Pre-ozonation for high recovery of nanofiltration(NF)membrane system:Membrane fouling reduction and trace organic compound attenuationJ.Journal of Membrane Science,2017,523:255-263.3ANG W L,MOHAMMAD A W,TEOW Y H,et al.Hybrid chitosan/FeCl3 coagulation-membrane processes:Performance evaluation and membrane fouling study in removing natural organic matterJ.Separation&Purification Technology,2015,152:23-31.4VAN OSS C J,GOOD R J,BUSSCHER R J.Estimation of the polar surface tension parameters of glycerol and formamide,for use in contact angle measurements on polar solidsJ.Journal of Dispersion Science&Technology,1990,11(1):75-81.5YUAN X T,WU L,GENG H Z,et al.Polyaniline/polysulfone ultrafiltration membranes with improved permeability and anti-fouling behaviorJ.Journal of Water Process Engineering,2021,40:101903.6WU H H,SHEN F,WANG J F,et al.Membrane fouling in vacuum membrane distillation for ionic liquid recycling:Interaction energy analysis with the XDLVO approachJ.Journal of Membrane Science,2018,550:436-447.7VAN OSS C J.Interfacial forces in aqueous mediaM.Boca Raton:CRC Press,1994.8KAYA Y,GONDER Z B,VERGILI I,et al.The effect of transmembrane pressure and pH on treatment of paper machine process waters by using a two-step nanofiltration process:Flux decline analysisJ.Desalination,2010,250(1):150-157.9TANSEL B,BAO W Y,TANSEL I N.Characterization of fouling kinetics in ultrafiltration systems by resistances in series modelJ.Desalination,2000,129(1):7-14.10 张健,殷祺,陈艳,等.混凝剂对超滤膜去除有机物及膜污染的影响J.净水技术,2022,41(01):51-57.11 赵应许,纵瑞强,高欣玉,等.XDLVO理论解析不同离子条件下海藻酸钠微滤膜污染J.环境科学,2014,35(04):1343-1350.12 VAN OSS C J.Acid-base interfacial interactions in aqueous mediaJ.Colloids and Surfaces A:Physicochemical and Engineering Aspects,1993,78:1-49.13 WANG J L,TANG X B,XU Y F,et al.Hybrid UF/NF process treating secondary effluent of wastewater treatment plants for potable water reuse:Adsorption vs.coagulation for removal improvements and membrane fouling alleviationJ.Environmental Research,2020,188:109833.图4Tansel模型研究预处理对NF膜污染的影响Fig.4Effects of pretreatments on NF membrane fouling by Tansel model（下转第48页）36第 49 卷 第 11 期水处理技术水处理技术（上接第41页）（上接第36页）XDLVO Theory and Model to Analyze the Fouling Mechanism of NFFENG Guizhen,ZHANG Huomei,HUANG Lin,LI Zhiqiang(School of Civil Engineering and Architecture,East China Jiaotong University,Nanchang 330013,China)Abstract:Membrane pollution is one of the key factors hindering the wide application of nanofiltration membranes.In order to investigate the pollution degree of dissolved organics on the nanofiltration membranes,three pretreatment technologies,coagulation,ultrafiltration and resin were used to analyze the micro force of membrane pollution using XDLVO theory in this study,and membrane pollution mechanism and membrane pollution potential were analyzed through Hermia and Tansel models.The results showed that the XDLVO theory has a good prediction result for the change of the surface pollution layer of raw water NF and ultrafiltration NF nanofiltration membranes,but it may be affected by the ionic strength of the test water.XDLVO theory has a certain deviation for the prediction result of the change of the surface pollution layer of coagulation NF and resin NF nanofiltration membranes in this study.According to the model analysis,the Tansel model can better describe the fouling process of nanofiltration membrane than the Hermia model.TSI value shows that MIEX resin adsorption pretreatment has the potential to reduce membrane pollution and alleviate membrane pollution.Keywords:pretreatment processes;XDLVO theory;Hermia model;Tansel model;fouling mechanismStudy on the Mechanism of Degradation of Rhodamine B by CuO Activated Peroxymonosulfate Prepared by Hydrothermal MethodCUI Fengqi,HE Zhengguang*(College of Ecology and Environment,Zhengzhou University,Zhengzhou 450000,China)Abstract:As a carcinogenic substance,rhodamine B needs an efficient and clean treatment technology.CuO was prepared by hydrothermal method under atmospheric pressure.The CuO/PMS system was established to degrade rhodamine B(50 mg/L),and the total degradation rate was 99.75%,which was better than the CuO system and PMS system.The effects of CuO dosage,PMS dosage,initial pH and anions on the CuO/PMS system were studied.The results showed that CuO was 0.2 g/L,PMS was 0.14 g/L,and the degradation effect was the best at pH=7.The CuO/PMS system had good tolerance to Cl-,SO42-,NO3-and HCO3-.The CuO was characterized by SEM,XRD,and XPS,and the properties of CuO were tested.