纳滤(NF)是一种从地表水中获得纯净、安全饮用水的非常有前景的技术。NF不仅能够有效去除地表水中大部分污染物、有机物,同时在我们近期的研究中发现NF可以有效截留饮水处理过程中产生的消毒副产物(DBPs),从而可能降低与DBPs毒性相关的癌症风险(Nat Sustain 5, 689-698, 2022)。然而,膜污染是限制NF可持续净水性能的主要障碍,尽管目前关于NF膜污染方面的研究已经被广泛报道,但大部分研究局限于使用模型污染物(BSA, HA, SA)或少量的地表水样品。实际上,这些模型污染物难以真实地反映地表水中天然有机物(NOM)的性质,例如:组成、结构和化学性。此外,地表水中NOM的理化特性随地理位置、水文条件和气候等因素高度可变,因此,使用不同地区,不同性质的多种实际地表水研究NF膜污染更具实际意义。
对于同一地区,不同类型的地表水,水库水具有最低的浊度、zeta电位值(绝对值)、平均分子尺寸和DOC值,河水次之,湖水最高。对于同一类型,不同地区的地表水,南方水样表现出更低的浊度、更高的zeta电位值、更大的平均分子尺寸和更低的DOC值。同时南方地表水的芳香度/疏水性高于同类型的北方水(图1和2)。这些结果表明:研究所选取的地表水水质参数具有显著的差异性,同时也反映出南方地表水具有更优的水质。
图1 地表水水质分析:(a)pH值和以OD600 表示的浊度;(b)zeta电位值;(c)以E2/E3表示的有机物平均分子尺寸;(d)金属离子浓度。图 (a-c) 中带颜色的矩形框表示不同类型的地表水,蓝色、粉色和绿色分别代表水库水、河水和湖水,每一个矩形框内,左边为南方水样,右边为北方水样。
图2 地表水中有机物分析:(a)DOC浓度;(b)以SUVA值表示的芳香度/疏水性;(c)水中有机物的FTIR光谱;(d)水中有机物的表观分子量分布。图 (a-b) 中带颜色的矩形框表示不同类型的地表水,蓝色、粉色和绿色分别代表水库水、河水和湖水,每一个矩形框内,左边为南方水样,右边为北方水样。
图3(a)归一化的通量下降及反洗后膜通量恢复;(b)NF膜后水中有机物的分子量分布;(c)膜对地表水中腐殖质的截留率,黄色和蓝色矩形框分别表示南方水样和北方水样;(d)膜对不同地表水中低分子量 (LMW, 300-1400 Da), 中分子量 (MMW, 1400-4200 Da) 和高分子量 (HMW, 4200-10000 Da) 腐殖质的截留率。
图4 膜污染程度和类型与独立的水质参数之间的相关性,其中%-LWM、%-MWM 和%-HWM分别表示低分子量、中分子量和高分子量组分在腐殖质中所占的比例;%-TY、%-TR、%-FA、%-SMP和%-HA分别为三维荧光光谱中酪氨酸类、色氨酸类、富里酸类、溶解性微生物副产物类和腐殖酸类物质所占的比例;T-fouling、R-fouling和Ir-fouling分别为总污染、可逆污染和不可逆污染,蓝色和红色分别表示负相关和正相关;符号 * 表示 P < 0.05。
原文链接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.138682
作者简介
俞文正,中国科学院生态环境研究中心研究员,浙江宁波人,曾获欧盟“玛丽居里国际引进学者”基金(IIF)、中组部海外高层次人才青年项目,2021年北京市杰出青年基金,中国城市科学研究会韧性城市专业委员会委员,Membranes期刊(IF 4.5)编委、Chinese Chemical Letters期刊(IF 6.67)和FESE青年编委,2021年起入选全球前2%顶尖科学家榜单(环境领域)。本科就读于武汉大学给水排水工程专业,后保送至哈尔滨工业大学硕博连读,导师为李圭白院士。博士期间在英国伦敦大学学院(UCL)联合培养一年(Simon Li Scholarship),导师为絮凝领域权威John Gregory教授。2010年进入中科院生态中心曲久辉院士课题组工作,任助理研究员。2012年底获得欧盟“玛丽居里国际引进学者”基金资助,2013年开始在英国帝国理工学院从事科研工作(合作导师为环境工程系时任系主任Nigel Graham教授)。2018年1月回到生态中心工作。俞文正研究员的研究方向是饮用水中有机物的产生、转化和去除及其对人体健康的影响,包括污染物去除和水质与慢性疾病相关性。其学术成果以第一或通讯作者已发表SCI论文近100篇,影响因子>10的论文60余篇,其中1篇Nature Sustainability、1篇Communications Chemistry(Nature数据库)、本领域著名期刊ES&T和Water Research共33篇。
田隆,中国科学院生态环境研究中博士生,已经在ES&T,Chemical Engineering Journal,Journal of Membrane Science等期刊发表膜方面相关论文若干篇。
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