本研究以腐殖酸(HA)为污染物，对比分析了CC与EC强化UF去除水中HA与减缓膜污染的效能，考察了CC与EC过程中Al3+的投加量对絮体及滤饼层结构性质的影响，并解析了不同的絮体性质对膜通量的影响机制.超滤(ultrafiltration，UF)技术由于其优良的截留性能已经成为当今最具吸引力的水处理技术之一，可以分离去除大部分水中的病毒和溶解性有机物，确保水质安全. 已有大量报道，传统化学混凝(CC)与电絮凝(EC)作为膜分离的预处理工艺，不但可以有效地减缓膜污染提高膜过滤效率，同时还提高了出水质量.

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       UF技术已经具备在较低的驱动压力下保持较高水通量的性能，能够取代传统水处理工艺中的沉降、砂过滤等澄清方法，并节省一定的占地面积.但当UF单独使用时，易于被堆积在膜表面的胶体和有机物造成膜污染，导致膜通量下降，这也是限制UF更广泛应用的主要原因.因此，需要将其它水处理工艺作为预处理与UF组合，从而达到减缓膜污染的目的.

       EC试验:试验采用自制有机玻璃槽(有效容积为400 mL，下端留有出水口)作为反应器，阴、阳两极均采用铝板，极板尺寸为115 mm×65 mm×2 mm，极板间距20 mm.根据Faraday定律选取电流密度10、20、30 A ·m-2电解3 min，使得反应器内Al3+浓度分别达到2.5、5、7.5 mg ·L-1, 试验先以200 r ·min-1快搅3 min，随后以100 r ·min-1慢搅15 min使絮体稳定增长.

       模拟试验用水:选用HA模拟NOM，称取适量HA样品加入pH=12的溶液中，在磁力搅拌器上缓慢溶解24 h，然后用0.45 μm滤膜过滤，滤后液为HA储备液.向去离子水中加入HA储备液，使HA的浓度保持在10 mg ·L-1，向溶液中加入0.5 mmol ·L-1的NaHCO3作为缓冲物质，溶液pH用0.1 mol ·L-1的NaOH和HCl调至7，并用NaCl调节溶液电导率至1 mS ·cm-1，试验所用药品均为分析纯.

       在CC-UF工艺中分别选取絮凝剂投加量2.5、5、7.5 mg ·L-1，EC-UF工艺中分别选取电流密度10、20、30 A ·m-2，考察Al3+投加量和投加方式对膜通量的影响，结果如图 3. CC-UF工艺中，絮凝剂投加量为5 mg ·L-1时反应结束后膜通量比投加量为2.5 mg ·L-1、7.5 mg ·L-1时分别高约16.20%、5.20%.同样，在EC-UF工艺中电流密度为20 A ·m-2时反应结束后膜通量比电流密度为10 A ·m-2、30 A ·m-2时分别高约16.90%、9.32%.虽然Al3+的投加方式不同，但Al3+的投加量都存在一个最优值，高于或低于最优值都会造成膜通量下降.由图 4可知，当Al3+的投加量低于最优值时，导致HA与Al3+水解产物结合不完整，使溶液中存在大量粒径相对较小的胶体粒子和部分未被结合的HA;当Al3+的投加量高于最优值时，在CC中由于过量Al3+的水解作用使溶液的pH值偏低，而在EC中由于阴极电解产生大量的氢氧根使溶液pH值偏高，溶液pH值过高或过低都不利于铝络合物与HA结合。

       在CC-UF和EC-UF工艺中，Al3+投加量控制在5 mg ·L-1时对膜污染的减缓效果最好，反应结束时膜通量分别保持在原始膜的88.42%、93.99%.

       相比CC，EC的絮体更加具备抵抗剪切力的能力并且结构较紧实，因此，EC-UF工艺中形成的滤饼层不容易被压力压碎压实，具有疏松多孔和更加亲水的性质.导致与最优投加量相比高投加量条件下形成絮体粒径相对较小，而粒径较小的絮体生成的滤饼层就相对比较紧实，使过滤阻力增大.因此，在膜过滤过程中，低Al3+投加量容易堵塞膜孔而高Al3+投加量容易增加过滤阻力，这与前人的研究结果一致.在CC-UF工艺中分别选取絮凝剂投加量2.5、5、7.5 mg ·L-1，EC-UF工艺中分别选取电流密度10、20、30 A ·m-2，考察Al3+投加量和投加方式对絮体性质的影响，可知在CC-UF工艺中，絮凝剂的加入使得带正电的铝离子和铝络合物与带负电的HA迅速发生吸附电中和作用，使胶体颗粒脱稳生成粒径相对较大的絮体.与此同时，絮体之间的碰撞和磁力搅拌器转子的剪切力作用使絮体也在不断地破损，当絮体破损与聚合速度达到平衡时，絮体的粒径便趋于一个稳定值.然而，絮体处于稳定期的粒径并不随着絮凝剂的投加量增大而增大，这主要归因于HA表面吸附多余的正电荷使其带正电，增加了胶体之间的排斥力，不容易聚合生成粒径较大的絮体.可知同样的结果也出现在EC-UF工艺中，阳极电解释放Al3+的同时阴极也在产生氢氧根，絮体的生成主要依靠Al (OH)3的网捕卷扫作用.根据Faraday定律可知，当电解出Al3+的量增多时阴极产生的氢氧根也在增多，由于溶液中存在大量的氢氧根使水解产物向Al (OH)4-等负离子转化，系统脱稳困难混凝效果较差，所以絮体处于稳定期时的粒径相对小于最优投加量时的絮体粒径.絮体的强度系数与Al3+投加量成负相关，说明Al3+低投加量条件下形成的絮体抗剪切力的能力越大.在EC和CC各自的工艺条件下，分形维数大的絮体其恢复系数值相对较大.

       分别对CC-UF工艺与EC-UF工艺中被污染的超滤膜做水接触角和SEM表征，考察Al3+的投加方式对膜表面滤饼层结构性质的影响.不同工艺膜表面滤饼层水接触角的排序为: 90°>空白>CC-UF>UF>EC-UF，说明不同工艺条件下所形成的滤饼层均为亲水性，但EC-UF工艺膜表面滤饼层的亲水性最强.当絮体被吸附到超滤膜表面时，滤饼层就逐渐形成，如果絮体的特性不同，那么滤饼层的密实程度也不同.可以看出，仅用UF过滤模拟试验用水时，膜表面被大量HA覆盖只能看清零星的几个膜孔，而且滤饼层非常的密实. CC-UF工艺与EC-UF工艺相比，由于EC产生的絮体强度大且相对紧实，在膜分离过程中不容易被压力压碎、压实，所以EC-UF工艺形成的滤饼层更加的疏松多孔，而且表面也相对比较粗糙.正如Wenzel的研究结果，物体表面在原有亲疏水性的基础之上，表面的粗糙程度与其亲疏水的性质呈正比，亲水性的物体表面越粗糙其亲水性越好，同理疏水性物体表面越粗糙疏水性越好，所以EC-UF工艺膜表面滤饼层的水接触角较小亲水性强.综上可知，EC-UF工艺条件下形成的滤饼层更加有利于减缓膜污染.

       综上可知，Al3+的浓度为5 mg ·L-1(20 A ·m-2)时为最优投加量，可以有效地减缓膜污染.

       CC、EC作为UF的预处理技术，不仅有效减缓了膜污染，而且还提高了出水质量.相对于单独使用UF工艺时，在膜通量方面分别提高约33.92%、39.49%，HA去除率方面分别提高约58.38%、57.69%.