铝系混凝剂减缓DOM引发膜污染的红外光谱-多变量曲线分辨分析文献综述

1. 文献综述（或调研报告）：

膜处理技术与常规处理相比，出水有很好的稳定性，占地面积小，自动化程度高，维护成本低，并能减少后续消毒药剂的使用量，再加上近年膜造价的不断降低以及强抗污染膜材的出现，膜技术在饮用水领域正得到日益广泛的应用^[1]。超滤膜作为城市净水技术，由于其截留悬浮物、细菌、病毒及出水水质等方面优于传统工艺，近年来在中国城市净水厂中的应用越来越广^[2]。膜污染是制约超滤工艺应用的关键因素，因为膜污染与超滤膜系统运行能耗相关联^[3]。膜表面滤饼层的形成是导致膜通量下降的主要原因，它占膜总过滤阻力的68-71%^[4]。混凝作为膜前预处理中最有效的工艺可改善膜前水质，显著减缓膜污染。

采用混凝作为预处理，由于混凝剂能够改变悬浮颗粒尺寸大小和表面电性，能够降低膜过滤阻力和提高对有机物的去除效果。混凝 超滤组合工艺有两种方向:一是将混凝形成的矾花去除后进膜过滤，类似于常规处理/UF。二是不去除矾花直接进膜过滤，即在线混凝 (in-line coagulation)/UF 组合工艺^[5,6]。在线混凝/UF简化了预处理流程，降低了基建费用，有良好的应用前景。

本实验采用的原水配比为腐殖酸HA浓度10mg/L，牛血清白蛋白BSA 10mg/L，高岭土20mg/L，原水pH为7。在混凝反应器中分别投加三种铝系混凝剂：硫酸铝、PAC和氯化铝。确定混凝剂的最佳投加量。膜表层污染物形态通过原子力显微镜(Atomic Force Microscope ，AFM)观察得到，污染物的表面官能团利用红外衰减全反射光谱(IR-ATR)得到，然后多变量曲线分辨-交替最小二乘法分(MCR-ALS)来对红外光谱进行数据分离和提取。该方法

一些基于荧光或纳米粒子标记的光谱方法也被用于膜污染的研巧，但标记物本身会对膜污染造成干扰^[7]。IR-ATR技术作为一种无标记分析方法，能够反映膜污染过程中污染物官能团的结构信息，己被应用于膜表面孔隙空间分布的表征^[8-9]。该方法的主要缺陷是由于污染物及膜基质的光谱发生较为严重的重叠，通常很难加以区分。

MCR-ALS分析可以从未知混合物的光谱数据中提取出每一组分的响应，而不需要知道未知物的种类及组成信息，这己被广泛用于处理植物以及生物医学组织的拉曼及红外光谱数据^[10-12]。基于每一像素中的光谱是一系列纯物质光谱的线性组合这一假定，MCR-ALS将混合物光谱数据分解成不同组分的纯光谱及浓度分布^[10]。

所以，本实验通过建立流量衰减模型模拟膜污染过程，结合衰减全反射红外光谱(IR-ATR)和多变量曲线分辨-交替最小二乘法分(MCR-ALS)解析膜污染各组分时空分布特性，来评估以铝系混凝剂为混凝剂的混凝过程对PVDF膜的过滤性能、膜污染的影响及机理解析，研究Al的不同形态（氧化铝、氯化铝、聚合氯化铝以及氢氧化铝）对微滤膜性能的影响，解析膜污染机理。

参考文献：

[1] 董秉直,曹达文,范瑾初.膜技术应用于净水处理的研究和现状[J].给水排水,1999,25(1): 28-31.

[2] XIA S, LI X, ZHANG Q, et al. Ultrafiltration of surface water with coagulation pretreatment by streaming current control [J]. Desalination, 2007, 204(1 /2 /3): 351-358.

[3] XU W, YUE Q, GAO B, et al. Impacts of organic coagulant aid on purification performance and membrane fouling of coagulation/ultrafiltration hybrid process with different Al-based coagulants[J]. Desalination, 2015, 363: 126-133.