3.2.2 膜形貌分析 将采集的两段卷式膜解剖,从膜的横向划分成进口、中部和出口 3 个位置,考察膜污染的分布特征.图 11 为一段 RO 污染膜形貌,可以看到膜表面都存在一层紧密的污染层,且污染层厚度由进口到出口逐渐增厚.在进口处,表面有一层致密的污染物,主要是有机物,进一步放大可看到一定的颗粒结构,且结构紧密,有无机盐结晶耦合.中部污染层增厚,且表面可发现明显的无机盐结晶,进一步放大可发现一定的丝状结构,且污染层更加致密,表明存在一定的微生物生长.出口处污染层最厚,其主要原因是原水在膜过程不断浓缩;膜致密污染层出现显著的污染物,进一步放大发现主要为无机结晶和微生物的复合体.观察一段 RO 膜表面污垢也可以发现污染物结构密实,且有明显的微生物细胞(图 11c) ,进一步采用 EDS 分析发现主要组成为 C、N、O(占比高于 89%,表 1 最右一列) ,因此可以认为主要组成为有机物和微生物.整体而言,一段 RO 过程以有机物和微生物为主,且随着原水的浓缩膜污染程度增强,形成有机⁃无机⁃微生物复合污染的稳定污染层.可以推断,这种致密污染层结构是膜清洗过程效果有限,且清洗后通量迅速下降和跨膜压差迅速升高的关键原因.如图 12 所示,二段 RO 污染膜膜表面存在一层厚厚的污染层,且污染层结构较松散,主要为无机结垢形成的片状晶体的堆积,即污染物主要以无机盐为主,其主要原因是盐通过两段 RO 浓缩后显著增加.同时,从进口、中部和出口处的膜污染层可以发现,膜污染层随着原水在 RO 过程中的浓缩而逐渐增厚,且片状结晶也在逐渐增大.这种松散的污染层结构是二段 RO 膜采用酸洗即实现了更佳的膜污染清洗效果的主要原因.但随着有机物的膜浓缩过程,其在膜表面不断累积,导致膜污染层从进口到出口逐渐变致密,且发现了微生物生长,表明逐步形成了有机⁃无机⁃微生物复合污染层.
3.2.4 有机物组成 进一步采用 FTIR 分析样品发现,一段 RO 膜垢、浓水、进口、中部和出口处污染物具有一致的有机分子结构(郑利兵等, 2019).如图13 所 示, 膜 垢 与 污 染 膜 主 要 吸 收 峰 为 3279(υ⁃NH ) 、 2972 ( υ⁃CH ) 、 1635 ( υ⁃C
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