CN117571574A - 一种通过tep测量实现电絮凝精准调控膜污染的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种通过TEP测量实现电絮凝精准调控膜污染的方法，包括以下步骤：通过电絮凝调控模型获得，所述调控模型基于动态过滤条件下获得的动态调控数据及经第一固定测试获得的定量数据建立，其中，所述动态调控数据包括在所述动态过滤条件下，采用电絮凝预处理的上清液的第一定量特征的值；所述定量数据包括在所述第一固定测试中采用电絮凝预处理的上清液的第二定量特征的值。本发明为高效缓解膜分离技术中的膜污染问题提供技术与方法，本发明所采用的TEP测定方法可以作为电凝预处理有效缓解超滤膜污染的指标，减少膜技术在实际应用中的成本，最大程度上实现污水资源化。

Description

一种通过TEP测量实现电絮凝精准调控膜污染的方法
技术领域
本发明涉及电絮凝调控膜污染的技术领域，具体涉及一种通过TEP测量实现电絮凝精准调控膜污染的方法。
背景技术
膜分离技术是当代新型高效的、最具发展前途的水处理技术之一，可以有效地去除水中的胶体、细菌和病毒等。相较于传统的常规处理工艺，膜分离技术在水处理方面具有处理效率高、能源消耗低、自动化程度高等优点，因而引起研究者们的广泛关注。膜分离技术的主要原理是利用特殊材料的膜，在外加推动力(压力差、电势差、浓度差)的条件下，使被处理水通过膜面一侧流向另一侧，依靠膜的选择透过性，实现水中的小分子、固体颗粒等的分离。
然而，膜污染问题是制约膜技术发展的重大挑战。严重的膜污染不仅会阻碍膜的长期运行，还会降低污染物去除的效果。膜污染物的成分与原水溶液组成密切相关。在膜过滤过程原水被截留的污染物一般可分为四类：胶体/颗粒污染物、无机污染物、有机污染物和生物污染物。在实际条件中，由于多种污染物同时存在，不同污染物互相作用下形成的复合污染也会使得膜污染的发生机理变得更为复杂。广泛存在于地表水中的腐殖酸、蛋白质和多糖等天然有机物(Natural Organic Matter，NOM)在膜过滤过程中会积聚在膜表面，进而引发严重的膜污染。其中，多糖有机物能够与其他有机分子相互连接，从而产生复杂的三维网络结构。研究发现，在膜过滤过程中通常更容易导致不可逆污染的发生。近年来，由酸性多糖形成的透明胞外聚合颗粒物(Transparent Exopolymer Particles,TEP)因其独特的性质受到了广泛的关注。TEP是一种透明凝胶状多糖聚合物。经研究发现，阳离子会影响TEP的交联聚合，从而导致不同程度的膜污染。TEP的测量能够揭示多糖聚合的程度，为解析多糖膜污染机制和控制膜过滤过程中的膜污染问题提供全新视角。
为解决膜污染这一核心问题，研究发现在膜技术前增加膜前预处理工艺，可以有效提高有机物的去除效果，减少污染物进入膜孔。混凝通常作为膜前预处理来维持膜的高性能以减轻膜污染。但在实际应用中需严格控制混凝剂的用量，以防引起二次污染。电絮凝预处理不仅避免使用化学药剂而且操作简单，因此将在原位产生絮凝剂的电絮凝作为替代传统混凝的有效方案。此外，通过外加电场可以增加滤饼层孔隙率和亲水性，抑制带负电的污染物粘附在膜表面，从而减轻膜污染，增强水通量。然而，电絮凝对污染物微观特征的具体影响尚缺乏详细研究，这限制了对电絮凝去除污染物机制的理解，阻碍了膜污染的精准调控。
发明内容
针对上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提出一种通过TEP测量实现电絮凝精准调控膜污染的方法，从而实现对膜污染最大程度缓解的方法。本发明的目的还在于提出该方法在控制膜污染上的应用。
一种通过TEP测量实现电絮凝精准调控膜污染的方法，其通过电絮凝调控模型获得，所述调控模型基于动态过滤条件下获得的动态调控数据及经第一固定测试获得的定量数据建立，其中，所述动态调控数据包括在所述动态过滤条件下，采用电絮凝预处理的上清液的第一定量特征的值；所述定量数据包括在所述第一固定测试中采用电絮凝预处理的上清液的第二定量特征的值。
上述方案中，所述动态过滤是指的过滤过程可持续性进行的过滤，如由过滤系统提供驱动力，驱动液体不断通过滤膜实现持续过滤的情况。
根据本发明的一些优选实施方式，所述动态调控数据的获得包括以下过程：
(1)构建电絮凝系统；
通过所述电絮凝系统，进行电絮凝预处理测试，获得所述电絮凝预处理的上清液；
其中，所述电絮凝系统包括：提供电流的稳压直流电源和/或交流电源，提供导电介质的电解质，对溶液进行电解的阴极极板和阳极极板，可选择包括金属铝中的一种或几种，或更具体的，选择包括铝板，连接供电电源和阴极板、阳极板的导线。
(2)构建动态膜过滤系统；
通过所述动态膜过滤系统，进行膜过滤测试，获得所述动态调控数据；
其中，所述动态膜过滤系统为错流过滤系统；
所述错流过滤系统包括：提供进样溶液及实现动态的错流进液过程的进液单元，对进液进行错流过滤系统由滤膜形成的膜单元，对过滤后的滤液进行收集的过滤收集单元，及对收集到的滤液的所述定量特征或其相关特征进行测定的测量单元，使未经所述滤膜过滤的液体回流至进液单元的回流单元，和将所述测量单元获得的数据进行记录或处理的处理单元。
根据本发明的一些优选实施方式，所述电絮凝系统在恒定的电解电流和/或电压下进行所述电絮凝预处理测试。
根据本发明的一些优选实施方式，所述电絮凝系统的阳极材料选自铝板。
根据本发明的一些优选实施方式，所述电絮凝系统的阴极材料选自泡沫镍。
根据本发明的一些优选实施方式，所述错流过滤系统在恒定的进液压力和/或错流流速下进行所述膜过滤测试。
根据本发明的一些优选实施方式，所述错流过滤系统中，所述进液压力为1.5-2.5bar。
根据本发明的一些优选实施方式，所述滤膜选自36～42cm2的超滤膜。
根据本发明的一些优选实施方式，所述滤膜的材料选自聚醚砜和/或聚偏氟乙烯。
根据本发明的一些优选实施方式，所述滤膜可截留的分子量为10-50kDa。
所述固定测试是指的在持续性过滤之外，需要通过逐次过滤实现的测试。
上述方案中，所述定量特征是指的在其对应的测试中，作为测试指标的、可以实现定量化的物理特征或特征组合，如浓度、质量、渗透率、渗透通量等。上述方案中第一定量特征与第二定量特征可以相同也可以不同，如根据本发明的一种优选实施方式，所述第一定量特征为渗透通量，所述第二定量特征为产生的TEP模拟污染物的浓度。
根据本发明的一些优选实施方式，所述调控模型还基于经第二固定测试获得的半定量特征建立，所述半定量特征包括在所述第二固定测试中采用的电絮凝所产生的铝离子及与其对应的TEP模拟污染物的定性特征，其中所述定性特征包括TEP模拟污染物的微观形貌特征。
根据本发明的一些优选实施方式，所述定量数据的获得通过提取测试实现，所述提取测试包括分离-染色-提取的过程。其中，所述分离为将含有水、电絮凝产生的絮凝剂及TEP模拟污染物的样品液进行过滤、分离滤液与被滤膜截留的截留物的过程；所述染色为将提取测试中滤膜过滤得到的截留物进行染色的过程；所述提取为提取出染色后的所述截留物中TEP模拟污染物的某一个或多个定量特征的定量数据的过程。
进一步优选的，所述分离使用的滤膜选自聚碳酸酯膜；和/或该滤膜的膜孔大小为0.01-4μm。
进一步优选的，所述提取通过对所述电絮凝产生的絮凝剂和TEP模拟污染物进行吸光度曲线和/或等效吸光度曲线的测定实现。
根据本发明的一些优选实施方式，所述半定量特征的获得通过显微镜测试实现。所述显微镜测试包括直接染色-观测的过程，其中所述直接染色为将染料溶液加入含有絮凝剂和TEP模拟污染物的混合物中的过程；所述观测为将所述直接染色后获得的混合物放置于显微镜装置下获得其微观形貌特征的过程。
进一步优选的，所述微观形貌特征选自TEP数量，TEP的体积大小，TEP的形态、密度中的一种或多种。
根据本发明的一些优选实施方式，所述TEP模拟污染物原料选自酸性多糖中的一种或几种，进一步优选的，所述TEP模拟污染物通过海藻酸钠形成。
相较于已有方法，本发明的方法，可以定性定量分析评价电絮凝对污染物形态特征的影响机制，从而使污染物形成一定尺寸和特性的TEP，被膜表面截留并形成合适的预滤层，从而防止细小污染物进入膜孔导致严重的不可逆污染，实现膜过滤过程中膜污染的精准防治。
根据一些优选的实施方式，本发明采用了操作更为简单的分离染色法，更好的保证半定量分析对调控TEP形成的准确性，并具有一定的TEP筛选能力，同时也相当于在此过程中提供了一种符合与膜过滤过程相结合的污染物定量评价方法。此外，本发明结合光学显微镜的观察分析污染物的形态特征，也相当于建立了一种评价电絮凝的调控体系，控制污染物的聚合及其在膜表面的沉积，达到防控膜污染的目的。
本发明为高效缓解膜分离技术中的膜污染问题提供技术与方法，本发明所采用的TEP测定方法可以作为电凝预处理有效缓解超滤膜污染的指标，减少膜技术在实际应用中的成本，最大程度上实现污水资源化。
附图说明
图1为本发明的一种具体实施方式的流程图；
图2a为具体实施方式获得的不同电流密度下海藻酸钠的溶液性质变化情况之一；
图2b为具体实施方式获得的不同电流密度下海藻酸钠的溶液性质变化情况之二；
图2c为具体实施方式获得的不同电流密度下海藻酸钠的溶液性质变化情况之三；
图3为具体实施方式获得的不同电流密度下海藻酸钠的膜过滤渗透通量变化情况；
图4为具体实施方式获得的不同电流密度下海藻酸钠在0.1μm下形成TEP的相对浓度；
图5a为具体实施方式获得的不同电流密度下海藻酸钠形成TEP的形态特征图之一；
图5b为具体实施方式获得的不同电流密度下海藻酸钠形成TEP的形态特征图之二；
图5c为具体实施方式获得的不同电流密度下海藻酸钠形成TEP的形态特征图之三；
图6为具体实施方式获得的不同电流密度下海藻酸钠的污染能力值。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明进行详细描述，但需要理解的是，所述实施例和附图仅用于对本发明进行示例性的描述，而并不能对本发明的保护范围构成任何限制。所有包含在本发明的发明宗旨范围内的合理的变换和组合均落入本发明的保护范围。
根据本发明的技术方案，一种通过TEP测量实现电絮凝精准调控膜污染的方法，包括如图1所示的流程，更具体，包括以下步骤：
S1.搭建特制电絮凝系统，调控其中各元件工作参数，准备电絮凝预处理测试。
在更具体的一些实施中，所述电絮凝系统包括：提供模拟液絮凝剂的电解单元及实现液体电解的阴、阳极板、导线，对模拟液进行提供电流的直流电源，促使模拟液进行导电的电解质，对模拟液提供絮凝剂进行絮凝的铝阳极板和泡沫镍阴极板。
更具体的，如在本发明的第一实施例中，所述电絮凝系统的工作过程包括：
使用烧杯作为电絮凝反应装置，在烧杯中盛放模拟液并插入阳极板和阴极板，利用导线连接直流电源和阴阳两个极板，加入电解质氯化钠控制导电。
进入电絮凝过程，利用电流、电压旋钮控制恒定的电流密度。
其中，在更具体的一些实施中，TEP模拟污染物原料可选择包括可实现TEP模拟的酸性多糖中的一种或几种，或更具体的，选择包括海藻酸钠，电絮凝产生絮凝剂的阳极金属板材料，可选择包括金属铝中的一种或几种，或更具体的，选择包括金属铝板。起到导电作用的电解质可选择盐类化合物中的一种或几种，选择包括氯化钠。在其后的测试中，可通过控制不同的电流密度模拟改变透明胞外聚合物形成的数量和形态的过程。
在该实施中，配制模拟液时应控制每次的输入和样品的加入顺序，以免产生絮凝凝胶。
进一步优选的，在模拟液配制完毕后，用磁力搅拌器搅拌2h，确保溶液充分混合。
S2.进行电絮凝测试，获得不同电流密度预处理条件下的上清液作为膜过滤测试的进样溶液。
在更具体的一些实施中，为获得更准确效果更好的测试数据，从打开直流电源时计时开始，计时时长控制在35min。
在更具体的一些实施中，为获得更准确稳定的测试数据，可对测试过程和参数进行优化限定，如在本发明的第二实施例中，电絮凝测试包括：
在每次电絮凝实验运行前，对电絮凝反应装置使用超纯水仔细清洗，对阳极金属板使用盐酸浸泡2min去除表面氧化层，并使用超纯水反复清洗，以确保实验装置工作的可靠性和模拟实验的准确性。
每个模拟液的电絮凝时间为35min，并在电絮凝过程中保持电流恒定，分别在电絮凝进行0、2、5、8、10、15、25、35min时取10ml样品，用于后续测试。
每个模拟液的电絮凝实验至少重复3次。
在更具体的一些实施中，所述电絮凝测试为在控制一个或多个电解参数下，改变电絮凝条件和/或模拟液组成实现的，其中电絮凝操作条件可包括如电源的类型、阳极板材料、阴极板材料、电解质的种类、电解的模式(恒定电压/恒定电流)、施加电压/电流的大小、电解时间等；模拟液组成可能包括如模拟液中所含有的组分类型、不同组分的浓度等。进一步通过以下一些实施例做出示例性展示：
实施例三：
本实施例模拟液共2L，该进液含有水、海藻酸钠和氯化钠，其中海藻酸钠浓度为50mg/L，氯化钠浓度为10mM，溶液配制完毕后，用磁力搅拌器搅拌2h，确保溶液充分混合。采用本发明第一实施例所搭建的电絮凝装置进行电絮凝测试，其中阳极板所配备的金属材料为铝，阴极板材料为泡沫镍，电流密度为1mA/cm2，电絮凝时长为35min，在电絮凝时间为0、2、5、8、10、15、25、35min时取10ml样品，利用激光粒度仪测定样品溶液的Zeta电位和粒径。
实施例四：
本实施例模拟液共2L，该进液含有水、海藻酸钠和氯化钠，其中海藻酸钠浓度为50mg/L，氯化钠浓度为10mM，溶液配制完毕后，用磁力搅拌器搅拌2h，确保溶液充分混合。采用本发明第一实施例所搭建的电絮凝装置进行电絮凝测试，其中阳极板所配备的金属材料为铝，阴极板材料为泡沫镍，电流密度为2mA/cm2，电絮凝时长为35min，在电絮凝时间为0、2、5、8、10、15、25、35min时取10ml样品，利用激光粒度仪测定样品溶液的Zeta电位和粒径。
实施例五：
本实施例模拟液共2L，该进液含有水、海藻酸钠和氯化钠，其中海藻酸钠浓度为50mg/L，氯化钠浓度为10mM，溶液配制完毕后，用磁力搅拌器搅拌2h，确保溶液充分混合。采用本发明第一实施例所搭建的电絮凝装置进行电絮凝测试，其中阳极板所配备的金属材料为铝，阴极板材料为泡沫镍，电流密度为3mA/cm2，电絮凝时长为35min，在电絮凝时间为0、2、5、8、10、15、25、35min时取10ml样品，利用激光粒度仪测定样品溶液的Zeta电位和粒径，利用有机碳分析仪测定样品溶液的总有机碳浓度(TOC)。
进一步的，根据以上各实施例，可得到如图2a到图2c所示的不同电流密度下海藻酸钠的溶液性质变化情况。
S3.搭建特制膜过滤系统，调控其中各元件工作参数及状态，准备膜过滤测试。
在更具体的一些实施中，所述膜过滤系统包括：提供进样溶液及实现进液过程的进液单元，对进液进行过滤的由滤膜形成的膜单元，对过滤后的滤液进行收集的过滤收集单元，及对收集到的滤液进行包括质量在内的测定的测量单元。
在更具体的一些实施中，所述进液单元与所述膜单元为可实现对进样溶液进行错流过滤的错流膜过滤系统，如进液单元由具体的进液容器、压力控制装置和进液管道形成，其中压力控制装置为可使进液压力恒定的装置，如提供恒定抽水压力的齿轮泵，通过该齿轮泵的压力调节装置如压力表控制其进液压力恒定，如控制进液压力始终为2bar；膜单元选择如在压力控制装置的供压下，可形成错流过滤模式的36-42cm2的超滤膜。
在更具体的一些实施中，所述膜过滤系统还包括回流单元和/或处理单元，其中回流单元可使未经膜过滤的液体回流至进液单元，其具体可使用回流管等实现，处理单元可将测量单元获得的数据进行记录或处理，如过滤收集单元由特定收集容器形成，测量单元由与该收集容器相连的天平形成，则记录单元可进一步选择如与该天平相连的电脑形成，其不仅可记录某一时刻天平测定的滤液的重量，同时可对重量的变化情况进行计算处理。
在更具体的一些实施中，所述膜过滤系统中设置有可透水金属板和防渗水橡胶圈。
在更具体的一些实施中，所述膜过滤系统中膜材料选自聚醚砜或聚偏氟乙烯，截留分子量约为10-50kDa。
更具体的，如在本发明的第六实施例中，所述膜过滤系统的工作过程包括：
进液在齿轮泵的恒定的抽水压力下流入错流过滤系统，利用压力表控制恒定的进水压力为2bar；
进入错流装置的进液部分经膜过滤由特定的容器收集，并通过与天平相连的电脑记录其重量变化；
其余进液通过回流管回流入进液容器。
在更具体的一些实施中，所述进样溶液包括超纯水和/模拟液，所述模拟液可进一步包含如：水、TEP模拟污染物原料、电絮凝处理后上清液、电絮凝产生的絮凝剂、电解质。
S4.进行膜过滤测试，获得不同电流密度条件预处理下的膜过滤物的渗透通量。
在更具体的一些实施中，为获得更准确稳定的测试数据，从天平初始计数开始，计数时长控制在120min-200min之内并保持稳定。
在更具体的一些实施中，为获得更准确稳定的测试数据，可对测试过程和参数进行优化限定，如在本发明的第七实施例中，膜过滤测试包括：
在每次过滤实验运行前，对过滤系统使用超纯水仔细清洗，以确保实验装置工作的可靠性和模拟实验的准确性。
每个样品液体的过滤时间至少为120分钟，并可通过记录单元，根据其在过滤过程中的重量变化、有效膜面积和时间计算出滤液流量。
每个样品液体的过滤试验至少重复3次。
在更具体的一些实施中，所述膜过滤测试为在控制一个或多个膜过滤参数下，改变进液组成实现的，其中膜过滤参数可包括如膜的类型、尺寸、错流过滤时长、进液压力，及对其过滤数据进行统计的周期等，进液组成可包括如进液中所含有的组分类型、不同组分的浓度等；进一步通过以下一些实施例做出示例性展示：
实施例八：
本实施例进液共2L，该进液含有水、海藻酸钠和氯化钠，其中海藻酸钠浓度为50mg/L，氯化钠浓度为10mM，溶液配制完毕后，用磁力搅拌器搅拌2h，确保溶液充分混合。采用本发明第六实施例所搭建的错流过滤装置进行膜过滤测试，其中膜单元所配备膜组件为截留分子量为20kDa的聚醚砜超滤膜，错流过滤时长为120min，恒定压力为2bar，与电脑相连的天平每隔15-60s记录重量变化，根据达西定律计算膜阻力。
实施例九：
本实施例进液共2L，该进液为实施例三所处理后的上清液，采用本发明第六实施例所搭建的错流过滤装置进行膜过滤测试，其中膜单元所配备膜组件为截留分子量为20kDa的聚醚砜超滤膜，错流过滤时长为120min，恒定压力为2bar，与电脑相连的天平每隔15-60s记录重量变化，根据达西定律计算膜阻力。
实施例十：
本实施例进液共2L，该进液为实施例四所处理后的上清液，采用本发明第六实施例所搭建的错流过滤装置进行膜过滤测试，其中膜单元所配备膜组件为截留分子量为20kDa的聚醚砜超滤膜，错流过滤时长为120min，恒定压力为2bar，与电脑相连的天平每隔15-60s记录重量变化，根据达西定律计算膜阻力。
实施例十一：
本实施例进液共2L，该进液为实施例五所处理后的上清液，采用本发明第六实施例所搭建的错流过滤装置进行膜过滤测试，其中膜单元所配备膜组件为截留分子量为20kDa的聚醚砜超滤膜，错流过滤时长为120min，恒定压力为2bar，与电脑相连的天平每隔15-60s记录重量变化，根据达西定律计算膜阻力。
进一步的，根据以上各实施例，可得出如图3所示的不同电流密度下海藻酸钠的膜过滤通量变化曲线，其中纵轴中J0表示膜过滤过程的初始膜渗透通量，J表示膜过滤过程进行120min时测定的膜渗透通量。
S5.进行提取测试，获得不同电流密度预处理下的TEP模拟污染物的定量数据。
在更具体的一些实施中，所述提取测试使用的样品液为所述第二实施例中的含有模拟污染物及絮凝剂的样品液，即在电絮凝过程中不同电解时间下的样品液。
在更具体的一些实施中，所述提取测试包括分离-染色-提取的过程，其中，所述分离为将含有絮凝剂及模拟污染物的样品液进行过滤、分离滤液与被滤膜截留的截留物过程，所述分离为加压分离，即在分离过程中存在可提供压力驱动的装置，如使用真空泵进行抽滤；所述染色为将提取测试中滤膜过滤得到的截留物进行染色的过程，其过程中具体可使用一些能使TEP模拟污染物染色的染料，如阿尔新蓝染料；所述提取为获得所述截留物中模拟污染物的定量数据、如其质量、浓度等的过程。
其中，在更具体的一些实施中，所述染色-提取的过程中还包括洗去多余染色剂和/或将含有截留物的滤膜在酸液如H2SO4溶液中进行洗脱的过程。
在更具体的一些实施中，所述提取包括获得截留物中模拟污染物的吸光度曲线，如根据朗伯-比尔定律，在787nm波长处测定含有截留物的滤膜的洗脱液的吸光度，并以黄原胶作为标准物质得到标准曲线。
在更具体的一些实施中，所述提取测试中使用如下的元件或试剂：聚碳酸酯膜、隔膜真空泵、培养皿、阿尔新蓝染色剂、硫酸、黄原胶；
在更具体的一些实施中，聚碳酸酯膜的尺寸大小包括但不限于25mm/47mm，膜孔大小包括但不限于0.01μm、0.015μm、0.05μm、0.1μm、0.2μm、1μm、4μm，样品液在测试时的吸取量可控制在1-5mL，阿尔新蓝染色剂添加量及硫酸洗脱液添加量可控制在1-10mL。
进一步通过以下一些实施例做出示例性展示：
实施例十二：
(1)将聚碳酸酯滤膜片放置于带有隔膜真空泵的抽滤装置中，用移液枪取一定量的样品溶液加入滤膜上，维持隔膜真空泵恒定抽滤压力抽滤至滤膜上无液体存在，从而将TEP模拟污染物截留在滤膜上并防止其被破坏；
(2)取一定量阿尔新蓝染液加入抽滤装置染色一段时间后，再抽真空滤除多余染液；
(3)将带有污染物的聚碳酸酯滤膜用镊子取出；
(4)将带有染色TEP的滤膜放入培养皿后，加入一定量的H2SO4洗脱液；
(5)洗脱一段时间以后，阿尔新蓝溶解在硫酸溶液中并呈现浅绿色，吸取适量洗脱液于比色皿中，以H2SO4为参比液，在波长787nm下测定其吸光度，并按照黄原胶建立的标准曲线计算出黄原胶等效质量浓度(mgXep·L-1)，进而测定样品溶液中TEP的浓度。
实施例十三：
将直径大小为25mm的聚碳酸酯膜放置于带有隔膜真空泵的抽滤装置中，用移液枪取一定量的样品溶液加入滤膜上，维持隔膜真空泵恒定抽滤压力抽滤至滤膜上无液体存在；取一定量配制好的阿尔新蓝染液加入抽滤装置染色约5s后，再抽真空滤除多余染液；将带有污染物的聚碳酸酯滤膜用镊子取出放入培养皿后，加入一定量的H2SO4洗脱液；洗脱2-5h以后，阿尔新蓝溶解在硫酸溶液中并呈现浅绿色；吸取适量洗脱液于比色皿中，以H2SO4为参比液，在波长787nm下测定其吸光度，并按照黄原胶建立的标准曲线计算出黄原胶等效质量浓度(mgXep·L-1)，以等效黄原胶浓度(mgXep·L-1)表征TEP模拟污染物浓度，进而完成对样品溶液中TEP模拟污染物浓度的测定。
经过多次实施，本实施例的方案被证实有着较好的重复度且能分析随着电流密度改变、尺寸大于0.1μm的TEP的浓度趋势，其测试结果如图4所示。其中纵轴表示等效黄原胶浓度(mgXep·L-1)，用来表征模拟TEP污染物浓度。
结果表明：在电絮凝中电流密度为3mA/cm2时尺寸大于0.1μm的TEP的生成量最多；在电絮凝中电流密度为1mA/cm2时尺寸大于0.1μm的TEP的生成量相对较少。
S6.进行显微镜测试，获得不同电流密度条件下的TEP模拟污染物的形貌特征。
在更具体的一些实施中，所述显微镜测试使用的样品液为将第二实施例中不同电解时间下所得样品及染色剂混合配制得到的。
在更具体的一些实施中，所述显微镜测试包括染色-观测的过程，其中所述染色为将可使TEP模拟污染物染色的染料如阿尔新蓝染料加入样品中的过程；所述观测为将染色获得的TEP模拟污染物放置于显微装置如光学显微镜下进行形貌特征观测的过程。
在更具体的一些实施中，光学显微镜倍率选择5X、10X、15X、20X、25X、40X中的一种或几种，在该具体实施下，每种倍率获得的显微图像应至少为3张。
其中，在更具体的一些实施中，选择质量浓度为0.02％的染料溶液如阿尔新蓝染料溶液与样品液的混合质量比为1:1。
在更具体的一些实施中，所述形貌特征包括：TEP数量，TEP的体积大小，TEP的形态、密度等中的一种或多种。
在更具体的一些实施中，在同一电絮凝条件下的多组TEP模拟污染物的显微图像中随机选择任一显微图像，以该显微图像获得的形貌特征作为该电絮凝条件下TEP模拟污染物的形貌特征数据。
在更具体的一些实施中，染色时间控制在5-10s，确保无色透明的TEP会被染成蓝色。进一步通过以下一些实施例做出示例性展示：
实施例十四
将样品溶液与阿尔新蓝溶液按1:1的比例混合，样品溶液为第二实施例中在电絮凝进行0、2、5、8、10、15、25、35min下所取得的样品，电流密度为1mA/cm2。一段时间后，无色透明的TEP会被染成蓝色。将染色后的样品直接放置在光学显微镜下观察，每个样品在不同放大率下选取合适的图像记录。在这个测试中，每个样本随机取图像确定代表性结果。
实施例十五
将样品溶液与阿尔新蓝溶液按1:1的比例混合，样品溶液为第二实施例中在电絮凝进行0、2、5、8、10、15、25、35min下所取得的样品，电流密度为2mA/cm2。一段时间后，无色透明的TEP会被染成蓝色。将染色后的样品直接放置在光学显微镜下观察，每个样品在不同放大率下选取合适的图像记录。在这个测试中，每个样本随机取图像确定代表性结果。
实施例十六
将样品溶液与阿尔新蓝溶液按1:1的比例混合，样品溶液为第二实施例中在电絮凝进行0、2、5、8、10、15、25、35min下所取得的样品，电流密度为3mA/cm2。一段时间后，无色透明的TEP会被染成蓝色。将染色后的样品直接放置在光学显微镜下观察，每个样品在不同放大率下选取合适的图像记录。在这个测试中，每个样本随机取图像确定代表性结果。
根据上述实施例得到的染色后显微图像如如图5a到图5c所示所示。
结果表明：电流密度为1mA/cm2时，少量的铝离子形成了无定型且尺寸小的TEP，在膜过滤过程中容易不断堆积在膜表面，形成了致密的污染层，造成较为严重的膜污染状况。电流密度为3mA/cm2时，产生大量铝离子诱导海藻酸钠聚合形成结构稳定的大颗粒TEP，在膜过滤过程中形成疏松多孔状的滤饼层，从而使膜污染得到最大程度的缓解。
S7.计算不同电流密度条件下的TEP模拟污染物的污染能力。
在更具体的一些实施中，所述计算过程包括计算Rc和Rp，所述Rc为膜过滤过程的污染层阻力，Rp为膜过滤过程的膜孔阻力，所述污染物的污染能力计算是将Rc和Rp值相加与TOC之比计算得到，其计算结果如图6所示。
根据膜过滤运行状况，结合S5、S6中所得对应结果建立一种基于透明胞外聚合颗粒物定性定量测定实现电絮凝精准调控膜污染的方法。进一步通过以下一些实施例对该步骤做出示例性展示：
实施例十七
经TEP定量测定结果可知，在电絮凝的电流密度为0mA/cm2时，即海藻酸钠溶液未经电絮凝预处理时，经过滤120min稳定后，模拟多糖污染物具有较低的渗透通量；此时，海藻酸钠形成的TEP尺寸小、数量少，在膜过滤过程中容易在膜表面堆积。因此，在实际的操作中，若不采用电絮凝预处理，将会给超滤膜造成严重的膜污染。
实施例十八
经TEP定量测定结果可知，在电絮凝的电流密度为1mA/cm2时，经过滤120min稳定后，模拟多糖污染物具有最低的渗透通量，污染物引起的阻力(Rc+Rp)比未经电絮凝处理时高2倍；同时，经TEP定性结果可知，此时在少量铝离子存在的情况下海藻酸钠形成的TEP尺寸小、数量少，在膜过滤过程中容易在膜表面堆积。因此，在实际的操作中，若采用了不恰当的电流密度，电絮凝作用反而会加剧膜污染。
实施例十九
经TEP定量测定结果可知，在电絮凝的电流密度为3mA/cm2时，经过滤120min稳定后，模拟多糖污染物具有最高的渗透通量，污染物的污染能力实际上降低了5.29倍；同时，经TEP定性结果可知，此时在大量铝离子存在的情况下海藻酸钠形成的TEP尺寸大、数量多，在膜过滤过程中容易在膜表面较为松散的堆积。因此，在实际的操作中，若控制电流密度在3mA/cm2时，电絮凝会最大程度缓解膜污染。
根据膜过滤数据结果可知，在电流密度为3mA/cm2时，模拟多糖污染物具有最高渗透通量，此时若进行电絮凝调控操作更容易有效实现精准控制膜污染。在实际的操作中，可控制施加的电流密度为3mA/cm2而不是更高，不仅可以最大程度缓解膜污染，同时有效节约了运行成本。
进一步的，对上述各实施方式还可有以下补充：其中涉及的过滤装置具有可选择性，针对不同尺寸大小的TEP模拟污染物，可选取合适的滤径大小，但优选的，所选滤膜的滤径分布应较为集中，单位面积的数目应保持均匀，以清楚地筛选出准确的目标污染物。
针对TEP形成过程中前体物质的不同来源可选用不同定位方式的染色剂进行定量，包括但不限于阿尔新蓝，邻位羟基染色剂等，与之相对应的包括分光光度测量/荧光技术进行定量测定，测定方式为该领域内技术人员使用的常规方案。
根据本发明的实施步骤，为获得基本的电絮凝调控对污染效果的影响的评价，本发明需要包括直接染色、TEP染色观察、和膜过滤实验，在此基础上，可以进一步通过膜阻力分布测定、膜表面形貌表征等手段进行电絮凝调控与评价。
以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种通过TEP测量实现电絮凝精准调控膜污染的方法，其特征在于，包括以下步骤：通过电絮凝调控模型获得，所述调控模型基于动态过滤条件下获得的动态调控数据及经第一固定测试获得的定量数据建立，其中，所述动态调控数据包括在所述动态过滤条件下，采用电絮凝预处理的上清液的第一定量特征的值；所述定量数据包括在所述第一固定测试中采用电絮凝预处理的上清液的第二定量特征的值。
2.根据权利要求1所述的一种通过TEP测量实现电絮凝精准调控膜污染的方法，其特征在于，所述定量数据的获得通过提取测试实现，所述提取测试包括分离-染色-提取的过程。其中，所述分离为将含有水、电絮凝产生的絮凝剂及TEP模拟污染物的样品液进行过滤、分离滤液与被滤膜截留的截留物的过程；所述染色为将提取测试中滤膜过滤得到的截留物进行染色的过程；所述提取为提取出染色后的所述截留物中TEP模拟污染物的某一个或多个定量特征的定量数据的过程。
3.根据权利要求2所述的一种通过TEP测量实现电絮凝精准调控膜污染的方法，其特征在于，所述提取通过对所述电絮凝产生的絮凝剂和TEP模拟污染物进行吸光度曲线和/或等效吸光度曲线的测定实现。
4.根据权利要求1所述的一种通过TEP测量实现电絮凝精准调控膜污染的方法，其特征在于，所述动态调控数据的获得包括以下过程：
(1)构建电絮凝系统；
通过所述电絮凝系统，进行电絮凝预处理测试，获得电絮凝预处理的上清液；
其中，所述电絮凝系统包括：提供电流的稳压直流电源和/或交流电源，提供导电介质的电解质，对溶液进行电解的阴极极板和阳极极板；
(2)构建动态膜过滤系统；
通过动态膜过滤系统，进行膜过滤测试，获得所述动态调控数据；
其中，所述动态膜过滤系统为错流过滤系统；
所述错流过滤系统包括：提供进样溶液及实现动态的错流进液过程的进液单元，对进液进行错流过滤系统由滤膜形成的膜单元，对过滤后的滤液进行收集的过滤收集单元，及对收集到的滤液的所述定量特征或其相关特征进行测定的测量单元，使未经所述滤膜过滤的液体回流至进液单元的回流单元，和将所述测量单元获得的数据进行记录或处理的处理单元。
5.根据权利要求4所述的一种通过TEP测量实现电絮凝精准调控膜污染的方法，其特征在于，所述电絮凝系统在恒定的电解电流和/或电压下进行所述电絮凝预处理测试；
所述错流过滤系统在恒定的进液压力和/或错流流速下进行所述膜过滤测试。
6.根据权利要求1所述的一种通过TEP测量实现电絮凝精准调控膜污染的方法，其特征在于，所述第一定量特征与第二定量特征是指的在其对应的测试中，作为测试指标的、能够实现定量化的物理特征或特征组合。
7.根据权利要求1所述的一种通过TEP测量实现电絮凝精准调控膜污染的方法，其特征在于，所述动态过滤是指的过滤过程可持续性进行的过滤；所述固定测试是指的在持续性过滤之外，通过逐次过滤实现的测试。
8.根据权利要求1所述的一种通过TEP测量实现电絮凝精准调控膜污染的方法，其特征在于，所述调控模型还基于经第二固定测试获得的半定量特征建立，所述半定量特征包括在所述第二固定测试中采用的电絮凝所产生的铝离子及与其对应的TEP模拟污染物的定性特征，其中所述定性特征包括TEP模拟污染物的微观形貌特征。
9.根据权利要求8所述的一种通过TEP测量实现电絮凝精准调控膜污染的方法，其特征在于，所述半定量特征的获得通过显微镜测试实现；所述显微镜测试包括直接染色-观测的过程，其中所述直接染色为将染料溶液加入含有絮凝剂和TEP模拟污染物的混合物中的过程；所述观测为将所述直接染色后获得的混合物放置于显微镜装置下获得其微观形貌特征的过程。
10.根据权利要求9所述的一种通过TEP测量实现电絮凝精准调控膜污染的方法，其特征在于，所述微观形貌特征选自TEP数量、TEP的体积大小、TEP的形态、密度中的一种或多种。
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