一種快速評(píng)價(jià)水處理有機(jī)膜分離材料抗生物污染性能的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種快速評(píng)價(jià)水處理有機(jī)膜分離材料抗生物污染性能的方法，屬于水處理【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明的步驟為：一、制備有機(jī)膜分離材料基質(zhì)芯片；二、制備測(cè)試用水樣；三、將有機(jī)膜分離材料基質(zhì)芯片置于石英晶體微天平中，通入測(cè)試用水樣，檢測(cè)芯片在不同倍頻下的頻率和耗散數(shù)據(jù)；四、采用Voigt或Maxwell模型擬合得到粘彈性薄層厚度變化規(guī)律，比較基質(zhì)芯片表面粘彈性薄層最大厚度擬合值，判定不同測(cè)試用水樣條件下有機(jī)膜分離材料的抗生物污染性能。本發(fā)明采用對(duì)界面變化敏感的石英晶體微天平監(jiān)測(cè)水樣中溶解性污染物在有機(jī)膜材料基質(zhì)表面的流體力學(xué)行為，快速判定膜分離材料的抗生物污染性能，水樣用量少，穩(wěn)定性好，易于量化。
【專利說明】一種快速評(píng)價(jià)水處理有機(jī)膜分離材料抗生物污染性能的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水處理【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說，涉及一種快速評(píng)價(jià)水處理有機(jī)膜分離材料抗生物污染性能的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在世界范圍內(nèi)，膜分離技術(shù)(微濾、超濾、納濾、反滲透技術(shù)等)已成功地應(yīng)用于污廢水深度處理及資源化利用領(lǐng)域。其中應(yīng)用最廣泛的又屬有機(jī)膜分離材料，常用的有機(jī)膜分離材料材質(zhì)類型包括聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈(PAN)、聚酰胺(PA)、聚醚砜(PES)、醋酸纖維素(CA)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)等。然而，除了造價(jià)和能耗較高以外，膜污染成為限制膜分離技術(shù)在水處理中廣泛應(yīng)用的另一關(guān)鍵因素。微生物及其代謝產(chǎn)物在膜材料表面及孔道聚集形成的生物污染層被認(rèn)為是重要的污染源。因而，研發(fā)抗生物污染的有機(jī)膜分離材料成為當(dāng)今膜科學(xué)和水處理領(lǐng)域的重要課題。
[0003]當(dāng)前對(duì)水處理用膜分離材料的性能測(cè)試參數(shù)主要包括單位時(shí)間純水通量、最大抽吸壓力、產(chǎn)水濁度等。有關(guān)膜分離材料抗生物污染性能的參數(shù)及其評(píng)價(jià)方法較為缺乏，見諸報(bào)道的方法包括:將膜片或膜絲置于待處理水處理體系(實(shí)際或模擬污廢水)，在靜態(tài)條件下觀察膜面微生物及其代謝產(chǎn)物累積情況，或在連續(xù)進(jìn)水條件下考察膜面微生物及其代謝產(chǎn)物對(duì)系統(tǒng)水通量或跨膜壓差的影響。靜態(tài)測(cè)試方法較為簡(jiǎn)便，但難以反映膜面更新情況，因而真實(shí)性較差。動(dòng)態(tài)測(cè)試方法一般需要借助自動(dòng)化集成裝置(如中國專利申請(qǐng)?zhí)?01210480969.4，申請(qǐng)日為2012年11月22日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為:一種中空纖維膜抗污染性能測(cè)試裝置)以實(shí)現(xiàn)待測(cè)水樣的循環(huán)、動(dòng)態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集，能耗較大、耗時(shí)且水樣用量較多，結(jié)果受測(cè)試裝置的影響也較大。因此，提供一種能夠準(zhǔn)確、快速評(píng)價(jià)有機(jī)膜分離材料抗生物污染性能的方法顯得很有必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]1.發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有評(píng)價(jià)有機(jī)膜分離材料抗生物污染性能的方法難以反映膜面更新情況、真實(shí)性差或能耗大、耗時(shí)且測(cè)試結(jié)果受裝置影響大的不足，提供了一種快速評(píng)價(jià)水處理有機(jī)膜分離材料抗生物污染性能的方法。本發(fā)明的評(píng)價(jià)方案創(chuàng)新地以水-膜材料界面形成的粘彈性薄層厚度作為膜材料抗生物污染性能的評(píng)價(jià)參數(shù)，易于量化且穩(wěn)定性好；同時(shí)利用對(duì)界面變化敏感的石英晶體微天平監(jiān)測(cè)污染物在膜材料基質(zhì)表面的流體力學(xué)行為，能夠極大節(jié)省測(cè)試時(shí)間，快速高效。
[0006]2.技術(shù)方案
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:
[0008]本發(fā)明的一種快速評(píng)價(jià)水處理有機(jī)膜分離材料抗生物污染性能的方法，其步驟為:[0009]步驟一、將有機(jī)膜分離材料基質(zhì)化學(xué)物質(zhì)涂覆于標(biāo)準(zhǔn)芯片上，制備有機(jī)膜分離材料基質(zhì)芯片；
[0010]步驟二、制備測(cè)試用水樣；
[0011]步驟三、將步驟一制得的有機(jī)膜分離材料基質(zhì)芯片置于石英晶體微天平中，通入步驟二制得的測(cè)試用水樣，檢測(cè)基質(zhì)芯片在不同倍頻條件下的頻率和耗散數(shù)據(jù)；
[0012]步驟四、利用步驟三檢測(cè)獲得數(shù)據(jù)，采用Voigt或Maxwell模型擬合得到粘彈性薄層厚度變化規(guī)律，比較基質(zhì)芯片表面粘彈性薄層最大厚度擬合值，判定不同測(cè)試用水樣條件下有機(jī)膜分離材料的抗生物污染性能。
[0013]作為本發(fā)明更進(jìn)一步地改進(jìn)，步驟一采用的涂覆方法包括旋轉(zhuǎn)涂覆、真空鍍膜或單分子層自組裝涂覆；為獲得良好的頻率響應(yīng)，涂覆形成的基質(zhì)化學(xué)物質(zhì)薄膜厚度為10~lOOnm。
[0014]作為本發(fā)明更進(jìn)一步地改進(jìn)，步驟二制備測(cè)試用水樣的具體過程為:將微污染水、市政污水、工業(yè)廢水或工業(yè)回用水經(jīng)預(yù)提取、離心、過濾；或直接離心、過濾；或直接離心；或直接過濾后制得測(cè)試用水樣。
[0015]作為本發(fā)明更進(jìn)一步地改進(jìn)，所述的預(yù)提取操作采用樹脂提取、熱提取、氫氧化鈉提取或甲醛固定中的一種。
[0016]作為本發(fā)明更進(jìn)一步地改進(jìn)，所述的測(cè)試用水樣在通入石英晶體微天平之前，需采用頻率為5~50KHz的超聲波進(jìn)行脫氣處理5~15min。
[0017]作為本發(fā)明更進(jìn)一步地改進(jìn)，步驟三采用石英晶體微天平檢測(cè)時(shí)，對(duì)石英晶體微天平的檢測(cè)條件設(shè)定為:1)石英晶體微天平的工作溫度為15~35°C ;2)至少選擇3、5、7、
9、11、13倍頻中的4種；3)流過有機(jī)膜分離材料基質(zhì)芯片的液體順序?yàn)楸尘叭芤骸y(cè)試用水樣、背景溶液，所述的背景溶液為蒸餾水或純水，為增強(qiáng)界面?zhèn)髻|(zhì)及減少液體用量，液體流速設(shè)定為50~300 μ 1/min。
[0018]作為本發(fā)明更進(jìn)一步地改進(jìn),步驟四采用Voigt或Maxwell模型對(duì)步驟三檢測(cè)獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合時(shí)，設(shè)定:流體密度為1000kg/m3，流體粘度為0.0Olkg/ms，粘彈性薄層粘度為0.0002~0.005kg/ms，粘彈性薄層剪切力為100~I X IO7Pa,粘彈性薄層厚度為5Χ10-12 ~lXl0-7m。
[0019]3.有益效果
[0020]采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與已有的公知技術(shù)相比，具有如下顯著效果:
[0021](I)本發(fā)明的一種快速評(píng)價(jià)水處理有機(jī)膜分離材料抗生物污染性能的方法，創(chuàng)新地以水-膜材料界面形成的粘彈性薄層厚度作為膜材料抗生物污染性能的評(píng)價(jià)參數(shù)，易于量化且穩(wěn)定性好；由于采用微界面反應(yīng)，與常規(guī)評(píng)價(jià)方法相比，按最小進(jìn)樣流速50μ 1/min計(jì)，進(jìn)樣20min只需1ml測(cè)試用水樣，水樣用量少；
[0022](2)本發(fā)明的一種快速評(píng)價(jià)水處理有機(jī)膜分離材料抗生物污染性能的方法，采用Voigt或Maxwell模型擬合得粘彈性薄層厚度隨時(shí)間的變化規(guī)律,能反映污染物在有機(jī)膜分離材料基質(zhì)表面的動(dòng)態(tài)更新情況，且使用石英晶體微天平的檢測(cè)時(shí)間一般不超過lh，可極大節(jié)省測(cè)試時(shí)間，在水處理有機(jī)膜分離材料新配方開發(fā)與性能評(píng)價(jià)中具有廣泛應(yīng)用前景?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0023]圖1為采用本發(fā)明的評(píng)價(jià)方法獲得的某生活污水中溶解性微生物(代謝)產(chǎn)物在PA和PS芯片表面形成的粘彈性薄層厚度隨時(shí)間的變化關(guān)系圖；
[0024]圖2為采用本發(fā)明的評(píng)價(jià)方法獲得的某工業(yè)廢水胞外多聚(聚合)物在PA和PS芯片表面形成的粘彈性薄層厚度隨時(shí)間的變化關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為進(jìn)一步了解本發(fā)明的內(nèi)容，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0026]實(shí)施例1
[0027]本實(shí)施例的一種快速評(píng)價(jià)水處理有機(jī)膜分離材料抗生物污染性能的方法，鑒于傳統(tǒng)靜態(tài)測(cè)試方法難以反映膜面更新情況、真實(shí)性差，動(dòng)態(tài)測(cè)試方法能耗較大、耗時(shí)且水樣用量多、結(jié)果受測(cè)試裝置影響大的問題，考慮到水處理中膜材料表面生物污染層主要是由膜材料表面微生物細(xì)胞分泌的粘性物質(zhì)(即生物聚合物)聚集而成，此類粘性物質(zhì)能抵抗水力剪切力，形成一定厚度的粘彈性薄層。創(chuàng)新地以水-膜材料界面形成的粘彈性薄層厚度作為膜材料抗生物污染性能的評(píng)價(jià)參數(shù)(薄層厚度越小，表明膜材料對(duì)水樣的抗生物污染性能越好)。同時(shí)，利用描述聚合物粘彈性的經(jīng)典力學(xué)模型Voigt模型(理想彈簧和理想黏壺的并聯(lián)模型，適用于模擬交聯(lián)聚合物)和Maxwell模型(理想彈簧和理想黏壺的串聯(lián)模型，適用于模擬線形聚合物)，評(píng)價(jià)水處理中水-膜材料界面形成的復(fù)雜聚合物體系粘彈性流體力學(xué)行為，不僅能反映污染物在有機(jī)膜分 離材料基質(zhì)表面的動(dòng)態(tài)更新情況，且易于量化、穩(wěn)定性好。
[0028]本實(shí)施例進(jìn)行聚酰胺(PA)和聚苯乙烯(PS)膜材料對(duì)某生活污水的抗生物污染性能評(píng)價(jià)。具體操作為:
[0029]步驟一、PA和PS芯片的制備:PA芯片購自瑞典百歐林(定制芯片，型號(hào)為QSX999)，鍍膜方式為真空鍍膜；PS芯片為在標(biāo)準(zhǔn)芯片(拋光金電極，直徑14mm，購自瑞典百歐林)表面經(jīng)旋轉(zhuǎn)涂膜形成的薄膜芯片，PS芯片的主要制備步驟為:①用四氫呋喃溶解聚苯乙烯固體，制得300mg/L的聚苯乙烯溶液在旋轉(zhuǎn)涂膜儀(購自美國凱美特技術(shù)公司，型號(hào)為KW-4A)工作臺(tái)上放置標(biāo)準(zhǔn)芯片，在芯片中心上方區(qū)域向下均勻滴加制得的聚苯乙烯溶液300 μ I ;③控制旋轉(zhuǎn)涂膜儀在800r/min的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)10s，再以3000r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)50s ;④旋轉(zhuǎn)涂膜結(jié)束后，取下PS芯片，置于芯片清洗架上自然晾干。
[0030]利用橢圓偏振光譜儀(M-2000V-ESM，J.A.Woollam C0.，Inc.)測(cè)定基質(zhì)芯片表面涂覆形成的基質(zhì)化學(xué)物質(zhì)薄膜厚度，入射角選擇70°和80° ;測(cè)得PA和PS芯片表面薄膜厚度分別為 26.18±1.381nm(MSE=2.525),30.65±1.836nm (MSE=2.530)，符合本實(shí)施例對(duì)基質(zhì)化學(xué)物質(zhì)薄膜厚度的要求。
[0031]步驟二、測(cè)試用水樣的制備:本實(shí)施例使用的生活污水來自某生活污水處理站，經(jīng)離心^OOOgUOmin)以及0.45 μ m濾膜過濾后，得到含有溶解性微生物(代謝)產(chǎn)物的測(cè)試用水樣；其基本參數(shù)為:pH6.50，溫度24.5°C,電導(dǎo)率652 μ s/cm，溶解性化學(xué)需氧量310.2mg/L ;測(cè)試用水樣在通入石英晶體微天平前采用頻率為20KHz的超聲波進(jìn)行脫氣處理 IOmin。
[0032]步驟三、將步驟一制得的PA和PS芯片置于石英晶體微天平中，通入步驟二制得的測(cè)試用水樣，本實(shí)施例采用的石英晶體微天平為瑞典百歐林Q-Sense El石英晶體微天平傳感器，該石英晶體微天平可以同時(shí)監(jiān)測(cè)頻率變化和能量耗散因子、并通過軟件得到粘彈性薄層厚度擬合值。具體檢測(cè)步驟為:
[0033](I)檢查石英晶體微天平中流動(dòng)模塊和蠕動(dòng)泵各管道是否正常，接口和轉(zhuǎn)接處是否緊實(shí)。
[0034](2)正確裝載PA或PS芯片于石英晶體微天平中。
[0035](3)打開QSoft401軟件(與石英晶體微天平配套的軟件)，啟動(dòng)石英晶體微天平傳感器與計(jì)算機(jī)的連接；在Acquisition菜單下點(diǎn)擊Temperature,在Type of control項(xiàng)目中選擇Manual，輸入石英晶體微天平的工作溫度25.(TC，激活溫度控制。
[0036](4)在Acquisition菜單下點(diǎn)擊Setup Measurement,打開對(duì)話框；測(cè)試中包含的PA 和 PS 芯片可在 Included crystals 窗口選擇(El 系統(tǒng)為“ I”)，在 Included resonances中選擇需要被記錄的芯片的頻率數(shù)字。點(diǎn)擊Find all resonances,選擇1st(基頻)和3rd、5th、9th、Ilth 倍步頁；在 Acquisition 菜單下點(diǎn)擊 start measurement。
[0037](5)將石英晶體微天平的進(jìn)樣管置于空氣中，開啟蠕動(dòng)泵，設(shè)置流速為150μ1/min，出樣管置于收集實(shí)驗(yàn)廢液的燒杯中并浸入液面，待出樣管口冒氣泡時(shí)，暫停蠕動(dòng)泵；將進(jìn)樣管置于背景溶液蒸餾水中，設(shè)置流速為150 μ 1/min，恢復(fù)蠕動(dòng)泵運(yùn)行；觀察QSoft401軟件界面顯示的頻率(F)的變化，當(dāng)F趨于平緩時(shí)，暫停蠕動(dòng)泵；將進(jìn)樣管置于經(jīng)步驟二制備的測(cè)試用水樣中，恢復(fù)蠕動(dòng)泵運(yùn)行再次趨于平緩時(shí)，暫停蠕動(dòng)泵；將進(jìn)樣管置于背景溶液中，恢復(fù)蠕動(dòng)泵運(yùn)行；當(dāng)F趨于平緩時(shí)，停止蠕動(dòng)泵。此步驟測(cè)試總時(shí)間少于25分鐘。
[0038](6)測(cè)試結(jié)束后， 用大量純水清洗各管路內(nèi)壁，氮?dú)獯蹈?；卸下芯片并取出樣品池中密封圈使用超聲清洗并吹干，氮?dú)獯蹈蓸悠烦?，再將洗好的密封圈放回樣品池槽中，裝好流動(dòng)池及樣品平臺(tái)。
[0039]步驟四、利用步驟三得到的4種倍頻的頻率和耗散數(shù)據(jù)，采用Voigt或Maxwell模型擬合，得到粘彈性薄層厚度的變化規(guī)律。具體操作過程為:打開軟件分析工具，在Modeling 菜單中選擇 New Model,繼續(xù)選擇 Viscoelastic models for f and D 進(jìn)入模型擬合界面；在Modelsettings子界面中勾選3rd、5th、9th、llth倍頻的頻率和耗散復(fù)選框；流體(整個(gè)測(cè)試是在水相進(jìn)行，流體指水)密度設(shè)定為1000kg/m3，流體粘度設(shè)定為0.0Olkg/ms ;在 Included layers in model 中選擇 Layerl (LI) ；Viscoelastic representation 中點(diǎn)選Voigt或Maxwell (本實(shí)施例中PA芯片表面粘彈性薄層厚度的變化采用Voigt模型擬合較為理想，而PS芯片表面粘彈性薄層厚度的變化采用Maxwell模型擬合較為理想)；在Parameters子界面設(shè)定薄層(LI)粘度為0.0005~0.002kg/ms、剪切力為300~I X IO6Pa,厚度為1Χ10-η~5Xl(T8m，輸入對(duì)應(yīng)上述三種參數(shù)輸出的列名稱；在Measured data子界面點(diǎn)擊Estimate all進(jìn)行自動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)偏差估計(jì)；最后點(diǎn)擊模型擬合界面窗口欄的Fit All進(jìn)行擬合，即可獲得粘彈性薄層LI厚度的變化數(shù)據(jù)，對(duì)時(shí)間作圖即得到附圖1。由圖1可看出，本實(shí)施例所用污水中溶解性微生物(代謝)產(chǎn)物在PA和PS芯片表面形成的粘彈性薄層最大厚度分別為2.98nm和1.80nm，據(jù)此，判定聚苯乙烯(PS)膜材料對(duì)本實(shí)施例所用水樣的抗生物污染性能好于聚酰胺(PA)膜材料。
[0040]實(shí)施例2[0041]本實(shí)施例進(jìn)行聚酰胺(PA)和聚苯乙烯(PS)膜材料對(duì)某工業(yè)廢水的抗生物污染性能評(píng)價(jià)，其基本操作同實(shí)施例1，現(xiàn)將不同之處簡(jiǎn)述如下:
[0042]步驟一、PA和PS芯片的制備:PA芯片購自瑞典百歐林。PS芯片為在標(biāo)準(zhǔn)芯片表面經(jīng)旋轉(zhuǎn)涂膜形成的薄膜芯片，PS芯片的主要制備步驟為:①用四氫呋喃溶解聚苯乙烯固體，制得100mg/L的聚苯乙烯溶液；②在旋轉(zhuǎn)涂膜儀工作臺(tái)上放置標(biāo)準(zhǔn)芯片，在芯片中心上方區(qū)域向下均勻滴加制得的聚苯乙烯溶液1000 μ I ;③控制旋轉(zhuǎn)涂膜儀在400r/min的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)15s，再以1000r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)60s ;④旋轉(zhuǎn)涂膜結(jié)束后，取下PS芯片，置于芯片清洗架上自然晾干。
[0043]利用橢圓偏振光譜儀測(cè)定基質(zhì)芯片表面涂覆形成的基質(zhì)化學(xué)物質(zhì)薄膜厚度，入射角選擇70。和80。;測(cè)得？八和PS芯片表面薄膜厚度分別為29.21 ± 1.452nm(MSE=2.364)、32.64±2.315nm (MSE=2.748)，符合本實(shí)施例對(duì)基質(zhì)化學(xué)物質(zhì)薄膜厚度的要求。
[0044]步驟二、測(cè)試用水樣的制備:本實(shí)施例使用的廢水來自某化工園區(qū)廢水處理站，經(jīng)樹脂提取(75g陽離子交換樹脂/g揮發(fā)性固體)、離心(3000g、20min)以及0.22 μ m濾膜過濾后，得到含有胞外多聚(聚合)物的測(cè)試用水樣；其基本參數(shù)為:pH7.18，溫度28.2°C,電導(dǎo)率14.61mS/Cm，溶解性化學(xué)需氧量789.4mg/L ;測(cè)試用水樣在通入石英晶體微天平前采用頻率為5KHz的超聲波進(jìn)行脫氣處理15min。[0045]步驟三、設(shè)置石英晶體微天平的工作溫度為35°C ;選擇1st (基頻)和5rd、7th、9th、llth倍頻；液體流速設(shè)定為50 μ 1/min。
[0046]步驟四、PA和PS芯片表面粘彈性薄層厚度的變化均采用Voigt模型擬合，設(shè)定薄層(LI)粘度為0.0002~0.004kg/ms、剪切力為100~5X106Pa、厚度為5Χ10-12~
IX 10_7m，粘彈性薄層厚度變化參見附圖2。由圖2可看出，廢水胞外多聚(聚合)物在PA和PS芯片表面形成的粘彈性薄層最大厚度分別為3.20nm和1.80nm,據(jù)此,判定聚苯乙烯(PS)膜材料對(duì)本實(shí)施例所用水樣的抗生物污染性能好于聚酰胺(PA)膜材料。
[0047]實(shí)施例3
[0048]本實(shí)施例進(jìn)行聚酰胺(PA)和聚苯乙烯(PS)膜材料對(duì)某工業(yè)回用水的抗生物污染性能評(píng)價(jià)。其基本操作同實(shí)施例1，現(xiàn)將不同之處簡(jiǎn)述如下:
[0049]步驟一、PA和PS芯片的制備-.PA芯片購自瑞典百歐林；PS芯片為在標(biāo)準(zhǔn)芯片表面經(jīng)旋轉(zhuǎn)涂膜形成的薄膜芯片，PS芯片的主要制備步驟為:①用四氫呋喃溶解聚苯乙烯固體，制得1000mg/L的聚苯乙烯溶液；②在旋轉(zhuǎn)涂膜儀工作臺(tái)上放置標(biāo)準(zhǔn)芯片，在芯片中心上方區(qū)域向下均勻滴加制得的聚苯乙烯溶液50μ I ;③控制旋轉(zhuǎn)涂膜儀在1000r/min的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)3s，再以1500r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)30s ;④旋轉(zhuǎn)涂膜結(jié)束后，取下PS芯片，置于芯片清洗架上自然晾干。
[0050]利用橢圓偏振光譜儀測(cè)定基質(zhì)芯片表面涂覆形成的基質(zhì)化學(xué)物質(zhì)薄膜厚度，入射角選擇70。和80。;測(cè)得？八和PS芯片表面薄膜厚度分別為24.35±1.328nm(MSE=2.034)、26.334±2.082nm (MSE=2.436)，符合本實(shí)施例對(duì)基質(zhì)化學(xué)物質(zhì)薄膜厚度的要求。
[0051]步驟二、測(cè)試用水樣的制備:本實(shí)施例使用的廢水為某微污染水，經(jīng)熱提取(100oC、IOmin)、離心(8000g、5min)以及0.45 μ m濾膜過濾后，得到含有胞外多聚(聚合)物的測(cè)試用水樣；其基本參數(shù)為:pH6.85，溫度20.81:，電導(dǎo)率4651^/(^，溶解性化學(xué)需氧量34.lmg/L ;測(cè)試用水樣在通入石英晶體微天平前采用頻率為50KHz的超聲波進(jìn)行脫氣處理5min。
[0052]步驟三、設(shè)置石英晶體微天平的工作溫度15*€ ;選擇1st (基頻)和3rd、7th、9th、13th倍頻；背景溶液選擇純水，液體流速設(shè)定為300 μ 1/min。
[0053]步驟四、PA和PS芯片表面粘彈性薄層厚度的變化均采用Maxwell模型擬合，設(shè)定薄層(LI)粘度為0.0006~0.005kg/ms、剪切力為100~lX107Pa、厚度為5Χ10-η~
IX 10-6m,廢水胞外多聚(聚合)物在PA和PS芯片表面形成的粘彈性薄層最大厚度分別為
2.45nm和1.52nm，據(jù)此，判定聚苯乙烯(PS)膜材料對(duì)本實(shí)施例使用水樣的抗生物污染性能好于聚酰胺(PA)膜材料。
[0054]實(shí)施例1~3所述的一種快速評(píng)價(jià)水處理有機(jī)膜分離材料抗生物污染性能的方法，測(cè)試時(shí)間短、水樣用量少，易于量化且穩(wěn)定性好，在水處理有機(jī)膜分離材料新配方開發(fā)與性能評(píng)價(jià)中具有廣泛應(yīng)用前景。
[0055]值得說明的是，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，在本發(fā)明構(gòu)思及具體實(shí)施例啟示下，能夠從本發(fā)明公開內(nèi)容及常識(shí)直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的一些變形，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將意識(shí)到也可采用其他方法，或現(xiàn)有技術(shù)中常用公知技術(shù)的替代，以及特征間的相互不同組合等等的非實(shí)質(zhì)性改動(dòng)，同樣可以被應(yīng)用，都能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明描述的功能和效果，不再一一舉例展開細(xì)說，均屬于本發(fā)明保護(hù) 范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種快速評(píng)價(jià)水處理有機(jī)膜分離材料抗生物污染性能的方法，其步驟為: 步驟一、將有機(jī)膜分離材料基質(zhì)化學(xué)物質(zhì)涂覆于標(biāo)準(zhǔn)芯片上，制備有機(jī)膜分離材料基質(zhì)芯片； 步驟二、制備測(cè)試用水樣； 步驟三、將步驟一制得的有機(jī)膜分離材料基質(zhì)芯片置于石英晶體微天平中，通入步驟二制得的測(cè)試用水樣，檢測(cè)基質(zhì)芯片在不同倍頻條件下的頻率和耗散數(shù)據(jù)； 步驟四、利用步驟三檢測(cè)獲得數(shù)據(jù)，采用Voigt或Maxwell模型擬合得到粘彈性薄層厚度變化規(guī)律，比較基質(zhì)芯片表面粘彈性薄層最大厚度擬合值，判定不同測(cè)試用水樣條件下有機(jī)膜分離材料的抗生物污染性能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速評(píng)價(jià)水處理有機(jī)膜分離材料抗生物污染性能的方法，其特征在于:步驟一采用的涂覆方法包括旋轉(zhuǎn)涂覆、真空鍍膜或單分子層自組裝涂覆；涂覆形成的基質(zhì)化學(xué)物質(zhì)薄膜厚度為10?lOOnm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種快速評(píng)價(jià)水處理有機(jī)膜分離材料抗生物污染性能的方法，其特征在于:步驟二制備測(cè)試用水樣的具體過程為:將微污染水、市政污水、工業(yè)廢水或工業(yè)回用水經(jīng)預(yù)提取、離心、過濾；或直接離心、過濾；或直接離心；或直接過濾后制得測(cè)試用水樣。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種快速評(píng)價(jià)水處理有機(jī)膜分離材料抗生物污染性能的方法，其特征在于:所述的預(yù)提取操作采用樹脂提取、熱提取、氫氧化鈉提取或甲醛固定中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種快速評(píng)價(jià)水處理有機(jī)膜分離材料抗生物污染性能的方法，其特征在于:所述的測(cè)試用水樣在通入石英晶體微天平之前，需采用頻率為5?50KHz的超聲波進(jìn)行脫氣處理5?15min。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種快速評(píng)價(jià)水處理有機(jī)膜分離材料抗生物污染性能的方法，其特征在于:步驟三采用石英晶體微天平檢測(cè)時(shí)，對(duì)石英晶體微天平的檢測(cè)條件設(shè)定為:1)石英晶體微天平的工作溫度為15?35°C ;2)至少選擇3、5、7、9、11、13倍頻中的4種；3)流過有機(jī)膜分離材料基質(zhì)芯片的液體順序?yàn)楸尘叭芤?、測(cè)試用水樣、背景溶液，所述的背景溶液為蒸餾水或純水，液體流速設(shè)定為50?300μ 1/min。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種快速評(píng)價(jià)水處理有機(jī)膜分離材料抗生物污染性能的方法，其特征在于:步驟四采用Voigt或Maxwell模型對(duì)步驟三檢測(cè)獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合時(shí)，設(shè)定:流體密度為1000kg/m3，流體粘度為0.0Olkg/ms，粘彈性薄層粘度為0.0002?0.005kg/ms，粘彈性薄層剪切力為100?IX IO7Pa,粘彈性薄層厚度為5X 10_12?IX 10_7m。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK103852564SQ201410127048
【公開日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】任洪強(qiáng), 黃輝, 丁麗麗, 耿金菊, 許柯, 張宴 申請(qǐng)人:南京大學(xué)