胶团强化超滤技术在废水处理中的应用分析

胶团强化超滤技术在废水处理中的应用分析
胶团强化超滤（MEUF）是一种表面活性剂和超滤结合的废水处理新技术，能够高效去除废水中低分子量和低浓度的难生物降解有机污染物，克服传统方法去除效率低、能耗高的局限性。

标签：
表面活性剂；超滤膜；影响因素；去除率
1 胶团强化超滤的基本原理
表面活性剂（SAA）是由极性的亲水基和非极性的亲油基两部分组成，投加到水中后，如浓度极低，则SAA分子均匀地分散在水溶液中，近似于理想溶液。

此时如增大SAA的投加量，部分SAA分子将聚集在溶液的表面，形成疏水基向上、亲水基向下伸向水中的定向吸附状态;当浓度增大时，SAA分子将覆盖在溶液表面形成单分子层;SAA浓度继续增大，超过临界胶束浓度时，剩余的SAA分子将在溶液内聚集，形成疏水基向内、亲水基向外的聚集体，即胶团，这是一种“覆盖着极性层的油滴”。

这种胶团通常由几十到几百个SAA分子组成，其“分子量”相当大，粒径在0.005~0.01μm。

表面活性剂胶团有一个非常重要的性质，即对有机物的增溶作用。

如向某有机废水中投加一定量的表面活性剂，当其浓度大于CMC时，就会形成胶团，如有机物的化学结构和性质与SAA分子的疏水基相似，根据相似相溶原理，这种有机物将溶解于胶团中，或有机物与SAA分子的亲水基能形成氢键，有机物也会从水相转移到胶团中，这个过程就称为SAA胶团的增溶作用，近似于SAA胶团“萃取”了废水中的有机物。

当这种废水通过超滤膜时，如膜孔径小于胶团粒径，则携带有机物的胶团因不能透过膜而被截留，水和少量表面活性剂单体及未被增溶的有机物能自由透过膜，从而实现绝大部分有机物和水的有效分离，即废水被净化了。

透过液可直接排放或循环使用。

浓缩液是含高浓度表面活性剂和有机物的废水，其体积相对于原水来说大大减少，所以进一步处理比较方便，处理能耗也较低。

这就是胶团强化超滤法（MEUF）的工作原理。

2 胶团强化超滤的去污性能
有机污染物的去除效果取决于自身的化学结构和性质，随着烷基链的增大，酚、间甲酚和4-叔丁基酚（TBP）的去除率越来越高，正己醇、正庚醇和正辛醇的去除率也越来越高，说明它们在CPCl胶团中的溶解度越来越大。

有机物在胶团中的溶解度与其水中的溶解度无关。

用MEUF处理的金属离子主要有Fe3+、UO22+、Al3+、CO2+、Ni2+、Zn2+、
Cu2+、Pb2+、Cd2+和CrO42-。

这种方法不仅可以去除废水中的某一种金属离子，而且可同时去除多种金属离子，且相互之间几乎没有影响。

在用SDS去除废水中Zn2+时，当截留液中Zn2+浓度在0.12～10.0mM，Zn2+/SDS比值0.0024～0.105，其去除率均达到99%以上。

从胶团去除金属离子的机理可以看出，离子价态越高，静电吸附作用越大，其去除率越高。

对同价态、不同金属离子来说，其去除率也有微弱的区别。

这是因为不同的金属离子与水中的其他离子形成稳定络合物的趋势不一样，越容易络合，被胶团静电吸附的几率越小。

如Cd2+比Ca2+更容易与水中的Cl-形成络合物，结果它们的去除率各为99.5%和98.8%。

金属离子的去除率与膜操作压力无关，而由S/M（表面活性剂与金属离子浓度比）决定，存在一个最佳值。

3 胶团强化超滤的影响因素
3.1 表面活性剂浓度
浓缩液中表面活性剂浓度升高能增大有机物的增溶量和对金属离子的吸附量，从而提高污染物质的去除率。

如用SDS去除Cu2+时，浓缩液中SDS浓度越大，铜离子去除率越高。

但浓缩液中表面活性剂浓度过高则会导致胶团粒径减小，而更容易透过膜，从而降低污染物去除率，同时也会增大透过液中表面活性剂浓度，降低膜的透水率，所以存在最佳的表面活性剂投加浓度。

3.2 污染物浓度
在MEUF去除金属离子时，金属离子（即反离子）浓度越高，阴离子SAA 胶团的聚集数越大，胶团粒径越大，透过液中SAA单体越少，但金属离子浓度越高。

3.3 无机盐
向体系中投加无机盐会增大胶团的聚集数，降低表面活性剂的CMC。

由于CMC的降低，溶液中胶团数量将增多。

另一方面由于无机盐会使胶团中SAA分子之间的斥力减小，分子排列更紧密，从而减小了极性化合物可被增溶的位置，其增溶量自然会减少。

如NaBr会急剧降低废水中苯酚的增溶量。

3.4 聚电解质
文献报道，由于带不同电荷的高分子混合后能生成稳定的络合物，所以当向SDBS溶液中投加阳离子聚电解质聚二甲基二羟基氯化铵（PDMDAAC）时，SDBS的CMC会减小，其单体在水溶液中的浓度也会降低。

3.5 温度
酚被聚氧乙烯类非离子表面活性剂增溶的原因是它与氧乙烯基形成了氢键，
高温下它们之间的氢键会遭到破坏，所以升高温度会降低这类表面活性剂在水中的溶解度，进而使得酚的增溶量减少，去除率降低。

4 应用前景
胶团强化超滤法具有工艺简单，易实现工业化的特点，适用于单独或同时从废水中去除低分子量、低浓度有机污染物和多价金属离子，具有很好的环境效益。

同时，与吸附、蒸馏和萃取法相比胶团强化超滤法能耗低，无相变，且处理水可直接回用，通过某些措施还可从浓缩液中回收有价值的有机物或重金属，所以这种方法具有很好的经济效益，从而具有可观的应用前景。