二沉池出水有机物表征及膜污染机理分析

采用树脂分级将二沉池出水有机物(effluent organic matter, EfOM)根据官能团分类,采用红外光谱、荧光光谱、排阻色谱等多种表征方式对EfOM及其分级组成的化学组成进行分析。考察了EfOM及其分级组成的膜通量随时间的变化曲线,研究了二沉池出水主要的膜污染组分以及膜污染模型机理。结果表明,憎水性有机物组分(hydrophobic, HPO)主要为芳香烃类有机酸,胶体有机物组分(organic colloidal, OC)主要为蛋白质类有机物,过渡亲水性有机物组分(transphilic,TPI)主要是有机酸和多糖。膜污染严重程度依次为OCEfOMHPOTPI,在过滤初期,OC和EfOM中的大分子有机物会快速堵塞膜孔并引起膜通量的剧烈下降。另外,OC和TPI组分会与膜表面发生相互作用,导致不可逆膜污染偏高。对于实际水体EfOM及其各分级组分,滤饼层过滤是超滤后期主要膜污染机理,超滤实验初期的膜污染可能是多种膜污染机理共同作用的结果。研究识别了EfOM的主要污染成分和主要膜污染机理,为超滤工艺深度处理二沉池出水提供了理论指导。     

亲疏水性溶解性有机物对聚偏氟乙烯超滤膜污染行为

选用模拟亲疏水性有机物及实际二级处理水中的亲疏水性有机物,分别进行了聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜污染实验.并测定了不同污染物与膜及污染物间的作用力,分析亲/疏水性有机物对PVDF超滤膜的污染行为.结果表明,膜-污染物及污染物间相互作用力是控制膜污染行为的主导因素.亲水性有机物与PVDF超滤膜之间的相互亲和力较强,致使运行初期膜通量的大幅度下降,是PVDF膜的优势污染物.但是,针对实际污染物,运行后期,疏水性有机物之间较强的相互作用力使得其取代了亲水性有机物,成为膜的优势污染物.此外,模拟亲疏水性有机物的膜污染变化规律与实际亲疏水性有机物相似,表明使用模拟污染物可一定程度上预测实际废水中相应性能污染物的膜污染行为.     

一体式膜-生物反应器中膜污染过程的动态分析

膜污染过程的动态研究对于有效地控制膜污染意义重大。结合膜过滤压差的上升和污染膜表面微观形态的变化 ,对不同污泥浓度和膜通量条件下 ,一体式膜 生物反应器中膜污染过程进行了动态分析。结果表明 ,膜污染初期主要是水中溶解性物质在膜表面附着 ,随后污泥在膜表面沉积。溶解性有机物在膜面的附着 ,对膜过滤压差即膜过滤阻力的变化影响不大 ,而活性污泥在膜表面的大量沉积将导致膜过滤压差迅速上升。污泥浓度愈高 ,膜通量愈大时 ,活性污泥颗粒愈易在膜面沉积。通过停止进出水维持空曝气、降低反应器内污泥浓度或延长膜的停抽时间可以使沉积在膜表面的悬浮污泥脱离膜表面 ,从而使膜过滤能力得到很好的恢复。采用经典的膜污染模型对各运行阶段膜污染模式进行了分析 ,模型拟合结果与电镜观察结果基本吻合。     

城市污水二级出水中溶解性有机物特性分析

分别采用凝胶色谱、亲疏水性组分分离、荧光色谱等方法,研究了城市污水处理厂二级出水中溶解性有机物的分子量分布、亲疏水组分含量以及荧光光谱特性。结果表明,二级出水中疏水性组分较亲水性组分多,疏水性组分约占总有机物的64.3%,而亲水性组分占35.7%左右;二级出水及其不同亲/疏水组分中溶解性有机物分子量分布基本集中在4.5 kDa以下,其中弱疏水性组分和亲水性组分中主要为分子量小于1.5 kDa的有机物;二级出水溶解性有机物中含有腐殖酸类、富里酸类以及蛋白质类物质,其中含量以腐殖酸类为主。     

高岭土对不同污染物微滤过程的影响

本研究采用原子力显微镜(AFM)结合自制的膜探针以及Zeta电位仪通过分别测量不同有机污染物,即腐殖酸(HA)、牛血清蛋白(BSA)和海藻酸钠(SA)与微滤膜之间的粘附力以及相应污染物的Zeta电位,对高岭土在不同有机物微滤过程的影响进行了系统性研究。结果表明,高岭土对污染膜通量衰减的影响主要发生在膜过滤的初期阶段,其存在使HA污染膜的初期通量衰减幅度增加,BSA和SA污染膜的初期通量衰减幅度减缓;清洗后HA污染膜的通量恢复率降低,而BSA和SA污染膜的通量恢复率增大。而且,高岭土的存在使膜-HA之间的粘附力变大以及HA溶液的Zeta电位变小,膜-BSA、SA之间的粘附力变小以及相应污染物的Zeta电位都增大。因此,膜-污染物之间粘附力以及溶液的Zeta电位的变化可以指示膜污染的变化趋势。     

用微观作用力解析无机离子对腐殖酸的膜污染行为影响

基于Na+、Ca2+离子在天然水体中的普遍存在及对超滤膜有机污染行为的影响,本研究主要考察了不同离子条件下腐殖酸(HA)对PVDF超滤膜污染行为的影响机理。使用原子力显微镜结合自制的膜材料及污染物探针定量测定了不同离子条件下PVDF-HA及HA-HA之间的相互作用力,同时进行了相应的膜污染实验及定量研究腐殖酸的去除效果。结果表明,PVDF-HA及HA-HA之间的相互作用力大小与膜污染速率及污染幅度呈正相关关系。一价Na+离子通过电荷屏蔽可降低HA表面的带电量,对HA膜污染行为及PVDF-HA及HA-HA之间作用力的影响并不明显。二价Ca2+离子通过电荷中和作用大幅度降低了HA表面的有效带电量,使得PVDF-HA及HA-HA之间的粘附力增大,加剧了膜污染速率。而过多的Ca2+离子会加剧HA之间的聚合,降低了HA进入膜孔内的机率,虽然会短暂的增加腐殖酸的去除效率但无法从根本减轻膜污染。     

颗粒物粒径和有机物分子量对超滤膜污染的影响

采用不同孔径和截留分子量的膜对原水进行预过滤,研究不同粒径的颗粒物和不同分子量的有机物对膜污染的影响。结果表明,随着预过滤膜孔径或截留分子量的减小,原水中浊度、CODMn、DOC和UV254的去除率逐渐提高,超滤膜运行的跨膜压力(TMP)比直接过滤原水时降低;经孔径为1.2μm和0.45μm的膜预过滤后,超滤膜运行的TMP仍上升较快,而经过截留分子量为100 kDa及以下膜预过滤后,膜污染比较缓慢。对膜阻力构成分析的结果表明,随着预过滤膜孔径或截留分子量的减小,超滤膜运行过程中的表面饼层阻力逐渐减小,堵孔阻力也有明显降低,但预膜滤不能有效降低膜的吸附阻力。超滤膜表面的扫描电镜观察结果表明,经过截留分子量在100 kDa及以下的膜预过滤后,超滤膜表面比较干净,此时的膜过滤阻力主要来源于吸附和堵孔阻力。     

一体式膜生物反应器处理印染废水的膜污染模型研究

利用自行研制的水解酸化+一体式膜生物反应器(SMBR)中试系统处理印染废水,通过均匀设计法设置了10组试验.计算各运行条件下的膜过滤阻力.建立了曝气量(G)、混合液污泥浓度(X)和膜通量(J)对膜面污泥沉积速率(K)的影响模型:K=3.645×107·X0.312·J0.13·G-3.46.通过该模型,可以对不同运行条件下的膜污染发展情况进行预测.验证结果表明,实际运行的测试数据与模型预测值符合性很好,可利用建立的模型预测不同运行条件下的膜污染状况.     

膜—生物反应器中溶解性微生物产物的研究进展

本文就膜－生物反应器中溶解性微生物产物的生成特性及其影响的研究进展进行了总结。在膜－生物反应器中，膜的高效固液分离作用在提高系统容积负荷和出水水的同时，也使生物反应器成为一个相对封闭的系统，以腐殖质，多糖，蛋白质等物质为主要成分的溶解性微生物产物是上物处理出水中溶解性TOC或COD的主要组成部分，主要产生于微生物的基质分解过程和内源呼吸过程，其高分子物质的含量较多且可生物降解性较差，因此，在膜－生物反应器中会出现积累，溶解性微生物产物的过高积累不仅有可能降低膜过滤出水的水质稳定性，而且有可能影响污染活性，并引起膜污染。进水溶液和污染度是影响溶解性微生物产物产生量的重要因素。目前有关膜－生物反应器溶解性微生物产物的研究还很不完善，有很多问题需进一步研究。     

浸没式膜-生物反应器污泥组分对膜污染的影响

研究基于中试规模的浸没式膜生物反应器长期运行的基础上,通过改变操作条件和工艺参数系统考察污泥组分对膜污染的影响。试验结果表明,泥龄10 d时，混合液悬浮固体、胶体物质和溶解性物质对膜污染阻力的贡献分别为24.1%、36.1%和39.8%；泥龄20 d时, 混合液悬浮固体、胶体物质和溶解性物质对膜污染阻力的贡献分别为43.9%、32%和24.1%；泥龄40 d时, 混合液悬浮固体、胶体物质和溶解性物质对膜污染阻力的贡献分别为50.6%、27.3%和22.1%。随着泥龄的增加,胶体物质和溶解性物质所形成的阻力之和在总阻力中所占的比例逐渐下降,但仍为膜污染的重要因素。     

不同超滤膜过滤天然有机物的膜污染特性研究

超滤膜的截留分子量、天然有机物的分子量分布以及两者之间的相对关系对于膜污染以及过滤阻力的组成有很大的影响。MWCO140kDa、70kDa、30kDa、10kDa、4kDa和1kDa的超滤膜过滤10mg/L腐殖酸溶液和未名湖湖水的试验结果表明,在过滤初始时刻就发生了膜污染,膜的截留分子量越大,膜污染越显著。在长期过滤的过程中,截留分子量>10kDa的超滤膜的过滤阻力受到膜污染的控制,膜孔堵塞和膜面形成凝胶层是造成膜污染的主要原因;当膜的截留分子量≤10kDa时,过滤阻力主要由膜本身固有的阻力决定,膜污染影响较小。不同浓度、类型的腐殖酸溶液和不同种类的超滤膜过滤试验数据分析表明,当膜对腐殖酸分子的截留率超过40%时,膜污染的程度会逐渐减小,过滤阻力将由膜本身固有的阻力控制。     

微滤膜垢分形生长的过程模拟

基于微滤膜系统污垢形成机制和分形理论,建立微滤过程膜表面混合垢生长DLA模型,并通过实验验证了模型模拟的可行性和准确性。选取不同运行周期条件下微滤膜系统中的受污染膜丝,进行膜垢污染生长的实时测试,并与不同运行条件下模型的动态模拟结果进行实际比较分析,结果表明两者分形维数相近,且分形维数与膜污染程度呈正相关,说明该模型能够动态表征膜污染水平,可揭示出微滤过程中膜垢生长的动态变化规律,预测出膜材料的受污染水平。     

TiO2光催化对微滤去除腐殖酸的膜污染控制研究

着重研究了不同紫外灯光源和照射时间条件下，TiO2光催化（PCO）对微滤去除腐殖酸过程中的膜污染控制，并探讨了膜污染的控制机理。研究结果表明，TiO2光催化能有效提高微滤对腐殖酸的去除，同时降低膜通量的下降，起到有效控制膜污染的作用。进一步的实验分析表明，TiO2光催化控制膜污染的主要机理在于将腐殖酸降解为易于被TiO2吸附的小分子量物质，吸附腐殖酸降解产物后的TiO2聚合颗粒粒径增大，易于在膜表面形成更为松散的沉积层，并使膜污染从以膜孔堵塞和沉积层污染为主转化为以沉积层污染为主的可逆性污染。     

TiO_2光催化对微滤去除腐殖酸的膜污染控制研究

着重研究了不同紫外灯光源和照射时间条件下,TiO_2光催化(PCO)对微滤去除腐殖酸过程中的膜污染控制,并探讨了膜污染的控制机理。研究结果表明,TiO_2光催化能有效提高微滤对腐殖酸的去除,同时降低膜通量的下降,起到有效控制膜污染的作用。进一步的实验分析表明,TiO_2光催化控制膜污染的主要机理在于将腐殖酸降解为易于被TiO_2吸附的小分子量物质,吸附腐殖酸降解产物后的TiO_2聚合颗粒粒径增大,易于在膜表面形成更为松散的沉积层,并使膜污染从以膜孔堵塞和沉积层污染为主转化为以沉积层污染为主的可逆性污染。     

TiO2光催化复合分离膜对水中天然有机物的去除

在水源污染越来越严重、水质标准日益严格的背景下，超滤（UF）已逐渐成为替代饮用水常规处理技术的最佳选择之一。本研究中采用相转化法，将聚偏氟乙烯（PVDF）、聚乙二醇（PEG）和二氧化钛（TiO2）共混制得光催化复合分离膜并对其进行扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）和X射线能谱仪（EDS）等相应的表征。比较了有无光照条件下，PVDF-PEG和PVDF—PEG—TiO2膜对腐殖酸（HA）的截留和超滤过程中的膜污染情况。研究结果表明，TiO2光催化复合分离膜能提高对水中天然有机物的去除并同时降低膜污染。紫外光照强度越强，PVDF-PEG—TiO2膜的抗污染性能越好。另外，光催化能更有效地减少超滤初始浓度较低的腐殖酸溶液过程中的膜通量衰减。     

絮体性质对纳滤膜污染的影响

混凝过程产生的絮体会对后续膜过滤性能产生一定的影响。实验中利用激光粒度仪研究2种混凝剂(AlCl3和PAC)在不同投加量下的絮体性质,混凝出水(不经过沉淀)直接进入纳滤膜(NF270)装置进行过滤实验。研究表明,投加量低(<0.20 mmol/L)的情况下,混凝出水反而使纳滤通量衰减发生恶化,随着投加量的增加,纳滤膜通量衰减得到有效的减缓。直接过滤腐殖酸(HA)的膜通量衰减(J/J0)为0.65,投加量为0.50 mmol/L时,AlCl3和PAC 2种混凝剂产生的通量衰减(J/J0)分别为0.78和0.75。滤饼层阻力受到絮体尺寸的影响较大,絮体尺寸越大,形成的滤饼层透水性更好。通过污染模型分析,混凝出水的纳滤膜污染机理主要是滤饼层阻力。     

改性PES膜在MBR中膜阻力分析及膜污染机理研究

以聚醚砜(PES)、醋酸纤维素(CA)和纳米二氧化钛(TiO2)为膜材料,采用L-S相转化法制备共混改性PES膜。在24℃、0.2 MPa的操作条件下,制得的PES膜纯水通量为300 L/(m2.h)左右,CA改性PES膜为660 L/(m2.h)左右,TiO2改性PES膜为840 L/(m2.h)左右。通过膜生物反应器中膜阻力的测定,表明膜污染主要由浓差极化层及凝胶层引起的;通过活性污泥对膜污染机理的研究,判断出污泥的过滤过程基本符合沉积过滤定律。在MBR中运行时,改性PES膜稳定通量高于未改性膜,总阻力低于未改性膜;TiO2改性膜稳定通量高于CA改性膜,总阻力低于CA改性膜;通过扫描电镜分析,改性PES膜沉积层的厚度均比未改性膜薄,TiO2改性膜沉积层厚度小于CA改性膜,表明改性膜的抗污染性能提高了,TiO改性膜抗污染性能更优。     

TiO2光催化复合分离膜对水中天然有机物的去除

在水源污染越来越严重、水质标准日益严格的背景下,超滤(UF)已逐渐成为替代饮用水常规处理技术的最佳选择之一。本研究中采用相转化法,将聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙二醇(PEG)和二氧化钛(TiO₂)共混制得光催化复合分离膜并对其进行扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和X射线能谱仪(EDS)等相应的表征。比较了有无光照条件下,PVDF-PEG和PVDF-PEG-TiO₂膜对腐殖酸(HA)的截留和超滤过程中的膜污染情况。研究结果表明,TiO₂光催化复合分离膜能提高对水中天然有机物的去除并同时降低膜污染。紫外光照强度越强,PVDF-PEG-TiO₂膜的抗污染性能越好。另外,光催化能更有效地减少超滤初始浓度较低的腐殖酸溶液过程中的膜通量衰减。     

盐类对模拟胞外聚合物(EPS)膜污染的影响

实验旨在研究盐类对模拟胞外聚合物(EPS)溶液在超滤和微滤过程中膜污染影响,通过添加与无添加盐类的模拟溶液的比较,研究盐类对EPS膜过滤在死端过滤过程的影响。实验考察了不同模拟溶液的膜通量衰减情况和滤饼比阻,并利用Hermia模型对实验数据进行拟合分析验证膜污染机理。实验结果表明,在超滤过程中,Ca2+和Al3+能在一定程度上提高膜通量,降低滤饼比阻,延缓膜污染;在微滤过程中,两者的添加反而降低了初始通量,添加Ca2+后滤饼比阻值反而有所增大;Na+对超/微滤过程影响很小。通过Hermia模型拟合分析发现,在超滤过程中,添加盐和无添加的溶液均以滤饼堵塞机理为主,而在微滤过程中则是以中间堵塞和滤饼堵塞机理为主。