纳滤膜过滤MBR出水的污染原因与清洗方法

为研究膜-生物反应器(MBR)出水对纳滤膜的污染原因及清洗方法,使用场发射扫描电镜、傅立叶变换红外光谱仪、原子力显微镜和接触角仪对经MBR出水污染的纳滤膜表面污染层进行了检测,结果表明,纳滤膜表面污染物包括有机物和无机物,所含元素包括磷、镁等,对经过不同清洗步骤的膜表面进行的检测表明,柠檬酸清洗可以去除镁和大部分磷,这些物质主要以无机形态存在于膜面污染物中;后续NaOH清洗可以进一步去除磷,这部分磷主要来自有机酸、有机磷或蛋白质等膜面污染物.污染使膜表面粗糙度由79.5 nm增大至111.2 nm,但接触角由55.6°变为62.1°,表明亲水性变化不大;酸洗后表面粗糙度显著减小至51.9 nm,接触角变为96.0°,表明有机污染物暴露出来,膜面呈现疏水性;再经碱洗后,膜面粗糙度与亲水性均接近于新膜.这些结果说明,先酸洗后碱洗的方法可以去除绝大部分的膜面污染物,进一步推知膜污染初期主要为有机污染,之后无机物的作用使污染进一步加重.     

生物质活性炭原位修复有机物污染底泥技术研究与应用

污染底泥是水体中重要的内源污染,生物质活性炭作为原位修复技术的覆盖材料,正在逐步应用于污染底泥的原位修复.应用椰壳颗粒活性炭与果壳颗粒活性炭对有机物污染底泥进行原位修复,测定2种生物质活性炭的比表面积、孔径分布、表面官能团等理化性质,并应用2种生物质活性炭进行了原位治理污染底泥的实验室静态模拟试验和实地现场试验,在实地现场试验中增加煤基活性炭与2种生物质活性炭进行对比.结果表明:①2种生物质活性炭的表面性质与化学组成相似,但椰壳颗粒活性炭比表面积较大,微孔孔隙结构略微发达,极性基团较少.②实验室静态模拟试验中,2种生物质活性炭对底泥中的PAHs（多环芳烃）、PAEs（酞酸酯）和苯系物（benzenes）3类有机污染物均有很好的稳定化修复效果,投加生物质活性炭10个月后,底泥孔隙水中3类污染物的质量浓度降低93.2%以上;对不同种类有机污染物,孔隙水降低率略有差距,与2种生物质活性炭理化性质的差异有关.③实地现场试验中,2种生物质活性炭和煤基活性炭对3类有机污染物的稳定化修复效果均呈现PAEs > PAHs >苯系物,煤基活性炭的修复效果略高于2种生物质活性炭.研究显示,在10个月的修复时间下,生物质活性炭对有机物污染底泥有明显的修复效果,可使底泥孔隙水中PAHs、PAEs和苯系物类有机污染物质量浓度降低90%以上,并且与煤基活性炭相比,生物质活性炭对环境造成的污染印迹更小.      

天然有机物的相对分子质量分布及亲疏水性对微滤膜组合工艺中膜污染的影响

研究采用混凝沉淀+粉末活性炭吸附+高锰酸钾+浸没式微滤膜的组合工艺对太湖水进行中试试验,通过高效凝胶色谱(HPSEC-UV-TOC)和三维荧光(3DEEM)的测定方法,着重考察有机物的相对分子质量(Mr)分布和亲疏水性对膜不可逆污染的影响.凝胶色谱分析表明:预处理可几乎完全去除大分子有机物(Mr>10×103),但仅能去除部分的中等分子(10×103>Mr>1×103)和小分子(Mr<1×103)有机物.研究发现化学清洗水中的有机物相对分子质量多为中等分子和小分子,说明导致膜不可逆污染的主要是中等分子和小分子有机物.此外,洗膜水中强疏和中性亲水组分含量远高于弱疏和极性亲水,说明强疏和中性亲水组分是不可逆污染的主要物质.三维荧光分析表明,芳香族蛋白质和溶解性微生物产物是造成膜不可逆污染的主要污染物.     

预处理对短流程超滤工艺不可逆膜污染影响的中试试验

以东江水为处理对象,进行直接超滤、微絮凝-超滤和絮凝/活性炭-超滤中试研究,探讨预处理对短流程超滤工艺不可逆膜污染的影响.利用扫描电镜形貌观察、三维荧光光谱(EEM)和高效排阻色谱法等手段对不可逆膜污染物进行表征分析,比较预处理对不可逆膜污染物含量和组分的影响,阐述预处理对不可逆膜污染影响的机制.结果表明,在10 L·(m~2·h)~(-1)低通量运行下,微絮凝预处理使不可逆膜污染增长速率从直接超滤的0.32 k Pa·d~(-1)下降到0.16 k Pa·d~(-1),絮凝/活性炭预处理后超滤工艺几乎零污染运行,且当絮凝/活性炭-超滤运行通量增加至17 L·(m~2·h)~(-1)时,仍没有观察到明显的不可逆膜污染增长.东江水中不可逆膜污染的主要组分是蛋白质类和富里酸等腐殖质类物质.微絮凝通过改变膜表面滤饼层的结构(厚度和密实性),提高物理清洗效率,减轻不可逆膜污染的积累;絮凝/活性炭预处理提高对不可逆膜污染物的去除效果,减轻膜污染负荷,控制不可逆膜污染.因此,采用絮凝和絮凝/活性炭预处理工艺,均可有效降低短流程超滤工艺不可逆膜污染积累.     

微涡旋絮凝-逆流气浮-纳滤集成工艺去除水中腐殖酸的研究--以聚合氯化铝(PACl)为絮凝剂

研究了微涡旋絮凝-逆流气浮-纳滤集成工艺去除水中腐殖酸的工艺特征和效果.试验结果表明,微涡旋絮凝-逆流气浮工艺去除水中腐殖酸时,在最佳投药点(PACl),出水水质符合纳滤系统预处理单元的要求,而且该工艺需要PACl絮凝剂的量较低.该预处理系统与纳滤系统组合的集成工艺可以使水中的腐殖酸浓度大大降低,且含TQ56-36FC型纳滤膜的流程1比含M-N1812A型纳滤膜的流程2效果好.前者出水的TOC值可达0.28～0.45mg·L-1,CODMn值为0.47～0.8mg·L-1,UV254nm值为0～0.0033,且有95%以上的脱盐率;后者出水的TOC值为0.52～1.25mg·L-1,CODMn值为0.66～1.0 mg·L-1,UV254nm值为0.008-0.012,脱盐率很低.另外,尽管保安过滤器/活性炭预处理有利于纳滤膜出水水质的提高,但活性炭柱与纳滤膜能去除的有机物种类有些重合,活性炭柱的存在也降低了纳滤膜对有机物的去除率.水中颗粒物的粒度分布表明,原水、絮凝后和气浮出水中颗粒物粒度分布的中位直径(d50)分别为5～6μm、10～14μm和8～13 μm.经过保安过滤器或保安过滤器/活性炭柱,水样中的颗粒物的d50为0到几个μm.经过纳滤膜后出水无颗粒物.     

受污染原水中有机物去除中试集成系统的工艺对比研究

在中试集成系统水平上对比研究了常规工艺、预臭氧化工艺、粒状活性炭吸附工艺、臭氧-生物活性炭工艺对受污染源水中的有机物及消毒副产物前体的去除效果.结果表明,前2种工艺对有机物的去除效能大致在50%～60%,后2种则能达到75%～90%.与前2种相比,后2种为更有效地去除受污染原水中有机物的方法.建议采用Ⅱ类及更优水体为水源的水厂考虑使用常规处理或季节性水质变化时采用预氧化工艺;而对于那些以Ⅲ类或更差水体为主水源的水厂则应考虑增设GAC或BAC设备,以满足饮用水水质新标准要求.     

微污染水源水中有机物的分布特征及微滤膜对其的影响作用

本试验是在微污染水源水中有机物分布调查的基础上,采用聚偏氟乙烯(PVDF)微滤膜(MF)过滤微污染地表水,考察微滤膜对天然水中有机物的影响作用.试验结果表明,黄浦江微污染水源水中的有机物分子质量主要集中在3~5 k Da和0.2 k Da附近,且疏水性有机物和亲水性有机物所占的比例相当.有机物季节性分布特征明显,冬季溶解性有机碳(DOC)的值偏高,而UV254和比紫外吸光度值(SUVA)则在夏季偏高.黄浦江原水经微滤膜过滤后,有机物构成发生明显变化,膜出水中的亲水性有机物的比例增加,而疏水性有机物的比例降低,DOC和UV254的平均去除率分别为17.73%和15.75%.黄浦江原水及经0.45μm滤膜过滤以去除悬浮物的黄浦江原水分别进行微滤膜过滤,膜比通量的对比发现,在较短时间内两者的膜比通量下降都很明显,而后膜比通量都趋于平缓,变化趋势及结果基本一致,可见,黄浦江水中造成膜通量下降的物质并不是悬浮物,而是溶解性的有机物质.     

染整废水深度处理纳滤工艺膜污染成因分析

为调查棉针织染整废水纳滤脱盐系统膜污染的类型和成因,使用电感耦合等离子发射光谱仪、扫描电子显微镜-EDX能谱仪、傅里叶变换红外光谱仪、热重分析仪、高倍光学显微镜和X射线荧光光谱仪,从膜进水水质、膜过程污染状况和膜清洗效果等三方面进行了联合互补检测和综合分析.结果表明,棉针织染整废水脱盐过程中纳滤膜的污染类型包括无机污染、有机污染和微生物污染;干燥(105℃)的污染物成分组成中结合水所占质量分数约8.2%,有机成分所占质量分数约41.0%,无机成分所占质量分数约50.8%;在无机污染物中铁盐污染较为突出,有机污染物所包含的主要官能团为—OH、—CH和—CC,微生物污染物中包含原生动物和后生动物;短期膜污染和长期膜污染分析结果表明有机污染和微生物污染的形成需要长时间的累积效应;纳滤膜清洗试验结果表明,有机污染和微生物污染是引起膜通量下降的主要原因,两者对膜通量影响的贡献率约53.3%.     

超滤及其组合工艺对污水的深度处理试验

超滤及其组合工艺 ,混凝 UF和粉末活性炭 (PAC) UF对污水深度处理的试验结果表明 ,超滤对水中浊度几乎可以完全去除 ,对细菌和大肠杆菌的去除效率大于 99% ,对水中有机物、氨氮、总铁和总锰也均有一定的去除。超滤前加混凝预处理或粉末活性炭吸附后 ,提高了水中有机物的去除率 ,同时减轻了膜污染 ,提高了膜通量和产水量。此外 ,三种工艺在等量冲洗用水的条件下 ,适当缩短过滤周期 ,增加反冲洗频率均提高了单位能耗产水量。     

超滤处理微污染地表水的膜污染化学清洗研究

针对超滤处理微污染地表水时产生的膜污染,利用电镜扫描和能谱技术分析其膜丝内表面污染物的组份,并考察了几种化学清洗剂对污染膜的清洗效果。试验结果表明,膜丝内表面的污染层是由有机物、微生物和无机物组成,其中有机物覆盖着无机物,以有机污染为主;膜清洗宜先碱洗后酸洗;单一清洗剂中NaOH、NaC1O和H2O2均有较好的清洗效果,但并不能使膜通量完全恢复,而复合清洗剂H2O2+柠檬酸具有显著的清洗效果,膜通量恢复率高达98%。     

Mechanism of calcium mitigating membrane fouling in submerged membrane bioreactors

Two parallel membrane bioreactors (MBRs) were operated under different calcium dosages (168.5, 27 mg/L) to gain a better understanding of the mechanism of retarding membrane fouling by adding calcium. The results showed that the particle size of sludge flocs increased and the particle size distribution tended to be narrow at the optimum dosage (168.5 mg/L). Calcium was effective in decreasing loosely bound extracellular polymeric substances (LB-EPS) in microbial flocs and soluble microbial products (SMP) in the supernatant at the dosage of 168.5 mg/L by strengthening the neutralization and bridging of EPS with flocs. Furthermore, the amount of COD_S and COD_C decreased in both the mixed liquor and the fouling cake layer on the membrane surface. In order to compare the filtration characteristics of cake layers from the MBRs with the two calcium dosages, the specific cake resistance and the compressibility coefficient were measured. The specific cake resistance from the MBR with optimum dosage (168.5 mg/L) was distinctly lower than that with low dosage (27 mg/L). The compressibility coefficient of the cake layers under two dosages were respectively attained as 0.65, 0.91. Scanning electron microscopy (SEM) and three-dimensional confocal scanning laser microscope analysis (CLSM) images were utilized to observe the gel layer directly.     

膜-生物反应器中活性污泥沉降性能与膜污染相关性研究

结合连续流小试，对膜．生物反应器运行过程中，活性污泥沉降性能的变化及其对膜污染的影响进行了研究．结果表明，随着运行时间的增长，该系统内丝状菌大量繁殖，活性污泥沉降性能变差，SVI值升高．随之，膜过滤压差(过滤阻力)平均上升速率有所增加，膜过滤周期缩短．膜过滤压差的“两阶段性(平缓上升期和加速上升期)”变化规律趋于明显，平缓上升期和加速上升期的膜过滤压差上升速率随污泥SVI值的升高分别呈现下降和上升的趋势．污泥沉降性能的变化对膜污染过程产生明显影响．电镜观察表明，污泥沉降性能对膜过滤压差的影响与膜面污染层的结构和厚度有关．     

丝状菌对膜-生物反应器中膜污染过程的影响

结合动态运行试验,针对丝状菌对膜污染过程的影响进行了跟踪观察和分析.结果显示,丝状菌与膜表面污染物形成过程及结构、附着形式密切相关.丝状菌以黏着、穿透膜材料等固定形式,增加膜表面污染物的附着强度.丝状菌以立体网状结构形式在膜表面污染物形成及其结构中发挥重要作用,严重影响膜-生物反应器的处理能力及膜清洗效率,丝状菌是膜-生物反应器中危害性严重的一类微生物.     

臭氧作用改善膜-生物反应器混合液膜过滤性

提出了利用臭氧作为调控膜-生物反应器中活性污泥混合液的方法,采用小膜过滤装置测定臭氧作用后混合液的膜过滤性变化,并通过测定混合液MLSS、胞外多聚物(EPS)含量、絮体粒径、上清液胶体有机物浓度、黏度的变化,探讨了混合液膜过滤性变化的原因.结果表明,当臭氧投加量低于8.5mg/L条件下,混合液的膜过滤性得到改善.臭氧对混合液的主要作用是氧化污泥絮体表面的部分EPS,使污泥絮体表面性质发生改变,引起絮体再絮凝,絮体粒径增大,上清液胶体有机物浓度和黏度减少,从而改善混合液的膜过滤性质.     

Nanoparticle-free and self-healing amphiphobic membrane for anti-surfactant-wetting membrane distillation

In membrane distillation (MD), complicated feed water with amphiphilic contaminants induces fouling/wetting of the MD membrane and can even lead to process failure. This study reports a facile approach to fabricate robust and self-healing hybrid amphiphobic membranes for anti-surfactant-wetting MD based on the ultra-low surface energy of fluorinated polyhedral oligomeric silsesquioxanes (F-POSS) and its thermal induced motivation and rotation. The thermal treatment makes the membranes achieving amphiphobicity at a very low cost of F-POSS (13.04 wt.%), which is about 1/3 of without thermal treatment. The prepared membrane exhibits excellent amphiphobicity, i.e. ethanol contact angle of 120.3°, without using environmentally toxic fluorinated nanoparticles. Robust MD performance was observed for the amphiphobic membrane in concentrated sodium dodecyl sulfate (SDS) feed solutions. Furthermore, the fabricated membrane exhibited stable amphiphobicity even in extreme environments, including strong acid or alkaline solutions. In the event of a damaged or abraded membrane surface where the F-POSS can be removed, the amphiphobic membrane exhibits self-healing ability with additional thermal treatment. This simple approach without the use of nanoparticles provides an environmentally friendly way for fabrication of amphiphobic membranes for anti-surfactant-wetting membrane distillation.     

Study on membrane fouling of submerged membrane bioreactor in treating bathing wastewater

A pilot-scale submerged membrane bioreactor (MBR) was used to treat the bathing wastewater for more than 90 d. Several factors affecting membrane fouling were studied, including the variation in transmembrane pressure (TMP), changes in extracellular polymeric substance (EPS), and distribution of membrane resistance (R). The relationships between R and EPS concentration were found to be R = 0.00008(EPSS)2.915 in the mixed liquor (EPSS) and R = 0.2853(EPSm) - 0.824 on the membrane surface (EPSm). The constant...     

厌氧膜生物反应器污泥组分对膜污染的影响

对一体式厌氧膜生物反应器污泥进行离心分离,考察污泥各组分和膜污染的特性之间的关系.通过对已有理论模型进行变形,推导出阻力的数学模型方程式,并分析了膜通量、膜阻力的变化.同时对混合液悬浮固体进行了颗粒粒径分析,并与好氧膜生物反应器的污泥颗粒进行了对比分析.结果表明,污泥混合液悬浮固体形成阻力占膜总阻力的70%,胶体物质形成阻力占22%,溶解性物质形成阻力占8%.     

Effect of sludge retention time on sludge characteristics and membrane fouling of membrane bioreactor

Three identical membrane bioreactors (MBRs) were operated over 2 years at different sludge retention time (SRT) of 10 d, 40 d and no sludge withdrawal (NS), to elucidate and quantify the effect of SRT on the sludge characteristics and membrane fouling. The hydraulic retention times of these MBRs were controlled at 12 h. With increasing SRT, the sludge concentrations in the MBRs increased, whereas the ratio of volatile suspended solid to the total solid decreased, and the size of sludge granule diminished in the meantime. A higher sludge concentration at long SRT could maintain a better organic removal efficiency, and a longer SRT was propitious to the growth of nitrifiers. The performance of these MBRs for the removal of COD and NH₄⁺-N did not change much with different SRTs. However, the bioactivity decreased as SRT increase. The measurement of specific oxygen uptake rates (SOUR) and fluorescence in situ hybridization (FISH) with rRNA-targeted oligonucleotide probes testified that SOUR and the proportion of the bacteria-specific probe EUB338 in all DAPI-stainable bacteria decreased with increasing SRT. The concentrations of total organic carbon, protein, polysaccharides and soluble extracellular polymeric substance (EPS) in the mixed liquor supernatant also decreased with increasing SRT. The membrane fouling rate was higher at shorter SRT, and the highest fouling rate appeared at a SRT of 10 d. Both the sludge cake layer and gel layer had contribution to the fouling resistance, but the relative contribution of the gel layer decreased as SRT increase.     

典型有机物与超滤膜界面作用及膜污染机制研究

对二级出水中典型有机物的膜通量及膜污染变化情况进行分析比较,并应用扩展DLVO(x DLVO)理论分析了有机物超滤过程中的界面作用能对膜污染行为的影响机制.研究表明,海藻酸钠(SA)导致的膜通量下降最为显著,其次为腐殖酸(HA)和牛血清白蛋白(BSA);就3种有机物而言,膜污染均主要发生在粘附阶段,而在粘聚阶段中膜污染程度较小.对比而言,海藻酸钠(SA)主要形成可逆污染,腐殖酸(HA)和牛血清白蛋白(BSA)则以不可逆污染为主.在过滤过程中,极性界面作用能是控制膜污染的主要因素,HA和BSA的极性界面作用能为正值,能抑制膜污染,而SA的极性界面作用能为负值,会加剧膜污染.3种有机物在粘聚阶段的极性界面作用能均大于粘附阶段,说明粘附阶段的膜污染更严重.     

厌氧膜-生物反应器抽吸模式对膜过滤性能的影响

研究了厌氧膜-生物反应器处理酒厂废水时抽吸模式对膜过滤性能的影响,分析了膜通量、膜阻力及阻力分布与时间的变化关系,通过数据拟合得出2种运行模式的通量、阻力随时间变化的数学模型方程式．结果表明,压力递增模式可以有效地提高膜通量;同时该模式运行过程中的膜阻力较低,有利于膜-生物反应器的良好运行．