粉末活性炭预吸附改善超滤膜通量试验研究

研究了粉末活性炭(PAC)预处理长江原水对改善超滤膜通量的效果.试验采用截留相对分子质量分别为30000 Da和10 000 Da的2种超滤膜,着重探讨了PAC对长江水中不同分子量有机物的吸附去除效果以及其所带来的膜通量改善.试验结果表明,超滤膜直接过滤原水时,膜通量下降严重;采用PAC预吸附后,2种膜的通量在一定程度上均得到提高.对PAC预吸附和膜后水样进行不同相对分子质量有机物的测定,结果表明:PAC吸附小于1000Da相对分子质量有机物高于其他相对分子质量区间有机物总和;膜表观截留孔径越小,PAC预吸附改善膜通量效果越显著.     

城市污水二级出水有机物分子量分布和亲疏水特性对纳滤膜污染的影响

分别采用分子量分级膜和XAD-8树脂,研究了污水厂二级出水中有机物分子量分布特征及不同分子量分布区间亲疏水有机物的相对含量,考察了分子量分布及亲疏水特性对纳滤膜透水性能的影响.结果表明,二级出水有机物中,小分子亲水性有机物含量最高,小于2k的有机物占总有机物含量的45.61%,其中亲水性物质占28.07%,疏水性物质占17.54%;不同特征的原水分别经纳滤膜过滤,分子量分布对膜污染影响较大,分子量小于30k时,分子量区间越小,比通量衰减越快,分子量大于30k时,分子量区间越大,比通量衰减越快,且分子量较小的有机物通量衰减程度大于分子量较大有机物;在分子量分布相同区间内,亲水性有机物的比通量衰减较慢,说明相同分子量时,膜对亲水性物质的截留率较低,而疏水性物质是引起膜通量衰减的主要原因.     

直接超滤和混凝-超滤组合工艺的膜污染比较

利用滤饼层过滤模型和膜孔窄化模型，结合国产中空纤维超滤膜对提取的天然腐植酸进行直接超滤和混凝－超滤2种工艺的试验结果分析，表明混凝预处理基本消除了膜孔污染，并且大大降低了膜表面滤饼层污染阻力，从而使超滤保持高渗透通量。另外，与原水直接超滤相比，混凝－超滤组合工艺对溶解性天然有机物的去除率较高，DOC去除率从28％提高到53％，UV254去除率从40％提高到78％。     

臭氧氧化对陶瓷膜超滤工艺降低饮用水中浊度的影响

利用臭氧陶瓷膜超滤集成工艺,研究了臭氧对陶瓷膜超滤工艺处理不同浊度原水的影响.实验用陶瓷膜平均孔径为100 nm.结果表明,与不投加臭氧的情况相比,投加3 mg·L-1臭氧可将浊度为14、52、108和510 NTU原水的膜通量提高18.2％～104.9％,投加5 mg·L-1臭氧可将此值提高至21.7％ ～116.3％,而投加1～2 mg·L-1臭氧对膜通量的改善不明显.投加5mg·L-1臭氧可将CODMn的去除率提高至28.7％ ～46.9％,投加1～3 mg·L-1臭氧对CODMn的去除率无显著影响,膜出水有机物浓度有所升高.臭氧氧化后原水中小分子量有机物增多,降低了膜的有机物污染程度,有利于膜通量改善.集成工艺出水中2～3 μm颗粒物数量为10 ～36个·mL-1.臭氧氧化导致陶瓷膜过滤初期出水中颗粒物数量略微升高.本研究对于水中颗粒物通过陶瓷超滤膜孔的探讨,以及改善膜对颗粒物的去除具有重要的指导意义.     

DOM纳滤膜污染及对膜截留卡马西平性能的影响

研究了天然原水中溶解性有机物(DOM)对HL和ESNA1-K两种纳滤膜造成的膜污染及其对膜截留卡马西平(CBZ)性能的影响.结果表明,DOM的存在造成了严重的膜污染和通量衰减.膜污染对CBZ截留率的影响与膜本身的特性和污染物特性有关,DOM通过在膜表面形成污染滤饼层和进入膜孔内部造成的膜孔堵塞,影响弱疏水性的CBZ从水中的分离,青草沙水库原水中的DOM引起的膜污染提高了两种纳滤膜对CBZ的截留效果,而太湖DOM造成的膜污染会降低CBZ的截留效果.研究还发现,中等相对分子质量(1 500~10 000)有机物会紧密地黏附在膜表面形成滤饼层,从而改变膜表面的疏水性能,小分子主要通过进入膜孔导致膜孔径堵塞.滤饼层的疏水性和浓差极化作用以及膜孔径的堵塞造成膜通量衰减并影响CBZ去除率.应用XDLVO理论对DOM造成的膜污染的分析结果表明,太湖DOM的疏水性明显强于青草沙DOM,其分子间的聚合自由能更负,与膜的黏附自由能更负,因而造成的膜污染和通量衰减更严重.     

不同相对分子质量的有机物对膜通量的影响

采用截留分子量分别为10、30kDa的聚醚砜膜和100kDa的聚偏氟乙烯膜对原水进行分级处理,并采用截留分子量分别为150kDa的聚偏氟乙烯膜和0.1μm的醋酸纤维素膜对出水进行膜过滤试验,研究不同相对分子质量的有机物对膜通量的影响.结果表明,虽然相对分子质量>30kDa的大分子有机物仅为总有机物的15%,但它分别引起微滤膜的通量下降86%和超滤膜通量下降54%.混凝处理可以去除相对分子质量>100kDa的有机物,这部分有机物导致通量下降40%以上.因此,尽管混凝处理仅去除10%的有机物,但改善通量的效果显著.粉末活性炭可以去除相对分子量<30kDa的小分子有机物,这部分有机物对通量下降的贡献程度甚低.因此,尽管粉末活性炭去除76%的有机物,但改善通量的效果甚微.预处理改善通量的效果并不取决于去除有机物的多少,而是取决于所去除的有机物对通量的影响大小.     

碳纳米管径向尺寸对碳纳米管自支撑膜孔隙结构及通量的影响

为了探索碳纳米材料膜在水处理中应用的可能性,本实验选取4种径向尺寸的碳纳米管(Carbon Nanotubes, CNTs),采用压力辅助过滤技术制备CNTs自支撑膜.通过对CNTs自支撑膜的平均孔径、孔径分布及截留分子量(Molecular weight Cut-Off,MWCO)等进行分析,研究了CNTs径向尺寸变化对CNTs自支撑膜孔隙结构的影响.结果表明,CNTs的径向尺寸越小,制备得到的CNTs自支撑膜越趋向于形成小孔径的膜孔,且孔径分布更加均匀,孔隙面积比越高,膜的MWCO越小.单壁碳纳米管(Single-walled carbon nanotube, SWNT)与多壁碳纳米管(Multi-walled carbon nanotube, MWNT)相比,前者更容易形成膜平均孔径更小且孔径分布更均匀的CNTs自支撑膜.膜通量测定结果表明,研究制备的CNTs自支撑膜的通量属于低压膜范围,通量在230～347 L·m~(-2)·h~(-1)·bar~(-1)之间.其中,虽然由径向尺寸较小的CNTs所制备的CNTs自支撑膜的平均孔径更小,但由于其具有更高的孔隙面积比和更小的膜厚度,其纯水通量相对高于由大径向尺寸CNTs制备的CNTs自支撑膜.     

藻类对纳滤膜去除萘普生的影响

传统的饮用水处理工艺不能有效地去除水中痕量有机物PPCPs,纳滤(NF)膜工艺对其有较好的去除效果。水中有机物(DOM)的存在对NF膜去除PPCPs有较大的影响,藻类有机物(AOM)的组成及特性不同于天然有机物,它在膜处理工艺中对膜污染有重要的影响。试验研究了2种藻类(鱼腥藻、小球藻)AOM对纳滤膜去除萘普生(NPX)的影响效果。结果显示2种藻类AOM均能促进NF膜对NPX的分离,提高NPX的去除率,但会显著降低膜通量。AOM的分子量分布和亲疏水性与其对NPX去除率的影响有关,AOM中亲水性的多糖和蛋白类有机物质是造成膜污染和影响NPX去除率的主要物质。滤饼层的形成改变了膜表面的亲疏水性能和截流分子量(MWCO),也是造成膜通量衰减和NPX去除率提高的重要原因。     

粉末活性炭预沉积去除藻类有机物及其对膜污染的影响

以东海原甲藻分泌的藻类有机物（AOM）为研究对象,研究粉末活性炭预沉积和预吸附两种膜前预处理手段对海水中AOM的去除作用,对比分析AOM直接超滤、预沉积和预吸附后再超滤时膜通量、膜阻力分布、膜表面亲疏水性和粗糙度的变化,探讨粉末活性炭孔隙结构、沉积量对AOM去除效果及超滤膜污染的影响.结果表明,活性炭预沉积和预吸附能够提高超滤膜对含AOM海水中DOC和UV₂₅₄的去除率,预沉积对AOM的去除作用优于预吸附,介孔活性炭较微孔活性炭的预沉积效果更好,当介孔活性炭PAC2的沉积量为0.4g/L时,DOC和UV₂₅₄的去除率较直接超滤分别提高了25.1%和33.6%.紫外吸收比指数（URI）分析表明,活性炭预沉积和预吸附对有机物的去除作用具有选择性,AOM中芳香族物质较脂肪族羧基类物质更易被除去.粉末活性炭预沉积下AOM超滤时的滤饼层污染阻力（R_c）和膜孔堵塞阻力（R_p）较直接超滤分别降低了39.6%和81.2%,活性炭在超滤膜表面形成的滤饼层结构将AOM与超滤膜进行了隔离,能够减缓膜污染速率,对于控制膜的不可逆污染亦具有重要作用.     

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。     

混凝处理防止膜污染的作用与机理

通过膜过滤混凝上清液的方法 ,并比较膜进水和透过水中有机物相对分子质量分布的变化 ,探讨了混凝防止膜污染的作用和机理 .结果表明 ,相对分子质量大于 10 0 0的有机物是造成膜污染的主要因素 ,而相对分子质量小于 10 0 0的有机物对膜污染的影响较小 .尽管混凝能有效地去除相对分子质量较大的有机物 ,但混凝防止膜污染的效果与其投加量有密切的关系 .较低的混凝投加量 (2 5mg·L- 1 )防止膜污染的效果较差 ,较大的投加量 (>5 0mg·L- 1 )防止膜污染的效果较好 .UV2 54能更好地反映有机物对膜污染的影响程度 ,如何有效地去除这类有机物是防止膜污染的关键 .混凝防止膜污染的效果与去除相对分子质量大于 10 0 0的UV2 54的程度密切相关 .试验结果表明 ,混凝去除这类有机物的效果达到 5 0 %时 ,可有效地防止膜污染     

废水处理系统中有机物分子量分布及其变化

采用超滤膜法对废水处理系统中有机物的分子量分布及其变化进行研究,分析有机物分子量分布特性及不同分子量分布区间有机物的相对含量。结果表明:厌氧、缺氧、好氧反应池出水中,小于1K分子量区间上的有机物所占比例最高。该分子量区间有机物TOC分别占总TOC的60.9%、58.5%、65.2%,UV254分别占总UV254的69.9%、67.9%、82.1%。传统工艺对小分子量有机物去除效率较低。     

MIEX预处理技术对长江原水中有机物的去除效能

利用烧杯试验研究了磁性离子交换树脂（magnetic ion exchange resin,MIEX）预处理对长江原水中有机物的去除效能,以总溶解有机碳(DOC)、254 nm紫外吸收值(UV254)、有机物相对分子质量分布、有机物分级、紫外扫描以及消毒副产物生成量等指标进行表征.结果表明,长江水源水中的有机物主要为小分子亲水性有机物,其含量占有机物总量的50%以上;MIEX预处理可以有效降低水中有机物的含量,投加量为10 mL/L、接触时间为15 min时,DOC的去除率超过35%,相对分子质量和分级的测定结果表明,小分子亲水性部分有机物的去除导致了DOC去除效果的改善;从紫外扫描结果可看出,MIEX预处理对在190～250 nm波长时有强吸收的有机物去除效果非常明显,但对在高于250 nm波长处有吸收的有机物去除效果与混凝阶段的效果相近.     

硫醇式磷酰胺类杀虫剂对大鼠红细胞膜脂质过氧化的影响

研究了三种新合成的硫醇式磷酰胺类杀虫剂对大鼠红细胞膜丙二醛含量及高分子蛋白形成的影响,分析了两者之间的相互关系。结果表明,这三种杀虫剂对膜丙二醛含量无影响,但是FPP可以引起高分子蛋白的形成,而高分子蛋白形成可以使正常膜蛋白成份发生改变。     

颗粒状大孔阴树脂去除有机物以及缓解膜污染的效果与机制

采用颗粒状大孔阴树脂和混凝作为微滤膜的预处理,考察它们去除有机物以及缓解膜污染的效果和机制.结果表明,树脂可有效去除中等和小分子的有机物,但对大分子有机物的去除有限;混凝可有效去除大分子有机物,但对中等和小分子有机物的去除有限.仅采用树脂作为预处理,虽然去除有机物效果较好,但缓解膜污染的作用有限;而混凝与树脂联用,不仅有效去除有机物,而且也有效缓解膜污染.     

臭氧氧化对城市二级处理水中溶解性有机物特性的影响及反应动力学分析

通过试验研究了臭氧氧化对城市二级处理水中有机物特性的影响。结果表明,适当的条件下臭氧氧化可提高水的可生化性,不同接触时间水中有机物的分子量分布特征不同;臭氧对水中有机物的氧化过程分为3个阶段,均属于一级反应,并得出了相应的动力学方程。利用上述结果,选择适当的控制条件,为臭氧预氧化与不同型式膜组合实现城市污水的高效低耗的再生利用提供一定的理论依据。     

碳化硅陶瓷膜管对PM_(2.5)捕集性能的实验研究

PM2.5因其粒径小、吸附能力强、输送距离远、环境危害大,同时捕集困难而成为世界各国共同关注的大气环境问题。以涂氧化铝膜的碳化硅陶瓷膜管(孔隙率28.16%,平均孔径20μm,过滤面积0.28 m2)为过滤元件,搭建了PM2.5捕集的实验装置,对膜管的过滤时间、通量与阻力降的关系以及捕集效率与时间的关系和膜污染控制方面进行了研究。结果表明:随过滤时间增加,通量逐渐减小,阻力降逐渐增大,捕集效率逐渐增大,对PM2.5捕集效率高达99.9%;对膜污染控制参数优化后反吹压强选定为0.8 MPa,反吹间隔时间为10 min,反吹时间为14 s。     

碳纳米管预涂覆低压膜去除水中腐殖酸的机理研究

以腐殖酸（Humic Acid,HA）为研究对象,通过压力辅助过滤技术将碳纳米管（Carbon Nanotubes,CNTs）预涂覆在聚醚砜（Polyethersulfone,PES）平板膜表面,制备了CNTs预涂覆低压膜,分别考察了该膜在恒压和恒流实验中对HA的去除情况及其对膜污染的缓解作用.研究表明,CNTs预涂覆膜可以有效缓解基膜的污染,保证CNTs的分散性,增加PES膜表面预涂覆CNTs的投加量,有助于缓解膜污染的发生;采用径向尺寸小的CNTs制备出的预涂覆低压膜,其抗污染能力更佳.研究进一步采用恒流膜滤装置对膜滤过程的3个阶段（新膜过滤阶段、膜污染加速阶段、堵塞膜截留阶段）进行了模拟,考察了CNTs预涂覆低压膜对HA的去除机理.结果表明,新膜过滤阶段,CNTs预涂覆低压膜运行初期,CNTs的吸附性能对HA的去除起主导作用,HA去除率随过滤时间的增加而不断减小,吸附阶段CNTs预涂覆膜的跨膜压差（Transmembrane Pressure,TMP）始终保持在较低水平（不高于15 kPa）,降低CNTs的径向尺寸和提高CNTs投加量,均有助于吸附去除HA;膜污染加速阶段,随着CNTs预涂覆膜进入膜污染加速阶段,HA的去除率由吸附阶段的不断降低开始出现上升拐点,TMP由于CNTs预涂覆膜的加快堵塞而不断升高;堵塞膜截留阶段,CNTs预涂覆低压膜在一定程度堵塞后,表现出截留去除HA的效能,且TMP仍保持在低压膜运行范围内,降低CNTs的径向尺寸,制备的预涂覆膜孔径小且分布均匀,有助于其提高截留去除HA的效能.整个恒流实验过程中,未负载CNTs的基膜对HA仅有微弱的吸附作用,且由于其较大的孔径,对HA的截留作用十分有限.本文通过对CNTs预涂覆低压膜吸附阶段和截留阶段的划分,明确了CNTs预涂覆低压膜在吸附饱和之后,能够有效截留水中HA,可作为水中腐殖质类污染物去除的一种有效手段.     

磁性离子交换树脂对原水中有机物去除效能的研究

采用磁性离子交换树脂(MIEX)预处理原水中有机物的中试试验结果表明,MIEX技术可有效地去除原水中的有机物,对UV254,DOC和CODMn的去除率分别稳定在82%、66%和50%,MIEX预处理可以有效强化混凝沉淀对有机物、藻细胞和浊度的去除.与常规工艺相比,在混凝剂聚合氯化铝投加量降低56%时,该工艺对UV254和CODMn的去除率分别为90%和71%,对藻细胞数和浊度的去除率分别为99%和95%.对溶解性有机物分级和分子量分布的测定表明,MIEX预处理主要去除混凝沉淀无法有效去除的小分子区间的亲水性和疏水性有机物,可以有效控制消毒副产物的产生,MIEX预处理与混凝沉淀联用工艺出水的三卤甲烷生成势(THMFP)和卤乙酸生成势(HAAFP)比原水降低了88%和87%.