温度对正渗透工艺性能的影响

正渗透技术是一种以渗透压差为驱动力的新型膜分离工艺。温度是影响正渗透过程的关键因素。为考察温度在工艺运行中的重要作用,研究了温度对正渗透膜特性及工艺性能的影响,探讨通量衰减机制。结果表明,温度影响汲取液动态稀释、浓差极化和膜污染等的效应程度,进而影响正渗透性能。高温能够明显增加水通量和回收率,且汲取液温度影响比原料液显著。因此,合理优化温度条件是降低能耗提高正渗透性能的有效途径。     

混凝对正渗透过程中抗生素去除特性及膜污染的影响

为探明混凝预处理对正渗透去除抗生素的影响以及混凝对后续膜处理的影响,选用PAC、FeCl_3、Al_2(SO_4)_3对正渗透原料液进行混凝预处理,考察了混凝预处理对正渗透水通量、NaCl返混通量、抗生素截留率及膜污染的影响。结果表明:混凝预处理对正渗透过程中膜污染程度的影响由原料液中HA残留量以及Zeta电位共同决定;经混凝预处理后,原料液中腐殖酸残留量越多,正渗透过程中所形成的滤饼层越厚,原料液Zeta电位绝对值越低,形成的滤饼层越密实。滤饼层的形态影响正渗透的浓差极化作用,进而影响正渗透的运行特性及抗生素的截留效果,同时决定了膜清洗的难易程度。     

正渗透中驱动溶质反渗模型的建立与实验验证

<正>渗透过程能够有效运行的一个前提条件是要求驱动溶质反向扩散的通量非常小。为了深入了解正渗透过程中驱动溶质反渗对膜分离过程的影响,以现有的浓差极化模型为基础,建立正渗透过程不同操作模式下驱动溶质的反渗通量以及膜通量的数学模型。为证明模型的准确性,以Na Cl为驱动液做一组序批式实验,测出不同初始渗透压下的水通量和反渗通量,将实验值与模型预测值比较,发现模型的预测结果与实验结果高度吻合。     

基于乙酸根离子的有机化肥作为正渗透膜反应器的汲取液缓解反应器中的盐积累

为解决正渗透膜反应器中盐积累的问题,选取乙酸铵(NH_4C_2H_3O_2)、乙酸钠(NaC_2H_3O_2)和乙酸钾(KC_2H_3O_2) 3种基于乙酸根离子的有机化肥作为正渗透膜反应器的汲取液,并将其与硫酸铵((NH_4)_2SO_4)、氯化钠(NaCl)和氯化钾(KCl) 3种其对应无机离子汲取液的正渗透(FO)工艺性能和正渗透膜生物反应器(OMBR)工艺性能进行比较。通过工艺水通量和盐含量的测定,生物反应器内COD、铵态氮和硝态氮含量的测定,污染后膜表面的SEM分析,评价了基于乙酸根离子的有机化肥作为正渗透膜反应器的汲取液对反应器内盐积累和膜污染的影响。结果表明:在FO工艺中,乙酸铵、乙酸钠和乙酸钾在0.6 mol·L~(-1)浓度下的平均水通量分别为10.30、11.07和12.73 L·(m~2·h)~(-1),低于其对应的无机离子汲取液的水通量;在OMBR工艺中,乙酸铵、乙酸钠和乙酸钾有机化肥作为汲取液可以显著减缓反应器内盐度的积累。此外,当基于乙酸根离子的有机化肥作为正渗透膜反应器的汲取液时,生物反应器中微生物的生物活性更高,虽然这更容易造成膜污染,但可以有效地去除有机物和氮磷营养物质。研究可为正渗透生物反应器的实际应用提供参考。     

混合无机盐汲取液在城市污水正渗透浓缩技术中的应用

为实现浓缩城市污水以提高其资源化价值,构建了正渗透膜污水浓缩系统,研究了其对南方低浓度城市污水的有机污染物浓缩效果和膜污染特性。结果表明:使用含有1.6 mol·L~(-1) MgCl_2和2.4 mol·L~(-1) NaCl混合汲取液浓缩城市污水时,正渗透膜的水通量可达到27 L·(m~2·h)~(-1);南方城市污水浓缩6倍以上可满足后续资源化处理要求,浓缩后的TOC、COD、总磷、氨氮的平均回收率分别达到96.3%,95.72%,99%和90.4%;浓缩过程中膜污染较轻,采用化学清洗,水通量恢复率较物理清洗更高。以上结果为正渗透浓缩城市污水中混合无机盐汲取液的研究提供参考。     

正渗透复合膜的制备及表征

通过在聚砜铸膜液中加入混合添加剂氯化锂和聚乙烯吡咯烷酮(PVP),用相转移法制备出多孔支撑层,然后通过界面聚合制备聚酰胺正渗透复合膜,重点研究了添加剂和聚砜浓度对膜结构和性能的影响。结果表明,氯化锂使得膜支撑层指状孔更加均一,提高孔隙率,并降低海绵层的厚度,提高了水通量;PVP增强了膜的亲水性,并易于成膜,在保持截盐率的同时提高了水通量;随着聚砜浓度增大,支撑层孔隙率变小,海绵状孔层变厚,生成的聚酰胺层更加致密,加重过程内浓差极化,水通量降低。采用质量分数为9%聚砜同时添加氯化锂和PVP的膜支撑层结构均一,孔隙率较大(68.0%),表面亲水性较强(接触角48.5°),优于2种商用三醋酸纤维素正渗透膜的孔隙率(32.6%和25.4%)和接触角(76.5°和73.5°);在正渗透过程中的自制膜水通量为21.9 L/(m2·h),均高于2种商用三醋酸纤维素正渗透膜(9.5和14.4 L/(m2·h))和文献报道的正渗透复合膜通量水平,并维持了一定的截盐率(盐通量为19.9 g/(m2·h)),表现出优异的正渗透性能。     

糖类对正渗透膜的膜污染研究简

正渗透膜（FO）是一种低能耗的膜处理工艺,而膜生物反应器（MBR）是一种高效的污水处理工艺,其最大的瓶颈就是严重的膜污染问题,将FO应用到MBR中,即正渗透膜生物反应器。根据传统膜生物反应器的膜污染特点,研究SMP和EPS的主要组成成分中的糖类物质对膜的污染情况,利用海藻酸钠模拟糖类物质,并根据生活污水的特点,在海藻酸钠中加入钙、镁离子,研究其在含有不同金属离子时膜不同放置方式时的膜污染情况,将运行后的污染膜片剪下做SEM、AFM、FTIR-ATR分析。研究表明,海藻酸钠加不同金属离子的膜污染情况不一致,其膜污染大小顺序为藻酸钠+钙>藻酸钠+钙+镁>藻酸钠+镁,且不同膜放置方式的膜污染不同,活性层面向驱动液的通量较大。     

多效膜蒸馏技术浓缩回收废水中的二甲基亚砜

利用具有内部潜热回收功能的气隙式多效膜蒸馏(MEMD)组件对含二甲基亚砜(DMSO)的化纤废水进行了浓缩回收研究,考察了料液中DMSO浓度、进料流量、进料温度和膜侧进口温度对膜通量、造水比、分离因子和回收率的影响。结果表明,多效膜蒸馏可以将DMSO废水浓缩至200~300 g/L;初始浓度为6.2 g/L时,造水比和分离因子最高值分别为12.4和76.0;虽然膜通量、造水比和分离因子均随料液浓度增大而下降,但是当DMSO浓度达到200 g/L时,膜通量、造水比、分离因子仍分别高达3.74 L/(m2·h)、7.1、32.1;在整个浓缩过程中,回收率维持在99.6%以上;当DMSO废水浓缩达到150 g/L以上时,含有少量DMSO的渗透液可作为二次料液继续用MEMD过程浓缩。膜组件在连续运行的1个月内保持了良好的操作性能。该实验研究表明,多效膜蒸馏过程可以高效节能地浓缩回收化纤废水中的DMSO。     

正渗透膜过滤特性及污染物截留性能

采用Na Cl为汲取液溶质,研究正渗透膜分离过程中膜朝向、汲取液溶质浓度和错流速率对膜过滤性能的影响,以及正渗透膜对Na Cl、生活污水和垃圾渗滤液的污染物截留性能。结果表明,活性层朝向汲取液(AL-DS)时水通量(Jw)明显大于活性层朝向原料液(AL-FS)时,但随时间下降较快;Jw和溶质反向扩散通量(Js)均与汲取液溶质浓度正相关,但非线性增加,原因与内浓差极化有关;Jw同样与错流速率正相关,但随错流速率增加不明显。以葡萄糖为汲取液溶质时,正渗透膜对Na Cl的截留率能够达到90%以上。相同汲取液浓度下,处理生活污水时的Jw略大于垃圾渗滤液。正渗透膜对2种废水的污染物截留效果均较好。处理生活污水时,总有机碳和总氮的平均截留率分别为82%和90%以上;处理垃圾渗滤液时则分别能达到77%和95%以上。正渗透膜对渗滤液中的二价离子(钙、镁)的截留率达到98%以上。     

压力延迟渗透过程水通量的模型与验证

近年来,盐差能作为一种来源广泛、储量可观的绿色可再生能源受到广泛关注。其中,压力延迟渗透(pressure retarded osmosis,PRO)是一种基于渗透过程的极具前景的盐差能利用技术。压力延迟渗透过程中的水通量与最终的能量产出密切相关,因此建立水通量模型对该过程的机理研究、系统设计都具有重要意义。初步建立了在考虑浓差极化和反向盐渗透影响时,压力延迟渗透过程的水通量模型,并使用不同浓度Na Cl汲取液(0.5、1和2 mol·L~(-1))进行了实验实证。模型在低渗透压汲取液条件下拟合良好。此外,为了进一步提高拟合精度,从模型推导和实验测定2个方面分别讨论了可能的提高途径。     

Effects of aquatic humic substances on a hydrophobic ultrafiltration membrane

Natural humic surface water (pH 5.9), ion exchanged samples of the same water (pH 5.5), and aqueous solutions of isolated humic substances at pH 4.5, 5.5 and 6.5, respectively, were ultrafiltered (15°C, 0.5 bar) using hydrophobic polysulfone membranes (GR51) in a cross-flow flat sheet module. The used membrane did not completely retain natural organic matter from the surface water and the addition of complexing metals did not affect the retention any further. The changes which were induced in the membranes during each filtration run were studied by simultaneous streaming potential and flux measurements in 0.01 M KCl solutions. Zeta potentials were calculated based on the streaming potentials and the results showed changes towards more negative values for all the samples due to adsorption of organic matter onto the surface of the membrane pores. Humic acid affected the membrane charges more than fulvic acid. High ionic strength and low pH enhanced flux reduction and fouling. Filtration of natural waters caused more pore plugging and flux reduction than filtration of solutions of the isolated humic substances.     

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。     

膜蒸馏处理糖精钠生产废水

采用直接接触式膜蒸馏(DCMD)工艺处理糖精钠生产废水。分析了经过活性炭吸附预处理前后,膜蒸馏连续循环运行的效果。实验结果表明,未经预处理的废水在膜蒸馏过程中,废水中所含有机物不仅导致膜材料的润湿,引起产水电导率升高及膜孔润湿,促进盐晶体在膜表面附着,使产水通量下降。经吸附预处理后,膜蒸馏过程中产水通量介于10.40～11.24 kg/(m2.h)。吸附预处理能有效减缓产水通量的衰减,提高产水水质。废水经过活性炭预处理后进行膜蒸馏浓缩处理,当浓缩倍数达到5倍时,通量保持在10.55 kg/(m2.h)左右;产水水质稳定,截留率在99.5%以上。研究结果表明,吸附-膜蒸馏工艺可以应用于糖精钠生产废水的回用处理,有明显的应用前景。     

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。     

Use of chemical coagulants to control fouling potential for wastewater membrane bioreactor processes.

Chemical coagulation with ferric chloride, alum, and an organic polymer were used to control the fouling potential of mixed liquors for submerged membrane bioreactor (MBR) processes in treating municipal wastewater. Their filterability was evaluated using a submerged hollow fiber ultrafiltration apparatus operated in constant permeate flux mode. The collected transmembrane pressures over filtration time were used to calculate the membrane fouling rates. The results showed that coagulation pretreatment can reduce fouling rates when MBRs were operated above the critical flux. Even though coagulation with the organic polymer formed larger mixed liquor suspended solids particles and had shorter time-to-filtration than those with ferric chloride and alum, the filterability for membrane filtration were similar, indicating that the membrane fouling in MBR systems was mainly controlled by the concentration of smaller colloidal particles.     

印染生化尾水反渗透深度处理工艺膜污染成因分析

为阐明印染生化尾水反渗透膜处理时膜污染的成因,使用小试装置进行40h膜污染实验,研究膜污染速率、污染程度以及可逆性,同时应用扫描电子显微镜一EDS能谱仪、傅里叶变换红外光谱仪、电感耦合等离子发射光谱仪、总有机碳测定仪等仪器对进水水质、膜表面污染物的形态和组成等进行表征。结果表明,膜表面主要是碳酸钙无机污染和钙与有机物络合污染,无机污染占主导,且可逆性差,有机污染物主要含有--OH和～c-c官能团;单一去除废水中有机物污染物（TOC去除率达88％）对膜污染缓解不明显,但钙离子的去除可显著缓解膜污染,膜通量可增加72．6％;同时去除有机物和钙离子,膜通量可增加80．4％。     

中空纤维膜超滤聚丙烯酸钠溶液

研究聚丙烯酸钠（PAAS）溶液的超滤行为,考察各操作参数对膜通量（J）和截留系数（R）的影响,结果表明,J随运行时间延长衰减不明显,随压差增大呈线性递增,随温度升高而增大,pH高于5时J基本不变;R随压差增大或温度升高均下降,随pH增大而增大。建立膜阻力（rf）模型,研究影响rf的主要因素,发现,rf随压差增大而增大,随温度升高而减少,pH低于5时rf随pH增大而迅速下降。研究PAAS溶液浓缩过程,当体积浓缩因子为16时,J衰减明显,截留液PAAS浓度（Cr）呈线性递增,渗透液PAAS浓度（Cp）在较长时期内基本不变,至浓缩后期,Cp轻微下降。以去离子水对浓缩液予以洗涤,随着洗涤液体积增大,Cr轻微下降,Cp逐渐趋于零。     

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。     

印染生化尾水反渗透深度处理工艺膜污染成因分析简

为阐明印染生化尾水反渗透膜处理时膜污染的成因,使用小试装置进行40 h膜污染实验,研究膜污染速率、污染程度以及可逆性,同时应用扫描电子显微镜-EDS能谱仪、傅里叶变换红外光谱仪、电感耦合等离子发射光谱仪、总有机碳测定仪等仪器对进水水质、膜表面污染物的形态和组成等进行表征。结果表明,膜表面主要是碳酸钙无机污染和钙与有机物络合污染,无机污染占主导,且可逆性差,有机污染物主要含有—OH和—CC官能团;单一去除废水中有机物污染物（TOC去除率达88%）对膜污染缓解不明显,但钙离子的去除可显著缓解膜污染,膜通量可增加72.6%;同时去除有机物和钙离子,膜通量可增加80.4%。     

好氧膜-生物反应器中微滤膜选择的实验研究

用扫描电镜表面观察和全自动压汞仪测定了2种亲水化改性PVDF微滤膜的平均孔径、孔隙率等基本性能参数。对2种膜的纯水通量,及其平板膜组件在好氧膜生物反应器内污染过程进行分析。结果显示,2种膜污染过程均呈现先缓慢后快速的"二阶段"趋势,第二阶段是膜污染的主导阶段。尽管平均孔径小、孔隙率高的膜本身阻力大、纯水通量低,但其污染速率较低,物理及化学清洗恢复率较高。膜孔径及孔隙率指标是影响其在MBR中运行的污染速率的主要因素,平均孔径小、孔隙率高的膜抗污染能力强。