应用于Anammox-MBR的尼龙织布亲水改性研究

采用聚乙烯醇（PVA）对尼龙织布表面涂覆改性，对改性前后织布进行表征并进行纯水通量测试，随后以牛血清蛋白（BSA）模拟污染物测试尼龙织布改性前后的抗污染性能，并对改性后的织布进行溶解性有机碳（DOC）浸出实验.改性过程中，优选3%涂覆浓度和250μm涂层厚度，改性后织布的纯水通量值约提高85.0%，对BSA的截留率由6.0%±0.5%上升至7.2%±0.7%，通量恢复率由90.0%提高到96.1%，可逆污染比重上升，不可逆污染比重下降，污染形式主要表现为可逆污染.为避免改性尼龙织布应用于厌氧氨氧化-膜生物反应器（Anammox-MBR）时对厌氧氨氧化反应产生不可逆危害，提出应对制备完成的改性尼龙织布进行为期3d及以上的静态清水浸泡或动态浸出处理.     

NGO/PDA-DAG改性膜制备及抗污染性能研究

以多巴胺（DA）、1,3-二氨基胍盐酸盐（DAG）、氨基化氧化石墨烯（NGO）为改性剂,将氧化沉积和表面接枝法联用于聚偏氟乙烯（PVDF）原膜表面改性,得到NGO/PDA-DAG改性膜,研究改性膜的制备条件及其抗污染性能.结果表明：①改性膜最佳制备条件为DA浓度1.5mg/mL,DA氧化沉积时间4h,DAG质量浓度1wt%,NGO浓度2mg/mL,NGO接枝时间1h;②改性膜的亲水性能改善明显.改性剂向膜面引入了-NH₂、C=N、-OH、C=O等亲水性官能团,使静态接触角由68.7°（原膜）下降到38.7°（改性膜）;③改性膜比原膜具有更高的机械强度.改性层改善了原膜表面应力传递盲区,使改性膜表面粗糙度由原膜的46.5nm下降到18.3nm.改性膜的拉伸强度和杨氏模量分别为22.83和376.25Mpa,比原膜提高了39.72%和13.57%;④改性膜的选择透过性和抗有机污染性能显著提高.与原膜相比,改性膜对牛血清白蛋白（BSA）的截留率提高18.64%、纯水通量恢复率提高34.08%、膜总污染率下降20.67%（可逆污染率提高13.41%、不可逆污染率下降34.08%）;⑤改性膜抗菌性能强,且抗菌效果稳定持久.改性膜连续4次抗菌测试（38℃下接触2h）的平均抗菌率分别为92.3%、88.5%、87.9%、85.6%,能有效防止生物膜污染发生,而原膜无任何抗菌特性.     

NGO/PDA-DAG改性膜制备及抗污染性能研究

以多巴胺（DA）、1,3-二氨基胍盐酸盐（DAG）、氨基化氧化石墨烯（NGO）为改性剂,将氧化沉积和表面接枝法联用于聚偏氟乙烯（PVDF）原膜表面改性,得到NGO/PDA-DAG改性膜,研究改性膜的制备条件及其抗污染性能.结果表明：①改性膜最佳制备条件为DA浓度1.5mg/mL,DA氧化沉积时间4h,DAG质量浓度1wt%,NGO浓度2mg/mL,NGO接枝时间1h;②改性膜的亲水性能改善明显.改性剂向膜面引入了-NH₂、C=N、-OH、C=O等亲水性官能团,使静态接触角由68.7°（原膜）下降到38.7°（改性膜）;③改性膜比原膜具有更高的机械强度.改性层改善了原膜表面应力传递盲区,使改性膜表面粗糙度由原膜的46.5nm下降到18.3nm.改性膜的拉伸强度和杨氏模量分别为22.83和376.25Mpa,比原膜提高了39.72%和13.57%;④改性膜的选择透过性和抗有机污染性能显著提高.与原膜相比,改性膜对牛血清白蛋白（BSA）的截留率提高18.64%、纯水通量恢复率提高34.08%、膜总污染率下降20.67%（可逆污染率提高13.41%、不可逆污染率下降34.08%）;⑤改性膜抗菌性能强,且抗菌效果稳定持久.改性膜连续4次抗菌测试（38℃下接触2h）的平均抗菌率分别为92.3%、88.5%、87.9%、85.6%,能有效防止生物膜污染发生,而原膜无任何抗菌特性.     

采用膜污染指数评估天然有机物在低压超滤膜中的污染行为

针对超滤膜的过滤特性,采用膜污染指数（FI）来研究天然有机物（NOM）的膜污染行为.实验中,腐殖酸（HA）、牛血清蛋白（BSA）以及海藻酸钠（NaAlg）被用作模型有机物进行超滤膜污染研究.结果表明,NOM-膜滤先后经过快反应和慢反应污染阶段,其中快反应膜污染指数（TFIF）远大于慢反应膜污染指数（TFIS）.说明短时间内NOM容易在低压膜上积累,造成通量迅速下降,引起较为严重的污染.因此,反应最初阶段,低压膜与有机物的作用决定了整个膜污染的趋势.经过水力清洗,通量有一定恢复,膜阻力降低,能够去除部分污染物,但仍有少量有机物附着在膜丝,从而造成不可逆污染.3种有机物造成的不可逆污染比例依次为BSA〉HA〉NaAlg,而通过化学清洗后,其不可逆污染比例依次为：NaAlg〉BSA〉HA,腐殖酸和蛋白容易造成不可逆污染,但碱洗易于除去,多糖造成的不可逆污染相对较轻,但碱洗难以去除.污染物与膜之间的相互作用可能是造成污染的主要原因.总的说来,FI计算方法简单,能够综合描述膜污染情况,具有一定的应用价值.     

太湖春夏两季反硝化与厌氧氨氧化速率的空间差异及其影响因素

反硝化和厌氧氨氧化是湖泊的重要脱氮过程,对维持湖泊氮素平衡具有重要意义.为了解大型富营养化浅水湖泊——太湖反硝化和厌氧氨氧化速率的时空变化及其影响因素,于2020年春季和夏季选择太湖的梅梁湾、贡湖湾、竺山湾、大浦口、胥口湾和湖心区采集无扰动泥柱,利用¹⁵N同位素示踪技术,在恒温水浴条件下开展反硝化和厌氧氨氧化流动培养实验.结果表明,春季太湖不同湖区反硝化和厌氧氨氧化速率的空间分布差异较大,反硝化速率为（27.74±8.45）~（142.43±35.54）μmol·（m²·h）^-1,厌氧氨氧化速率为（2.35±1.06）~（17.95±8.66）μmol·（m²·h）^-1,厌氧氨氧化对脱氮的贡献率相对较低,为（7.82±1.71）%~（11.20±1.53）%.夏季竺山湾脱氮速率最高,反硝化和厌氧氨氧化速率分别高达（165.68±62.14）μmol·（m²·h）^-1和（33.56±10.66）μmol·（m²·h）^-1,厌氧氨氧化对脱氮贡献率达到了（16.85±1.78）%,其他湖区的脱氮速率相对较低,且没有十分显著的空间差异,反硝化和厌氧氨氧化速率分别为（25.47±10.46）~（42.50±16.46）和（2.65±0.94）~（5.95±2.65）μmol·（m²·h）^-1,厌氧氨氧化对脱氮的贡献率为（13.62±1.95）%~（7.24±1.78）%.总体来说,夏季反硝化速率要普遍低于春季,而厌氧氨氧化速率相对于春季并无明显下降.统计分析表明,反硝化和厌氧氨氧化速率与底物氮浓度呈显著的相关性（P<0.01）,说明氮浓度是不同湖区脱氮速率差异的主要控制因素.此外,厌氧氨氧化对脱氮的贡献率与叶绿素a的浓度呈现显著的正相关性（P<0.05）,说明蓝藻水华对厌氧氨氧化脱氮贡献率的变化有很大的影响,具体的影响机制还有待进一步研究.     

膜生物反应器PVDF膜和尼龙膜污染特性

分别采用PVDF膜（第1~219d）和尼龙（Nylon）膜（第220~360d）长期运行膜生物反应器（MBR）,分析MBR系统的脱氮性能和膜污染特性.结果表明,反应器最终在进水NH₄⁺-N和NO₂^--N浓度分别为400~740mg/L和460~790mg/L的条件下稳定运行112d,总氮去除率（TNRE）维持在86%左右,总氮去除负荷（NRR）为0.61~1.08kg N/（m³·d）.经过263d的运行,反应器中混合液悬浮固体浓度（MLSS）从4918mg/L增至7230mg/L,混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）从2585mg/L增加至4455mg/L,比厌氧氨氧化活性（SAA）最高达0.46g N/（d·gVSS）.无论是PVDF膜还是尼龙膜,Anammox-MBR系统在一个膜污染周期结束时,都是泥饼层阻力占主导,但二者的膜污染机制不同.与相同水力停留时间（HRT）下运行的PVDF膜相比,尼龙膜的膜污染发展速度显著减小.结合脱氮性能和膜污染情况,本实验条件下,MBR系统优先采用尼龙膜在HRT=1.5d运行.     

UIO-66改性聚酰胺正渗透复合膜的制备及性能研究

采用界面聚合方法将UIO-66纳米颗粒引入复合膜中制备出改性的聚酰胺复合膜,并利用傅里叶红外光谱（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、X射线衍射光谱（XRD）和接触角仪等仪器对材料和复合膜进行测定表征.以去离子水为原料液,1mol/L氯化钠溶液为汲取液进行渗透性能测试.选取BSA及SA作为污染物进行污染实验,并利用自制探针,借助原子力显微镜（AFM）测定了污染物与膜面的微观作用力.研究发现,相较于原始的聚酰胺复合膜,当UIO-66材料的添加量为0.04wt%时,改性复合膜在FO模式下的纯水通量由10.28L/（m²·h）增大到13.67L/（m²·h）, PRO模式下纯水通量由17.68L/（m²·h）增大到20.41L/（m²·h）,渗透性能改善效果显著,并具有较好的选择性能.此外,污染实验发现相较于原始膜,改性复合膜的通量衰减趋势较缓且与污染物之间粘附力都较小,说明UIO-66改性聚酰胺复合膜的抗污染性能有所提升.     

基于DGAOs富集的内碳源短程硝化反硝化工艺特性

采用序批式生物反应器（SBR）,以厌氧-好氧-缺氧的运行方式,研究了低C/N比下内碳源驱动的短程硝化反硝化工艺运行性能.结果表明,反应器内可同时富集反硝化聚糖菌（DGAOs）和氨氧化细菌（AOB）.DGAOs可以利用聚-β-羟基脂肪酸酯（PHA）为内碳源进行反硝化,且利用的PHA中PHB （聚-β-羟基丁酸酯）占主要部分.稳定运行后,第39d厌氧末期污泥胞内存储物质在荧光显微镜下清晰可见,内碳源存储的PHA在缺氧阶段净消耗量为2.34mmol C/L,较文献报道值高29%.经过55d的驯化后,SBR系统达到了较为稳定的脱氮效果,平均氨氮去除率为（93.13%±4.91%）,内碳源反硝化效率为（49.62%±8.97%）.驯化后的污泥淘汰了反硝化聚磷菌（DPAOs）和亚硝酸盐氧化菌（NOB）,富集了DGAOs和AOB,其丰度从接种时的0.13%和0.20%分别上升到7.13%和1.11%,实现了低C/N下内碳源驱动短程硝化反硝化.     

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.     

溶解氧对Anammox滤池内功能菌群及活性的影响

针对目前厌氧氨氧化系统内微生物的研究,主要以厌氧氨氧化菌本身这一情况,本研究对长期稳定运行的Anammox滤池内微生物菌群结构进行了测定,同时测试与分析了滤池内厌氧氨氧化菌（AnAOB）、氨氧化菌（AOB）、亚硝酸盐氧化细菌（NOB）和反硝化菌（DNB）的关键动力学常数,探究了溶解氧（DO）浓度从0.2mg/L增加至1.5mg/L,AnAOB、AOB以及NOB活性的变化.结果表明,长期稳定运行的Anammox滤池是一个以厌氧氨氧化功能为主,多菌群共存的混合体系.滤池内厌氧氨氧化活性最高,为5.3mgN/（gVSS·h）,同时系统内DNB和AOB也具有一定活性.DO在0.2~1.5mg/L范围内,AnAOB活性变化不大;随着DO浓度增加,AOB比氨氧化速率从0.76mgN/（gVSS·h）增加到1.08mgN/（gVSS·h）,通过Monod方程进一步得到AOB氧半饱和常数（K_O2,AOB）为（0.106±0.010） mg/L,表明系统内AOB对氧具有极高的亲和力;整个过程基本检测不到NOB的活性.厌氧氨氧化系统中主要功能菌群共存,且相互竞争底物.     

城市污水二级出水超滤膜污染与膜特性的研究

以城市污水二级出水为过滤介质,考察了PVA、PVP、PMMA等与PVDF的二元及三元共混超滤膜的过滤污染行为.结果表明,共混优化了PVDF超滤膜的结构参数,添加剂PVP、PVA可有效改善膜的亲水化程度,提高膜渗透通量.超滤膜的亲水性和结构特性对膜抗污染性能影响较大;堵孔阻力是二级出水过滤膜污染不可逆的主要原因.亲水性较强的超滤膜,二级出水过滤初期易因浓差极化而导致滤饼层污染,造成一定的通量衰减,但易清洗恢复,不可逆污染指数(rir)为0,抗污染性能好.致密的超滤膜表面有利于防止二级出水中的中低分子量污染物进入膜内部,而断面通透大孔和疏松海绵层结构的超滤膜,能减少二级出水中的污染物在膜中沉积形成堵孔阻力.膜表面多孔,内部大孔发育不充分,易形成堵孔污染,通量衰减大且不易清洗恢复,膜污染不可逆.     

碳纳米管界面改性超滤膜的抗污机理解析

以碳纳米管(CNT)为核心改性材料,采用喷涂法对聚醚砜(PES)超滤膜进行界面改性,研究改性膜的抗污染性能.结果表明:改性膜经聚乙烯醇交联稳定后,呈现微弱的通透性降低和明显的亲水性提升,CNT交织网状层提高了界面粗糙度;在牛血清白蛋白(BSA)污染试验中,CNT-10改性膜的抗污性能最好,在20mg/L BSA试验后,...     

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.     

Effects of protein properties on ultrafiltration membrane fouling performance in water treatment

Protein-like substances always induce severe ultrafiltration (UF) membrane fouling. To systematically understand the effect of proteins, regenerated cellulose UF membrane (commonly used for protein separation) performance was investigated in the presence of bovine serum albumin (BSA) under various water conditions. Results showed that although trypsin enhanced the membrane flux via proteolysis, catalysis took a long time. Membrane fouling was alleviated at high solution pH and low water temperature owing to the strong electrostatic repulsion force among BSA molecules. Both Na⁺ and Ca²⁺ could increase membrane flux. However, Ca²⁺ played a bridging role between adjacent BSA molecules, whereas membrane fouling was alleviated via a hydration repulsion force with Na⁺. The order of influence on membrane fouling was as follows: Ca²⁺ concentration > Na⁺ concentration > pH > temperature > trypsin concentration. Furthermore, a polyvinylidene fluoride UF membrane experiment showed that Ca²⁺ could reduce the fouling induced by BSA. Thus, the differences in UF membrane performance will have application potential for alleviating UF membrane fouling induced by proteins during water treatment.