用膜结构参数模型评价溶解性有机物分子量分布对超滤膜污染的影响研究

研究了不同预处理对原水分子量分布的改变和对膜透水通量的影响,用膜污染的结构参数模型,评价了分子量分布对平均孔径和膜孔密度的影响。结果表明:(1)经过不同的预处理后,原水的分子量分布有所改变,混凝对大分子量有机物去除率较高,PAC吸附对小分子量有机物去除率较高,臭氧PAC联用预处理使大分子量有机物和小分子量有机物均有所去除。(2)分子量分布对膜通量影响较大。(3)通过试验并应用膜结构参数模型,评价了分子量分布对膜平均孔径和膜孔密度的影响,表明小分子量有机物易引起孔内吸附,大分子量有机物容易在膜面附着。     

微波对γ-Al_2O_3膜/污泥活性炭组成与孔结构的影响

将制得的污泥活性炭浸于[AlO(OH)]透明溶胶中,再干燥,最后经微波处理得到γ-Al2O3膜/污泥活性炭。研究微波处理工艺对γ-Al2O3膜/污泥活性炭组成与孔结构的影响。分别用X射线衍射、扫描电镜、红外光谱及孔径分布分析了γ-Al2O3膜/污泥活性炭的组成和孔结构。结果表明:增大微波功率γ-Al2O3膜/污泥活性炭的晶相由γ-Al2O3膜相和污泥活性炭相组成,辐照时间过长不利于形成γ-Al2O3相和污泥活性炭相。随着微波功率的增大,形成了附着于污泥活性炭孔内的多孔膜;γ-Al2O3膜/污泥活性炭的孔径呈双峰分布,峰明显变窄,但是随着辐照时间的过长,孔径分布向大孔移动,整个双峰变宽。因而,微波可以辅助物理活化法制备γ-Al2O3膜/污泥活性炭。     

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.     

碳纳米管预沉积改性膜的污染机理研究

为探究碳纳米管(Carbon Nanotubes,CNTs)预沉积改性膜的污染机理,本研究使用正压过滤法将CNTs预沉积在3种孔径的有机膜(20 kDa聚醚砜膜、0.01 μm和0.1 μm聚偏二氟乙烯膜)表面,研究了CNTs预沉积改性膜过滤3种典型污染物(牛血清蛋白、腐殖酸、海藻酸钠)过程中的膜污染情况.根据比通量、Hermia模型和传统滤饼过滤模型,对恒压死端过滤3种典型污染物过程中的污染机理进行了系统评价.结果表明,20 kDa PES膜和0.01 μm PVDF膜表面预沉积CNTs改性后,过滤3种典型膜污染物质时的膜污染情况都得到了一定程度的缓解.20 kDa PES膜表面预沉积CNTs后过滤HA初期为完全孔堵塞与滤饼过滤相结合的复合污染机理,最终转变为滤饼过滤;过滤SA的污染机理为完全孔堵塞与滤饼过滤相结合的复合污染机理.0.01 μm PVDF膜表面沉积CNTs改性后过滤HA初期的污染机理为膜孔堵塞与滤饼过滤相结合的复合污染机理,然后经过向滤饼过滤转变的过渡阶段,最终形成滤饼过滤,且随着CNTs沉积量的增加,过渡阶段持续时间延长.0.1 μm PVDF膜表面预沉积CNTs后过滤3种污染物,均未能缓解膜污染,膜污染机理不受CNTs沉积改性的影响,其过滤BSA和HA的污染机理为膜孔堵塞,过滤SA过程的污染机理符合滤饼过滤.     

超滤膜净化微污染水效果及污染机理分析研究

粉末活性炭+超滤组合工艺(PAC-UF)对去除微污染水效果明显,实验结果表明此工艺对CODcr、NH3-N、UV254和浊度的去除率分别为80%~92%、40%~70%、71%~95%、95%~97%.在此基础上,进一步研究了不同材质和不同孔径超滤膜的膜污染行为,根据Hermia模型分析膜污染发现,三种材质超滤膜中,PVDF膜具有较好的抗污染性能;而不同孔径的超滤膜所对应的膜污染模型是不同的,分析膜污染模型发现,滤饼层阻力在膜过滤中占有重要地位.     

膜的微观结构对空气过滤的影响

覆膜过滤技术现已广泛地应用于空气过滤过程,这种技术是在支撑材料的表面覆盖一层瞑。在过滤的开始阶段,过滤的阻力主要集中在膜上,因此,膜的微观结构(如膜的厚度,孔径大小和膜的孔隙率等)将会对过滤阻力产生巨大的影响。本文选用了几种不同结构和不同孔隙率的膨化聚四氟乙烯膜作为研究对象,在不同操作条件下进行试验,以更深入地了解膜过滤技术的性质。同时,利用空气渗透和膜污染理论,讨论了膜的微观结构对过滤阻力的影响。     

基于膜特征参数变化的蛋白质超滤过程膜污染研究

为进一步研究多种蛋白质体系超滤过程的膜污染机制,采用切割相对分子质量为50×103的聚醚砜(polyethersulfone,PES)超滤膜,对溶菌酶(lysozyme,LYS)、牛血清蛋白(bovine serum albumin,BSA)、LYS+BSA等3种不同蛋白质溶液的超滤过程进行了研究.运用接触角仪、场发射扫描电镜(field emission scanning electron microscope,FESEM)、原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)测定了不同污染阶段膜特征参数的变化.结果表明,超滤膜通量变化明显呈现3个阶段:初期(约0~5min)衰减迅速、中期(约5~60 min)衰减缓慢、后期(约60~120 min)趋于稳定;整个超滤过程中,LYS污染膜的通量衰减幅度最大,LYS+BSA次之,BSA最小.膜特征参数变化表明:LYS对膜的初期污染主要以膜孔窄化为主,中期污染由膜孔堵塞和膜孔窄化共同控制;BSA初期膜污染以膜孔堵塞为主,中期污染以膜孔窄化为主;滤饼层过滤是BSA、LYS后期膜污染的主要机制.LYS+BSA二元混合溶液中的LYS对膜污染的产生起主导作用.     

一体式膜生物反应器中膜污染影响因素的研究

膜污染是一体式膜生物反应器(SMBR)工艺中普遍存在的问题,是SMBR稳定运行和膜寿命的关键影响因素.影响膜污染的因素包括以下几个方面:膜的特性(膜材质、膜孔径的大小及表面粗糙度等);膜组件的类型与结构;SMBR的运行条件(膜通量、抽吸泵抽停时间、曝气量与曝气方式、出水方式与水力停留时间等);污泥特性(污泥浓度、微生物的溶解性产物和胞外聚合物以及污泥龄等).改善膜和污泥的特性、优化SMBR的结构及运行操作参数能够减缓膜污染.     

SPG膜表面润湿性对膜污染和化学耐受性的影响

SPG膜微气泡曝气系统可应用于废水好氧处理,SPG膜污染以及其对化学清洗的耐受性是影响其应用的重要因素.本研究在采用在线化学清洗的微气泡曝气生物膜反应器中,考察了SPG膜表面性质对膜污染及化学耐受性的影响.结果表明,在长期运行过程中,SPG膜表面润湿性对膜污染和化学耐受性具有明显影响.膜表面污染层主要是有机污染,而疏水性膜抗有机污染能力较强.使用在线化学清洗时,碱性次氯酸钠溶液对亲水性膜腐蚀严重,膜孔径和孔隙率显著增大.疏水性膜抗碱性次氯酸钠溶液化学腐蚀能力较强,膜孔结构仅有轻微改变,但是疏水性膜表面疏水官能团易被氧化,使得膜表面润湿性下降.同时,疏水性膜在氧传质、污染物去除和降低能耗等方面具有优势.因此,疏水性SPG膜适用于微气泡曝气废水好氧生物处理.     

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.     

两亲性共聚物共混PVDF超滤膜的界面性质与抗蛋白质污染的研究

考察了两亲性共聚物聚氧乙烯/聚氧丙烯/聚氧乙烯[PEO-PPO-PEO(F127)]共混聚偏氟乙烯(PVDF)铸膜液,在水相凝胶浴中的相转化动力学过程.结合衰减全反射傅立叶转变红外光谱(ATR-FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)等表征手段,分析了F127含量在PVDF膜表面的PEO富集率、膜微观形貌及结构参数的影响规律.以静态吸附量、过滤比通量衰减及膜污染阻力模型,评价了F127/PVDF共混膜对牛血清蛋白(BSA)的抗污染性能.结果表明随着F127添加量增大,相转化延迟分相行为增强,膜表面及内部孔径和孔隙率升高,表面粗糙度增大,膜面PEO富集率的增幅在F127含量达15%后趋于稳定.F127含量在15%~25%之间的共混膜有较高的渗透通量和BSA截留率,静态吸附量低,比通量衰减速度慢,不可逆污染指数低,堵孔阻力及滤饼层阻力分布系数小,表现了良好的抗污染性能.     

聚乙烯醇微球预涂动态膜的制备及表征

为了提高微滤膜的抗污染性和降低膜组件的价格,利用循环预涂工艺制备出新型聚乙烯醇微球预涂动态膜（PVA-MS/PCDMs）.对不同聚乙烯醇微球预涂量的动态膜进行了系统表征,结果显示,PVA-MS/PCDMs的清水过滤阻力介于0.64×10¹⁰～3.84×10¹⁰ m^-1, 渗透性良好;当预涂量≥23.9 g·m^－２时,可达到微滤分离水平;亲水性随预涂量的增加而增强,动态接触角由基膜的118.25°降低到预涂量为61.9 g·m^－２时的61.52°;利用流动电位法在20℃,pH为8.0±0.2,0.01 mol·Ｌ^－１　KCl溶液的测试条件下,测得当预涂量为15.7 g·m^－２时膜面相对Zeta电位值可达-36.4　mV.并且,通过PVA-MS/PCDMs在SMBR中的短期通量衰减变化（恒压）和对EPS的扩散实验发现,预涂量为23.9～61.9 g·m^－２时,增加了对EPS的扩散渗透性能,且膜通量衰减趋于稳定时仍为基膜的3.5～4.8倍,即提高了抗污染性.     

海藻酸钠固定化Fe-Cu双金属去除Cr(Ⅵ)的作用机制

通过运用海藻酸钠(SA)固定化Fe-Cu双金属(SAB)来克服Fe0-PRB利用率低、易板结、堵塞的缺陷.结果表明,SA和Fe-Cu双金属的运用能极大地提高Fe0的利用率,SA的运用可以使Fe-Cu双金属以较低的镀铜量获得较高的Cr(Ⅵ)去除率,SAB镀铜0.9%(SAB0.9)为最佳的填料.FEI电镜扫描结果表明,SA跟2价金属阳离子Ca2+交联形成孔隙结构,为双金属的附着提供了大量的吸附点位,增大了金属颗粒的比表面积;场发射扫描电子显微镜(FESEM)及X-射线光电子能谱(XPS)结果表明,Cu负载于Fe0表面,呈疏松层状结构,在Fe0与Cr(Ⅵ)反应中起催化剂作用,通过自身化合态变化传递Fe0失去的电子,从而提高了Fe0的利用率.渗透系数实验结果表明,SAB0.9能控制Fe0与Cr(Ⅵ)反应产物的释放,缓解Fe0-PRB易板结、堵塞的缺陷.     

改性壳聚糖的制备及其对水中酞酸酯的吸附

以柠檬醛化学改性壳聚糖,制备柠檬醛交联壳聚糖树脂。采用红外光谱(IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、比表面测定及孔径分析方法表征柠檬醛交联壳聚糖树脂的结构。在25℃,pH为7条件下,考察柠檬醛交联壳聚糖树脂对3种酞酸酯(PAEs)邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和邻苯二甲酸2-乙基己酯(DEHP)的吸附性能,剖析吸附机理。研究结果表明,壳聚糖对DMP、DEHP和DBP的吸附容量分别为92、113和87 mg/g,而柠檬醛交联壳聚糖树脂对DMP、DEHP和DBP的吸附容量分别为147、166和190 mg/g,柠檬醛交联壳聚糖树脂对3种PAEs的吸附效果明显提高,吸附动力学均满足一级动力学方程。经吸附剂再生实验,柠檬醛交联壳聚糖树脂对PAEs的脱附率达到96.5%~97.1%,可重复使用。     

NaCl改性沸石对水中氨氮的吸附机制

通过颗粒强度测定、扫描电镜分析（SEM）、X射线能谱分析（EDS）和零电点测定（pHPZC）考察改性前后沸石表面特性的变化,考察pH值、沸石投加量、初始氨氮浓度以及温度对吸附过程的影响,并通过吸附等温式和吸附动力学对吸附机制进行描述.经过NaCl改性后的沸石的颗粒强度明显增大,表面更加粗糙,孔径增大,钠离子通过交换作用进入到沸石内部.pH值为7,沸石投加量为8g/L,温度为35℃时吸附效果最好,平衡吸附量（qe）与氨氮初始浓度呈正相关性.Langmuir等温线比Freundlich等温线更适合描述实验数据,最大饱和吸附量为13.210mg/g.吸附动力学符合准二级动力学模型.实验表明NaCl改性沸石能够有效去除水中的氨氮.     

Photochemical surface modification of poly(arylsulfone) ultrafiltration membrane and covalent immobilization of enzyme

The sensitivity of poly(arylsulfone)(PSf) for UV irradiation in different solvents(water and ethanol) was investigated. It is confirmed that acrylic acid(AA) and acrylamide(AAm) are grafted only onto the surface of the membrane instead of the interior by FTIR and scanning electron microscope(SEM). The membrane performance (ΔJ/J0 and contact angle θ) after photografting was studied. In the range of conditions used, the grafting yield increases with irradiation time and monomer concentration growing. After photografting and N-3-dimethylaminopropyl-N‘-ethycarbodiimide hydrochloride(EDC) activation, PSf membrane was immobilized with hydrogen peroxide oxidoreductase, and showed a higher activity than the control membrane.     

类脂/醋酸纤维素复合吸附材料的制备与性能

采用相转化法将类脂包埋到醋酸纤维素(CA)中,制备出了具有对水中低剂量亲脂性有机污染物高效吸附去除的平板膜.以扫描电子显微镜观察了复合材料的结构形貌和表面特征.利用机械搅拌方式和超声方式对类脂进行分散的实验表明,超声对类脂的均匀分散具有强化作用.同时考察了铸膜温度(室温、0℃)对类脂分散的效果,表明低温有助于形成小的脂滴.另外,通过复合膜的红外谱图证实,类脂和CA属于物理混合,不会改变类脂的分子结构,从而不会影响类脂对亲脂性有机污染物的吸附性能.通过荧光分析法分析复合膜在正己烷溶剂中的稳定情况,表明类脂已被完好地包埋到膜中,因而在去除有机污染物的过程中不会从复合膜中渗出.     

原污泥与脱脂污泥制备生物炭的比较及其特性分析

污泥中的脂质提取后可制备生物柴油,或者是层析出其中的神经酰胺都是重要的资源化途径。污泥提脂后剩余的残渣可通过热解制备成具有吸附作用的生物炭。采用原污泥、脱脂污泥（原污泥索氏提取脂质后的剩余物）,在500,600,700,800℃且绝氧条件下制备生物炭,对其成分进行了分析比较,通过扫描电子显微镜（scanning electron microscope,SEM）、傅里叶红外吸收光谱分析（Fourier transform infrared,FT-IR）、BET比表面积分析对其进行了表征,探究了原污泥和脱脂污泥制备的生物炭随温度条件变化的规律。研究发现:脱脂污泥制备得到的生物炭随温度上升,其微观表面更加粗糙,孔径增大,比表面积减小,表面官能团数量减少。相比于原污泥而言,脱脂污泥基生物炭表现出较弱的吸附性能,但依然具有进一步研究的价值和应用潜力。