XDLVO理论解析不同离子条件下海藻酸钠微滤膜污染

应用extended Derjaguin-Laudau-Verwey-Overbeek(XDLVO)理论定量解析海藻酸钠微滤膜污染中界面微距作用力,探讨不同离子条件对膜污染影响的主控机制.结果表明,对于亲水性膜表面,范德华力促进膜污染,极性作用力阻碍膜污染;而对于疏水性膜表面,范德华力减缓膜污染,极性作用力加速膜污染.海藻酸钠与微滤膜接触时双电层作用力对膜污染贡献相对微弱.离子强度及钙离子对海藻酸钠微滤膜污染的影响主要是通过改变极性作用力来实现的.较高的离子强度会降低极性作用力的排斥性或升高极性作用力的吸引性,从而加重海藻酸钠微滤膜污染.虽然钙离子使出水通量急速下降,但钙离子的存在使得物理清洗效率提高.不同离子条件下初始阶段及后期阶段污染趋势K分别与膜-海藻酸钠粘附自由能及海藻酸钠-海藻酸钠粘聚自由能具有良好的线性相关性,表明XDLVO理论适用于描述不同离子条件下海藻酸钠微滤膜污染行为.     

正渗透技术在水和废水处理中的应用研究

正渗透(Forward osmosis,FO)技术是一种由渗透压驱动的膜技术,与传统的机械压力驱动的膜技术相比,具有出水水质高、能耗低、操作压力小、设备简单易操作、污染小等特点,近年来在水和废水处理的研究领域受到越来越多的关注.但FO技术目前仍然存在一些问题,如浓差极化、膜污染、汲取液溶质返混和汲取液的后处理等,使之目前仍未得到广泛的应用.本文对已有FO技术的相关文献进行较为全面系统的归纳,介绍了FO技术的原理,以及在海水脱盐、市政污水处理、特种废水处理等领域的应用,讨论了影响FO运行的主要因素(主要包括FO膜、汲取液、原水性质和运行条件等方面),并着重阐述了FO技术目前存在的问题(浓差极化、膜污染、汲取液溶质返混和汲取液的后处理).最后,对FO技术未来的研究和发展方向给出了建议.     

无机膜过滤黑液的操作条件选择

分别采用孔径为0.8,0.2μm微滤膜和50nm超滤膜过滤草浆黑液,探讨了操作条件对无机膜渗透通量的影响。结果表明,选用0 2或0.8μm孔径的膜,有利于渗透通量的提高并保证截留效果。操作压力在0.25～0.35MPa之间,错流速度不小于5.0m s,温度为60℃时,可以获得较高的渗透通量。黑液本身的性质,如浓度、COD值等,也会对渗透通量产生较大的影响。      

正向渗透汲取剂研究进展

正向渗透(FO)是一种新兴的水处理技术,以选择性半透膜两侧的渗透压差为驱动力,使水穿过半透膜由低浓度侧到达高浓度侧。整个过程可自发进行,无需外加压力,具有低能耗、高能效、绿色环保等优点。汲取剂作为FO工艺的关键环节之一,其渗透压、分子量、溶解度等自身特性和回收途径的难易程度直接影响正渗透工艺过程的效率。该文从正向渗透的基本原理出发,总结近10 a来汲取剂的研究进展,比较多种汲取剂的优缺点,为实际应用中汲取剂的选择提供参考。     

聚砜-聚酰胺正渗透复合膜的制备及性能优化

采用相转化的方法制备聚砜支撑层,在其表面进行界面聚合得到聚砜-聚酰胺正渗透复合膜。系统研究了聚砜浓度、溶剂比例、支撑层厚度对膜性能的影响,并且优化了测试条件(如:膜面流速、错流方向、原料液温度以及驱动液浓度)。结果表明,在聚砜含量为w=12%、NMP与DMF质量比为3∶1、刮膜厚度为150μm、膜面流速为2.47 cm/s、反向错流方式下,聚砜-聚酰胺正渗透膜性能为:FO模式下,水通量为12.69 L/(m~2·h),反向盐通量为5.55 g/(m~2·h);PRO模式下,水通量为21.48 L/(m~2·h),反向盐通量为9.18 g/(m~2·h)。此外,原料液温度升高和驱动液浓度增加有利于提高膜的性能。正渗透复合膜的形貌和表面粗糙度通过SEM和AFM进行表征。     

剩余污泥胞外聚合物回收:藻酸钠正渗透分离的影响因素

剩余污泥中胞外聚合物（EPS）具有巨大的回收价值。然而,回收的EPS溶液含水率接近100%,其浓缩脱水是亟待解决的关键问题。正渗透（FO）膜分离具有膜污染小、浓缩率高、耐高浓度等特点,已成为新兴的节能脱水技术。提出了一种新型的死端FO浓缩方式,调查了模拟EPS（藻酸钠）的正渗透脱水行为。结果显示:FO膜活性层朝向料液侧时水通量下降速率小;类似于外加压力驱动,扫流模式可以减轻FO膜污染,提高水通量;为防止FO膜的拉伸变形,隔板需进行合理设计（如适宜的开孔率）,以缓解水通量的下降;不同于外加压力驱动,尽管Ca2+也可减轻膜污染,但效果有限。     

平片膜生物反应器中膜污染特性的实验研究

采用聚偏氟乙烯平片膜生物反应器 ,通过测定不同运行条件下的水通量研究其污染特性 ,重点考察了运行时间、操作压力、曝气状况对膜污染的影响。实际结果表明 ,在曝气量为 3m3 h、操作压力为 0 .0 2MPa条件下运行 6h后 ,膜水通量从2 4 0mL min·m2 降至 5 5mL min·m2 ,下降率超过 77%。     

正渗透去除地表水中DOM的效能研究

采用经砂滤处理后的滆湖水作为原料液,氯化钠溶液作为汲取液,在不同影响因素条件下进行正渗透试验,并对试验后的膜片进行清洗,探究膜污染的可逆性.结果表明:提高汲取液浓度、运行温度及膜面流速均可有效增加膜通量;正渗透对滆湖水体中的溶解性微生物代谢产物、类色氨酸、类富里酸和腐殖酸四种主要DOM成分均有较好的去除效果,DOC、UV₂₅₄截留率均在96%以上;短期运行通过水力清洗几乎可以完全恢复膜通量,而长期运行通过超声清洗可以基本恢复全部膜通量,通过分析膜清洗液可知造成膜污染的主要物质为类色氨酸类和类富里酸类物质.     

超滤深度处理煤矿工业广场生活污水试验研究

为解决煤矿工业广场生活污水再生利用的问题,采用超滤技术对二级生化出水进行深度处理试验研究.结果表明:超滤对浊度、CODcr及NH4+-N的平均去除率分别为94.1％、24.8％和32.7％,对粪大肠菌群数的去除率大于99.99％.在操作压力小于0.16MPa的情况下,膜通量随操作压力的提高而线性增大;当操作压力大于0.2 MPa后,膜通量受操作压力的影响较小,继续提高操作压力会加剧膜的污染,周期反冲洗能够有效抑制膜通量的下降.超滤在过滤15m in后反冲洗1min的条件下运行16h,膜通量仅下降7.3％.     

正渗透汲取液的研究进展

<正>渗透是一种以汲取液(或汲取质)渗透压为驱动力,籍助半透膜的自发进行的膜分离过程,具有膜污染轻、易于清洗等特点,是目前膜分离、脱盐以及能源技术领域的研究热点,其应用前景十分广阔。汲取液(或汲取质)是正渗透过程的关键因素之一,其种类及再生方法决定着正渗透过程的应用场合和综合成本,对正渗透技术的发展具有极其重要的影响。文章重点归纳总结了正渗透汲取液(或汲取质)的种类及其再生方法,并首次给出了常见的钠、钾、镁和铵盐汲取液的渗透压计算公式及其必需的参数值(25℃),同时指出了汲取液的发展方向。     

错流膜生物反应器水力清洗特性研究

采用外压管式聚砜－聚丙烯腈共混超滤膜进行错流膜生物反应器水力清洗特性研究,结果表明,清洗时采用高膜面流速、低操作压力和限制透过液对流传递作用有利于错流膜生物反应器通量的恢复,这符合膜藏去除过程中的传质机理;适宜的膜面流速应稍大于临界流速ｖｋ＝１．９２ｍ／ｓ,清洗时间应控制在１０ｍｉｎ,适宜的清洗操作压力为０．０７ＭＰａ。     

污泥低氧消化-膜分离工艺运行条件对膜通量的影响

应用低氧消化－膜分离工艺对活性污泥进行低氧消化处理，考察了运行条件对膜通理的影响，结果表明，操作压力和膜组件底部的曝气强度是本工艺膜分离过程中的2个重要的操作条件；操作压力对膜通量的影响与膜污染程度有关，膜污染越严重，临界压力越小；底部曝气对膜通量的影响程度受到操作压力的制约，操作压力越高，底部曝气的强度对膜通量的影响越大。     

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.     

中空纤维膜应用于两段式好氧生物反应器的研究

首先在清水滤过试验的基础上总结了合适的中空纤维膜的预处理方法 ,并对膜进行普通活性污泥的滤过试验 ,测定了在不同操作压力下的滤水通量 ,然后探讨了在两段式好氧生物反应器中用中空纤维膜进行泥水分离的特性。在 10 0d的长期试验中测定有机负荷、CODCr、MLSS等传统参数 ,证实反应器的处理效果 ,同时通过膜通量的变化规律讨论了造成膜污染的原因 ,推荐有效的膜再生方法     

正渗透微生物燃料电池反向溶质通量和膜污染控制技术研究进展

正渗透微生物燃料电池（OsMFC）采用正渗透（FO）膜代替传统微生物燃料电池（MFC）中的质子交换膜,可以在回收生物电的同时借助FO膜对原料液即阳极污水进行处理并提取高质量水,该技术受到广泛关注。与传统MFC相比,OsMFC在产电性能和出水水质方面均有提升。但是,FO膜的引入使得OsMFC系统反向溶质扩散和膜污染等问题十分突出,进而导致FO膜的水通量降低,OsMFC的产电和产水性能下降,限制了OsMFC的发展和应用。随着近年来材料和生物等领域的不断发展,上述问题可以通过合理的技术手段解决。从优化OsMFC性能出发,重点从反向溶质通量（RSF）控制和膜污染控制2个方面对近几年的研究进行分析和总结,主要包括通过膜材料的选择、汲取液的选择和OsMFC系统内产电对RSF进行抑制,以及通过膜污染形成机制、膜污染的技术调控、膜污染清洗、膜材料的改性和阳极微生物的筛选与培养对膜污染进行控制,并对未来OsMFC的RSF和膜污染的控制技术进行了展望。     

对称正渗透膜制备及膜性能表征

文章以聚乙烯醇、氧化石墨烯、间苯二胺和均苯三甲酰氯为制膜材料,采用溶液浇注法制备对称正渗透膜,考察各物质含量对膜性能的影响,并对膜进行结构表征和性能测试。结果表明,当以去离子水为原料液,2 mol/L硫酸镁溶液为汲取液时,所制备正渗透膜通量为3.5 LMH,盐反向通量为9.8 gMH。同时,SEM和通量测试表明所制备正渗透膜呈无支撑层的对称结构,可以避免内浓差极化对通量造成的影响,且具有较高的抗污染性能。     

一体式膜生物反应器运行参数间运动力学分析

运用气、液、固三相流运动力学原理对一体式膜生物反应器运行过程分析,得出:①反应器内错流流速与曝气量、反应器设计高度、主副腔的过流面积的关系.曝气量越大、反应器主腔高度越高、主腔的过流面积越小、副腔过流面积越大,反应器内错流流速越大;②膜抽吸压力与反应器内膜污染错流临界流速及主腔宽度的关系.减小管膜的抽吸压力,减小主腔的宽度,可减小膜面不淤临界流速;③膜管内污染的临界速度与膜管径、污染物与膜壁吸引力关系,消除膜污染的运行控制条件.     

聚砜膜制备及正渗透处理酸性矿井水试验研究

采用正渗透(FO)工艺处理酸性矿井水(AMD),以NaCl为原料液、MgCl2为汲取液,研究了汲取液浓度、膜取向、流速等操作条件对正渗透水通量及反向溶质扩散的影响。结果表明:FO对AMD中的Al3+、Fe2+、Cu2+、Zn2+等金属离子的截留率分别达到99.8%、100%、98.9%和99.5%,硫酸盐的截留率达到97.5%;采用纳滤工艺回收正渗透汲取液,对于Mg2+的截留率达到73.3%。     

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.     

纳米二氧化硅改性聚酰胺复合膜及其抗污染性能

采用经3-氨基丙基三甲氧基硅烷（APTMS）修饰的纳米二氧化硅（SiNPs）,对正渗透聚酰胺复合膜（TFC）进行抗污染改性.在静电吸附作用下,APTMS-SiNPs可通过表面涂覆的方式接枝在带负电的TFC表面,以提高膜的亲水性和抗污染效能.改性后,大量纳米材料成功接枝在膜表面,膜表面的接触角降低了54%,而膜电位和表面粗糙度无明显变化.采用海藻酸钠作为代表污染物,对原膜和改性膜的动态污染行为进行探究,通过监测污染阶段的通量变化和膜表面滤饼层含量,发现改性膜在膜污染后期表现出优良的抗污染性能,最终通量衰减降低了28%,膜表面滤饼层含量减少了35%.改性膜的抗污染性能主要归因于APTMS-SiNPs带来的膜表面亲水性的大幅提高.