一种新型膜技术——双极膜的特性及应用

从理论方面介绍了双极膜的特性——主要是水解离电渗析的特性;另外还通过实例介绍了双极膜在清洁生产、食品和医药工业、海水脱硬和制碱以及双极膜蓄电池的广泛应用,最后对其研究发展做了展望。     

双极性膜电渗析法在脱硫废液NaHSO3再生过程中的应用研究

介绍了用双极性膜电渗析法对烟气脱硫废液（ＮａＨＳＯ３）进行再生的方法,使用自制均相双极膜和上海产异相双极性膜,配以均阳相离子交换膜,均能以满意的转化率（８０％以上）实现再生,再行过程中电流效率的下降（由８０％左右下降到２０％左右）是由于酸室中氢离子浓度升高所致,脱硫废液中少量到钠的存在对再生过程无明显影响,目前障碍该法实际应用主要的问题是国内试制厝的寿命较短。     

草浆造纸黑液无污染排放治理新方案——双极膜电渗析法回收碱

介绍碱法草浆黑液采用膜技术处理的各种方案,着重介绍了碱法草浆黑液资源化全回收技术并提出了新的技术方案,该方案是先用硫酸中和酸析黑液中的木质素,或用纳滤方案回收木质素,然后采用双极膜电渗析法回收已去除木质素的黑液中的酸和碱,最后经蒸发和喷雾干燥回收其中的糖、其他营养成分及大部分水,达到无污染排放的目的。该方案碱回收率在50%～80%,取决于黑液中碱的浓度,回收1 t碱的耗电量低于2 500 kW.h。该法的基本投资比同规模碱回收法节省60%以上,具有较好的经济效益。     

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.     

双极膜电渗析法去除水溶液中Cr(Ⅵ)

运用双极膜电渗析法（BMED）去除模拟废水中的Cr（Ⅵ）并以H₂CrO₄的形式对其进行回收。探究了电解质浓度、电流密度、Cr（Ⅵ）初始浓度对Cr（Ⅵ）去除的影响。结果表明:当Cr（Ⅵ）初始浓度为500 mg/L时,电解质浓度为1 g/L,电流密度为2 mA/cm2时,Cr（Ⅵ）去除率最高为97.6%。当在BMED中串联2个和3个废水室时,可有效降低单位去除能耗,提高电流效率,且所有废水室中Cr（Ⅵ）去除率均>97.0%。随着废水室的数量从1增加到2和3,单位去除能耗分别从19.49×10-3 kW·h/g降低到7.76×10-3,4.17×10-3 kW·h/g,电流效率分别从31.5%提高到125.8%和284.4%。双极膜电渗析法可作为一种从水溶液中去除和回收Cr（Ⅵ）的有效方法。     

双极液膜法可见光光催化降解染料废水

采用溶胶-凝胶法制备了Bi2O3-TiO2/Ti膜电极,X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射(DRS)和光电性能测试进行了表征,结果表明,Bi元素掺杂进入了TiO2催化剂,拓展了催化剂的光响应波长,使其在可见光下有较明显的光电响应.将Bi2O3-TiO2/Ti光阳极与Cu阴极组装成双极液膜反应器,在可见光下光催化处理活性艳红X-3B,得出当初始pH值为2.52,废水流量为80mL/min时,处理20mg/L活性艳红X-3B 150min,脱色率可达88%.双极液膜法可见光光催化的初步机理考察表明,光生电子自发由Bi2O3-TiO2表面转移到Cu电极表面,并在Cu电极表面直接还原染料,或与其表面液膜中的溶解氧反应生成H2O2,进而参与染料的氧化,由此可实现Bi2O3-TiO2/Ti的直接氧化和Cu阴极的直接还原和间接氧化的双极双效效果.     

中和-络合萃取-双极膜电渗析处理金刚烷胺制药废水

采用中和沉淀-络合萃取-双极膜电渗析组合工艺协同处理金刚烷胺制药胺化废水与溴化废水.结果表明,通过胺化废水与溴化废水的中和反应,可以大幅消减废水中溶解性固体和有机污染物,避免后续萃取过程中的乳化现象.在pH值为8.0、油/水相比为1∶1的条件下,P204∶正辛醇=3∶2的复配萃取剂对废水中TOC和TN的萃取效率分别为56.9%和20.6%,金刚烷胺及其衍生物几乎被完全萃取.以2.0 mol·L-1的HCl溶液为反萃取剂,可以将47.5%的金刚烷胺从负载有机相中反萃分离,再生后的萃取剂可以多次重复使用.对萃余液采用双极膜电渗析进行处理,可以去除64.2%的无机盐和部分有机物,同时还能回收到较高浓度的酸,但由于氢离子的渗漏难以回收高浓度的碱.     

响应面法优化双极膜电渗析分离发酵液中乳酸的工艺研究

采用响应面法对双极膜电渗析分离发酵液中乳酸的工艺条件进行了优化。根据四元二次中心组合原理设计实验确定最佳分离条件,并对各工艺条件之间的交互影响进行了研究。结果表明:乳酸的最佳分离条件为:电压22.74V,进料体积比为1.63,出料室初始乳酸浓度为12.58g/L,流量为25.88L/h。升高电压的同时减小流量,或者降低出料室初始乳酸浓度的同时降低进料体积比,均有利于提高乳酸回收率。     

在线超声清洗对膜生物反应器污泥混合液特性的影响

采用低功率超声波实现了膜生物反应器中膜污染的在线超声清洗,考察在线超声清洗对污泥混合液特性的影响。结果表明:在线超声清洗能有效控制膜污染,但也会导致污泥浓度和污泥活性降低,混合液过滤性能变差,上清液有机物浓度上升,污泥絮体结构破解。污泥混合液特性的恶化必然会影响膜生物反应器的稳定运行,不利于膜污染的控制。为了避免混合液特性过度恶化,每次超声清洗时间应该控制在10 min以内。     

响应面法优化BMED工艺氨氮迁移操作条件

高氨氮废水的处理是目前亟需解决的问题。采用双极膜电渗析工艺(BMED)处理氨氮废水并结合响应面法,考察了电流密度、膜面流速及进料体积比这3个因素对氨氮在碱隔室内回收量以及酸隔室内泄露量的影响。结果表明:这3个影响因素的显著性顺序由大到小为:电流密度>膜面流速>进料体积比;权衡较高的氨氮回收效果的同时满足较少的氨氮泄露程度,3个因素在规定范围内,最适宜的操作条件应为电流密度25 m A/cm~2、流速4 cm/s、进料体积比0.84∶1,在此条件下,氨氮回收浓度达1.973 g/L,泄露浓度为0.138 g/L。     

膜污染与清洗技术

目前膜分离已在分离过程中成为最新的技术之一,但膜的污染问题限制着膜的广泛应用.因此,对膜污染以及膜清洗技术的研究具有重要意义.本文概述了膜污染的机理、预防措施及其清洗方法.     

PES/PAN膜在MBR中膜污染机理及抗污染性能

采用液-固相转化法,以聚醚砜(PES)、氯化锂(LiCl)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为原料制备PES膜,并在体系中添加聚丙烯腈(PAN)制备PES/PAN膜。在操作温度25℃,操作压力90KPa条件下制得的PES/PAN膜、自制PES膜和商品PES超滤膜分别为222L/(m·2h)左右,130L/(m·2h)左右,82L/(m·2h)左右。通过膜生物反应器中膜阻力的测定,表明膜污染主要由沉积层引起的,另一方面长期运行膜孔堵塞也是阻力增大的原因。在MBR中运行时,PES/PAN膜、自制PES膜和商品PES超滤膜膜通量的衰减速率分别为0.2559L/(m·2h·min)、0.3366L/(m·2h·min)、0.3539L/(m·2h·min),PES/PAN膜通量衰减最慢;在MBR中运行15d后,经过化学清洗,PES/PAN膜、自制PES膜和商品PES超滤膜纯水通量恢复率分别为83.75%、63.58%、61.32%,PES/PAN膜通量恢复率最大,抗污染性优于PES膜。     

平板膜-生物反应器中膜的优选

将膜特性与膜-生物反应器(MBR)运行状况相结合,进行3种膜的优选. 对3种膜进行膜表面形态、孔径、孔隙率及水通量、临界通量的测定,同时将其置于MBR中进行短期高通量连续恒流运行及长期低通量间歇恒流运行,考察2种运行模式下的跨膜压差(TMP)平均增长率(Δp). 结果表明:具有平整表面、最小孔径、高孔隙率、高水通量以及高临界通量的A膜在MBR长期运行中表现出最低的膜污染速率,因此确定A膜为3种膜中的最优膜;在优选具有工程适应性的膜时,应采用长期间歇恒流运行的方法.      

膜生物反应器技术及膜污染的探讨

膜生物反应器(MBR)是膜技术和污水生物处理技术有机结合产生的新型水处理工艺,具备了生物反应器和膜分离设备的双重特点.文中阐述了膜生物反应器的发展、组成、分类及其特点,同时对影响膜生物反应器的膜污染问题进行了深入的探讨,其中包括膜污染的机理、影响因素和膜污染的控制.     

溶解性微生物代谢产物对膜污染的影响与控制研究

引起膜污染的因素主要有污泥特性、运行参数、膜材料和进水特性。尽管国内外学者对膜污染进行了大量的研究,但对其影响因素仍然感到非常困惑,主要是因为膜污染物和活性污泥特性异常复杂。膜污染现象增加污水处理运行和维修费用,是限制膜生物反应器（MBR）在污水治理方面广泛应用的主要障碍,其中微生物代谢产物（EPS、SMP）是引起膜污染的主要物质。在论述了溶解性代谢产物（SMP）对膜污染影响的基础上,着重从减少SMP的角度介绍了缓解膜污染的控制措施。     

复合式膜生物反应器的膜污染控制机理

采用常规膜生物反应器(CMBR)和复合式膜生物反应器(HMBR)处理城市生活污水,对HMBR的膜污染控制机理进行了研究。试验结果表明,HMBR能够有效去除胞外多聚物(EPS),反应器内溶解性EPS(S-EPS)、松散附着性EPS(LB-EPS)和紧密附着性EPS(TB-EPS)的含量比CMBR分别降低了42.8%、41.5%和2.1%。附着性EPS(B-EPS)特别是LB-EPS与活性污泥的物理性能密切相关,随着其含量的降低,HMBR中活性污泥的絮凝性能和沉淀性能比CMBR分别提高了24.4%和34.8%。由于滤饼层污泥主要来源于活性污泥,因此随着活性污泥絮凝性能和沉淀性能的提高,HMBR中的滤饼层比阻比CMBR降低了31.1%。作为结果,当跨膜压差(TMP)到达20 kPa时,HMBR运行了143 d,而CMBR仅运行了57 d。     

膜生物反应器运行中的膜污染问题

这了各国研究者针对膜生物反应器中的膜污染问题所作的工作，认为膜本身的性质以及废水组成和工艺条件都是造成膜污染的主要原因，利用反冲洗和清洗手段，可以有效地改善膜的性能，以提高膜的寿命，膜生物反应器技术的改进是避免膜污染的新思路。     

机械清洗膜组件对膜通量影响的初步研究

试验设计了强化机械清洗膜组件M1和机械清洗膜组件M2,通过正交试验考察了污泥浓度、曝气量、运行膜通量和抽吸时间:间歇时间对2组膜组件的膜过滤特性的影响.结果表明,M1膜组件可以弱化不利条件如高污泥浓度(MLSS)、高运行膜通量和低曝气强度的影响;曝气量和运行膜通量是影响膜比通量的主要因素;并得到一组较佳的操作条件组合:污泥浓度6g/L、曝气量0.5m³/h、抽吸时间和间歇时间的比为12:1.在此条件下长期运行试验表明,M1和M2膜通量均可以维持在40L/(h·m²).通过测定2组膜组件的阻力分布,表明机械清洗可以大大减弱膜面泥饼层污染.     

一体式膜-生物反应器长期运行中的膜污染控制

考察一体式膜－生物反应器运行过程中的膜污染情况,探讨造成膜污染的原因和膜污染的控制方法．结果表明,膜内表面微生物的滋生和膜外表面污泥层的附着是造成本试验膜污染的重要因素．采用２％ ～５％ 的次氯酸钠溶液进行在线药洗可以有效地去除膜内表面滋生的微生物,使膜过滤压差下降７．７～５２ｋＰａ;停止进出水,加大曝气量进行空曝气是去除膜外表面附着污泥层的重要手段,可以使膜过滤压差下降３．８～１０．８ｋＰａ;采用处理出水进行反冲洗虽然有时可以使膜过滤压差出现较大程度的降低,但随之会出现出水水质恶化,膜过滤压差急剧升高的现象．     

膜生物反应器中进水组成对膜污染的影响

研究了膜生物反应器中进水组成对膜污染的影响. 结果表明, 相对于正常组成来说进水中限氮或限磷引起的膜污染程度更重, 尤以进水中限氮时更为严重. 系统缺氮或缺磷时, 污泥絮体的相对憎水性和膜的憎水性增加, 使得膜和污泥之间的憎水相互作用增强, 加速了污染物在膜表面的沉积和/或吸附. 另外, 进水中限氮或限磷时, 污泥中丝状菌的数量增加, 把颗粒污泥捆扎、束缚在其立体网状结构中, 滤层结构更加致密, 孔隙度减小, 增加了膜污染阻力; 丝状菌的作用还在于它们能够将污染物牢牢地缠绕、固定在膜表面, 加强了膜表面污染物抵御曝气的水力冲刷作用的能力, 从而也加速了膜污染.