不同原水中膜污染物质的表征与确定

本文采用有机物的组分分析、相对分子质量分布及三维荧光等分析手段,研究了青草沙水库和滆湖原水的膜过滤通量的表现,探讨了膜污染的机理.试验结果表明,中亲组分有机物造成的微滤膜和超滤膜的通量下降最为严重,而疏水性有机物对通量的影响甚微.滆湖水对微滤膜的通量下降较青草沙水库水严重,而青草沙水库水对超滤膜的通量下降较滆湖水严重.膜污染机理的分析表明,微滤膜污染主要由膜孔堵塞造成,而超滤膜的通量主要受大分子有机物形成的滤饼层的影响.三维荧光分析表明,蛋白质类的有机物是造成膜污染的主要物质.     

藻类有机物对纳滤膜去除萘普生效果影响研究

研究了2种藻类(鱼腥藻/小环藻)有机物(AOM)对纳滤膜去除萘普生(NPX)的影响效果.结果表明,在藻类AOM存在的情况下HL纳滤膜对NPX的去除率由63%增加至64.7%(小环藻)和72.7%(鱼腥藻);但同时造成了严重的膜污染,比通量由99.7%下降至89.6%(小环藻)和86.3%(鱼腥藻).研究发现,藻类AOM的中等分子量(1.5~5kDa)发挥了重要的作用,它们主要由疏水性有机物构成,紧密地黏附在膜表面形成滤饼层,使膜表面的疏水性增强.滤饼层的疏水性造成膜通量衰减并提高NPX去除率.研究还表明,鱼腥藻AOM在中等分子的疏水性明显比小环藻的强,造成的膜污染更严重以及更高的NPX去除效果.     

不同组分的有机物对膜过滤通量下降的影响

采用DAX-8、XAD-4、IRA-958型树脂将自来水中有机物分离成强疏水性、弱疏水性、极性亲水性、中性亲水性有机物,以聚偏氟乙烯、聚醚砜、醋酸纤维3种材质的膜对各组分水样进行膜过滤试验,研究不同组分的有机物对膜过滤通量的影响.结果表明,过滤原水时,PES膜、PVDF膜和CA膜的通量分别比初始通量下降了67%、 59%和19%,表明疏水性越强的膜,越容易造成污染.就各种组分对通量的影响而言,过滤中性亲水性组分的通量下降为初始通量的41%～75%,而弱疏水性组分为6%～33%,表明中性亲水性组分对膜过滤通量的影响最大.3种膜中,CA膜对中性亲水性组分的截留率最高,达14.69%,但通量下降程度却最小,说明膜通量下降的程度并不与有机物截留总量正相关.对膜污染机制进行探讨后发现,对于截留分子量较大的超滤或微滤膜,相对分子质量>3×10⁴的中性亲水性组分通过堵塞膜孔内部,从而造成严重的膜污染;而对于截留分子量较小的超滤膜,中性亲水性组分由于无法进入膜孔,主要在膜表面形成滤饼层,从而对膜通量的影响较小.     

藻类对纳滤膜去除萘普生的影响

传统的饮用水处理工艺不能有效地去除水中痕量有机物PPCPs,纳滤(NF)膜工艺对其有较好的去除效果。水中有机物(DOM)的存在对NF膜去除PPCPs有较大的影响,藻类有机物(AOM)的组成及特性不同于天然有机物,它在膜处理工艺中对膜污染有重要的影响。试验研究了2种藻类(鱼腥藻、小球藻)AOM对纳滤膜去除萘普生(NPX)的影响效果。结果显示2种藻类AOM均能促进NF膜对NPX的分离,提高NPX的去除率,但会显著降低膜通量。AOM的分子量分布和亲疏水性与其对NPX去除率的影响有关,AOM中亲水性的多糖和蛋白类有机物质是造成膜污染和影响NPX去除率的主要物质。滤饼层的形成改变了膜表面的亲疏水性能和截流分子量(MWCO),也是造成膜通量衰减和NPX去除率提高的重要原因。     

城市污水二级出水有机物分子量分布和亲疏水特性对纳滤膜污染的影响

分别采用分子量分级膜和XAD-8树脂,研究了污水厂二级出水中有机物分子量分布特征及不同分子量分布区间亲疏水有机物的相对含量,考察了分子量分布及亲疏水特性对纳滤膜透水性能的影响.结果表明,二级出水有机物中,小分子亲水性有机物含量最高,小于2k的有机物占总有机物含量的45.61%,其中亲水性物质占28.07%,疏水性物质占17.54%;不同特征的原水分别经纳滤膜过滤,分子量分布对膜污染影响较大,分子量小于30k时,分子量区间越小,比通量衰减越快,分子量大于30k时,分子量区间越大,比通量衰减越快,且分子量较小的有机物通量衰减程度大于分子量较大有机物;在分子量分布相同区间内,亲水性有机物的比通量衰减较慢,说明相同分子量时,膜对亲水性物质的截留率较低,而疏水性物质是引起膜通量衰减的主要原因.     

纳滤膜截留特性与膜基本特征之间关系的研究

选择DF10、DF30、DF90 3种纳滤膜对无机盐(NaCl和CaCl_2)、微量有机物(药物及个人护理品)、富里酸溶液进行纳滤实验,考察具有不同物理化学特性的膜对不同种类溶质的截留能力差异.结果表明,膜孔大小和带电量共同决定了纳滤膜对无机物的截留率,而微量有机物和天然有机物的截留率主要由膜孔径决定.膜活性层厚度很大程度上影响了膜的透水系数;膜的透水系数与NaCl截留率呈现负相关;膜的截留分子量越小,其对有机物的截留率越高;脱盐(NaCl)能力不一定正相关于有机物截留率,也不正相关于CaCl_2截留率.研究发现,DF30具有低无机物截留、高有机物截留的特性,这与其截留分子量适中、膜表面电荷密度低、活性层厚度小等物化性质密切相关.     

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.     

原水中有机物特性对纳滤膜污染的影响

通过XDLVO理论分析了赣江原水中亲疏水性有机污染物对纳滤(NF)膜的污染状况,对选取的不同分子量区间(<100 kDa、<50 kDa、<3 kDa)的6种亲、疏水性有机物及NF膜的界面自由能进行定量分析,分析了膜污染性能,并通过纳滤试验验证通量衰减与界面自由能的对应关系。结果表明：6种不同分子量的亲/疏水性有机污染物对膜造成污染严重程度与XDLVO理论分析结果相符。不同分子量的有机污染物对NF膜污染程度由大到小顺序为小于100 kDa(疏水性)>小于50 kDa(疏水性)>小于3 kDa(疏水性)>小于3 kDa(亲水性)>小于50 kDa(亲水性)>小于100 kDa(亲水性)。分子量<100 kDa的疏水性有机物与膜之间排斥作用最小,污染最为严重。膜表面的污染物主要是多糖、蛋白质和苯环烯烃类,且在过滤初期有机物堵塞膜孔,膜比通量下降速度较快,而在过滤后期滤饼层形成,膜比通量下降速度减缓。     

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.     

混凝对膜污染的防止作用

研究了混凝改善膜通量和防止膜污染的效果 .结果表明 :直接过滤原水的情况下 ,反冲洗后的膜通量恢复仅为初始通量的40% ;而投加了混凝剂 4mg/L和10mg/L(以Al计 )后 ,反冲洗后的通量得到了完全的恢复 .混凝防止膜污染取决于过滤过程在膜表面形成的滤饼层的性能 .在过滤混凝液的情况下 ,混凝能在膜表面形成滤饼层 ,从而有效地防止膜污染 ,而过滤上清液的情况下 ,无法为混凝去除的中性亲水性的有机物沉积在膜表面 ,造成膜污染 .     

The role of extracellular organic matter on the cyanobacteria ultrafiltration process

The membrane fouling caused by extracellular organic matter (EOM) and algal cells and organic matter removal of two typical cyanobacteria (M. aeruginosa and Pseudoanabaena sp.) during ultrafiltration (UF) process were studied in this work. The results showed that EOM had a broad molecular weight (Mw) distribution and the irreversible membrane fouling was basically caused by EOM. Moreover, humic acid and microbial metabolites were major components of EOM of two typical cyanobacteria. Since EOM could fill the voids of cake layers formed by the algal cells, EOM and algal cells played synergistic roles in membrane fouling. Fourier transform infrared spectroscopy analysis indicated that the CH₂ and CH₃ chemical bonds may play an important role in membrane fouling caused by EOM. Interestingly, the cake layer formed by the algal cells could trap the organic matter produced by algae and alleviate some irreversible membrane fouling. The results also showed that although the cake layer formed by the algal cells cause severe permeate flux decline, it could play a double interception role with UF membrane and increase organic matter removal efficiency. Therefore, when using UF to treat algae-laden water, the balance of membrane fouling and organic matter removal should be considered to meet the needs of practical applications.     

Dissolved organic matter removal using magnetic anion exchange resin treatment on biological effluent of textile dyeing wastewater

This study investigated the removal of dissolved organic matter（DOM） from real dyeing bio-treatment effluents（DBEs） with the use of a novel magnetic anion exchange resin（NDMP）.DOMs in two typical DBEs were fractionized using DAX-8/XAD-4 resin and ultrafiltration membranes. The hydrophilic fractions and the low molecular weight（MW）（〈3 kDa） DOM fractions constituted a major portion（〉50%） of DOMs for the two effluents. The hydrophilic and low MW fractions of both effluents were the greatest contributors of specific UV254absorbance（SUVA254）,and the SUVA254 of DOM fractions decreased with hydrophobicity and MW. Two DBEs exhibited acute and chronic biotoxicities. Both acute and chronic toxicities of DOM fractions increased linearly with the increase of SUVA254 value. Kinetics of dissolved organic carbon（DOC） removal via NDMP treatment was performed by comparing it with that of particle active carbon（PAC）. Results indicated that the removal of DOC from DBEs via NDMP was 60%,whereas DOC removals by PAC were lower than 15%. Acidic organics could be significantly removed with the use of NDMP. DOM with large MW in DBE could be removed significantly by using the same means. Removal efficiency of NDMP for DOM decreased with the decrease of MW. Compared with PAC,NDMP could significantly reduce the acute and chronic bio-toxicities of DBEs. NaCl/NaOH mixture regenerants,with selected concentrations of 10% NaCl（m/m）/1%NaOH（m/m）,could improve desorption efficiency.     

DOM对纳滤膜去除磺胺甲恶唑效果影响研究

试验研究几种不同可溶性有机物(DOM)对纳滤膜(NF)去除抗生素磺胺甲恶唑(SMZ)的影响效果.试验所用DOM选定腐殖酸(HA)、单宁酸(TA)和海藻酸钠(SA).结果显示3种DOM对SMZ去除率和通量影响迥异,并与DOM的亲疏水性有密切的关系.为更好了解DOM对NF去除SMZ的影响机理,试验对臭氧化HA也进行了研究.臭氧化HA相对于臭氧前HA亲水性显著提高,对SMZ去除率的影响相应提高.结果表明在有多种DOM共同存在的天然原水中,SMZ的去除机理十分复杂,DOM的本身物理化学性质对于目标物的去除效果十分重要.     

滇池典型陆生和水生植物溶解性有机质组分的光谱分析

应用紫外-可见光谱、傅里叶红外光谱与三维荧光光谱,对采自滇池外海及湖滨农田的2种典型陆生植物(玉米、紫茎泽兰)和5种水生植物(芦苇、水红花、水葫芦、眼子菜、茭草)所提取的DOM(溶解性有机质)组分进行了光谱分析. 结果表明,陆生与水生植物DOM的紫外-可见光谱曲线基本类似,吸光度均随波长的增加而降低. 陆生植物DOM的SUVA₂₅₄(单位溶解性有机碳浓度下波长254 nm处吸收系数)值大于水生植物,表明滇池外源输入的DOM腐殖化程度大于内源. 植物叶中DOM的A₂₅₀/A₃₆₅(A₂₅₀、A₃₆₅分别为波长250和365 nm处的紫外吸光度比值)小于茎,表明叶中DOM的芳香性和分子量都大于茎. 陆生与水生植物DOM均有相似的红外特征峰带,其中—COO-、—CH₂、—CO、—OH、—NH₂的特征峰明显,表明它们是构成陆生和水生植物DOM的主要官能团. 三维荧光光谱分析表明,陆生植物茎的DOM中含有类富里酸物质,而叶的DOM中含有类腐殖酸物质. 水生植物除了水葫芦叶的DOM中含有类腐殖酸物质外,其他样品无论茎、叶都含有类富里酸物质. 除水葫芦叶外,同种植物茎的DOM中存在类色氨酸物质,而叶中不存在.      

光催化/活性炭/纳滤组合工艺处理二级出水及对膜污染的控制

污水的资源化与回用可作为城市和各类建筑的非传统水源,必须满足相关水质标准,其中有机物一直是广泛关注的重要指标.本文采用华北某市大型污水厂的二级出水,研究了二氧化钛光催化氧化(UV-TiO_2)和颗粒活性炭(GAC)技术对溶解性有机物的去除特性以及对纳滤(NF)的膜污染控制特性,构建了UV-TiO_2/GAC/NF组合工艺,评价了组合工艺的有机物去除效能和膜污染控制作用,解析了影响NF膜污染程度的有机物种类和相对分子质量分布特征.结果表明,UV-TiO_2和GAC技术均可不同程度地缓解NF膜的不可逆污染、降低膜通量衰减速率; UV-TiO_2/GAC联用的不可逆膜污染程度比单独UV-TiO_2或GAC技术分别降低了48. 7%或61. 4%.类蛋白质和类腐殖质等有机污染物是不可逆膜污染的主要组分;相对分子质量为小于3×10~3和30×10~3～100×10~3的有机物是造成纳滤膜通量下降的主要因素. UV-TiO_2/GAC/NF组合工艺的COD、DOC和UV_(254)去除率为45. 7%、74. 5%和89. 2%,出水中COD、DOC和UV_(254)等有机物指标均得到有效去除.研究成果为城市和各类建筑非传统水源的深度净化与多途径回用提供了技术支持.     

浸入式短流程超滤膜生产工艺过程膜污染的形成与控制

以江苏芦泾水厂膜技术改造工程为对象,从水质、膜工艺特征结合生产运行过程以及污染膜的清洗进行了分析,目的是了解膜污染的组分构成,评价不同清洗剂的清洗效果,获取较优的清洗顺序.结果表明,原水以憎水酸(HOA)和亲水组分(HIM)为主体,质量分数各占40.34%和28.48%.溶解性有机物(DOM)则以芳香性蛋白质Ⅱ类物质为...     

磁混凝工艺处理市政废水中的污染物去除特征研究

本研究对2个磁混凝站点进行了水质分析与溶解性有机物（DOM）的系统表征，考察了市政废水在磁混凝过程中的污染物去除效果与DOM去除特征，分析了强化磁混凝过程关键作用.研究发现：磁混凝可显著去除浊度、悬浮态有机物和磷，2个站点TCOD和TP去除率分别为52.53%/76.78%和64.41%/81.59%.市政废水DOM组成复杂，内源性DOM占比较高，两个站点DOM种类相似，但B站点进水有机物含量略少，且芳香类DOM占比较低.磁混凝对DOM具有显著的去除效果，主要去除高腐殖化程度、芳香性、聚合度、疏水性的大分子有机物，络氨酸类蛋白是主要的去除物质.B站点强化药剂的投加显著提升DOM和氨氮的去除效果，TOC和氨氮的去除率可达40.01%和36.08%，同时磷和TCOD的混凝效果也得到一定强化.本研究揭示了磁混凝过程污染物去除特征，促进了磁混凝过程的理解，为磁混凝在水处理中的推广应用提供了有效支撑.     

预涂动态膜强化超滤去除海水中有机物及其对膜污染的影响

以粉末活性炭和硅藻土为涂膜材料,在聚醚砜超滤膜表面形成预涂动态膜,考察了预涂动态膜对海水中有机物的去除效果和作用机制,通过比较分析直接超滤和预涂动态膜过滤海水前后膜表面亲疏水性、形貌结构、粗糙度及膜阻力分布的变化,探讨了活性炭和硅藻土预涂覆对超滤膜污染的影响.结果表明,预涂动态膜可提高超滤膜对海水中溶解有机碳(DOC)和UV_(254)的去除率,活性炭预涂动态膜对海水中DOC和UV_(254)的去除率较直接超滤分别提高11.2%和11.3%.硅藻土预涂膜主要利用超滤膜表面形成的硅藻土滤饼层强化海水中蛋白质类有机物的截留,活性炭对海水中小分子有机物的额外吸附导致海水过滤过程中活性炭预涂膜对有机物的去除效果优于硅藻土预涂膜.与直接超滤相比,预涂动态膜过滤海水后膜表面亲水性更好,膜表面粗糙度更低,膜过滤阻力也更小,活性炭预涂动态膜净化海水时膜过滤总阻力较直接超滤降低50.3%.利用涂膜材料在超滤膜表面形成的滤饼层将超滤膜与有机物进行了"隔离",避免了超滤膜与有机污染物直接接触,降低了小分子有机物在膜孔内的吸附堵塞,能够有效减缓超滤膜的不可逆污染.