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.     

纳滤膜对有机物的截留机理研究

选用美国ＴｒｉＳｅｐ公司ＴＳ８０纳滤膜，在操作压力０．７ＭＰａ下考察了纳滤膜对有机物的截留机理，ＴＳ８０纳滤膜平均去除率为９０．３％，根据色谱质谱联机分析结果可知．ＴＳ８０纳滤膜能使色谱质谱峰丰度降低５０％左右，其对有机物的去除是由有机物的结构特征（如分子量、极性）与有机物问膜问的相互作用关系共同决定的。     

纳滤膜对脂肪族及杂环有机物的截留特性

分别选用NF90、NF270和NF-型号的纳滤膜测定了20种脂肪族及杂环有机物的截留率®,并分析了纳滤膜截留效果的影响因素.结果表明,脂肪族及杂环有机物的R受到分子结构和膜特性的影响:对于同分异构体,分枝结构越多,R越高;环状有机物与分子量相近的直链有机物相比,R明显偏高;孔径越小的纳滤膜R越高.利用遗传算法(GA)结合偏最小二乘回归(PLS)和人工神经网络法(ANN)建立了脂肪族及杂环物质的R与其结构的定量关系模型,2种方法建立的模型相关系数可分别达到0.8809和0.9944,通过2种模型进一步分析了R的影响规律,并对几种物质的R进行了有效的预测.从预测结果来看,GA-ANN模型的预测精度要好于GA-PLS模型.     

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.     

在超滤草浆黑液过程中膜阻力的分布

采用截留分子量30000,20000,10000和6000的超滤膜,对草浆黑液进行了超滤过程中膜阻力分布的研究.通过测定不同条件下膜样品的通量,对聚乙二醇标准物的截留率,指出在超滤黑液过程中各部分阻力的比例和超滤膜的分离特性的变化.各种膜样品的热重分析结果表明,膜污染是由微量有机物引起的污染.     

纳滤在水处理与回用中的应用现状与展望

纳滤(nanofiltration,NF)作为一种分离效果介于超滤和反渗透之间的膜过滤技术,在过滤过程中同时兼具物理孔隙产生的筛分效应和膜面电荷产生的道南效应作用.纳滤对水中的大多数有机物和多价盐离子具有很高的截留率,而对单价离子截留率较低,因而对单价多价盐具有良好的选择分离特性,近年来在饮用水软化、污水深度处理与回用、工业过程浓缩分离等方面得到了较为广泛的应用.据估计,到2019年纳滤膜的全球市场份额将达到4.451亿美元,同时在2015—2019年间将保持高达15.6%的年复合增长率(compound annual growth rate,CAGR).本文总结了目前市场上的纳滤膜品种、产品性能以及纳滤膜在水处理与回用中应用情况,并针对纳滤膜在应用中存在的问题提出了可行的方法和建议,最后对纳滤膜未来的发展方向提出了展望.     

纳滤去除水中内分泌干扰物双酚A和四溴双酚A的研究

用死端过滤法考察纳滤膜Desal 5 DK处理水中内分泌干扰物双酚A(BPA)和四溴双酚A(TBBPA)的效率,并研究吸附对纳滤截留有机分子的影响.结果表明,纳滤膜Desal 5 DK对BPA的表观截留率随累积吸附量的增加而降低,从初始的89%降至达到平衡状态时的47%,BPA累积吸附量相应达到约30 μg·m-2.较高压力时,吸附层较高的溶质浓度引起膜通量下降.虽然Desal 5 DK对TBBPA累积吸附量达到50 μg·m-2,但由于分子量较大和分子结构复杂,截留率较高(>95%).5×105 Pa压力下解吸时TBBPA分子由于位阻效应几乎不能透过纳滤膜;而BPA则扩散通过纳滤膜,并且在流出30 mL时浓度达到峰值,流出的BPA总量约占总吸附量的30%.     

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.     

不同相对分子质量的有机物对膜通量的影响

采用截留分子量分别为10、30kDa的聚醚砜膜和100kDa的聚偏氟乙烯膜对原水进行分级处理,并采用截留分子量分别为150kDa的聚偏氟乙烯膜和0.1μm的醋酸纤维素膜对出水进行膜过滤试验,研究不同相对分子质量的有机物对膜通量的影响.结果表明,虽然相对分子质量>30kDa的大分子有机物仅为总有机物的15%,但它分别引起微滤膜的通量下降86%和超滤膜通量下降54%.混凝处理可以去除相对分子质量>100kDa的有机物,这部分有机物导致通量下降40%以上.因此,尽管混凝处理仅去除10%的有机物,但改善通量的效果显著.粉末活性炭可以去除相对分子量<30kDa的小分子有机物,这部分有机物对通量下降的贡献程度甚低.因此,尽管粉末活性炭去除76%的有机物,但改善通量的效果甚微.预处理改善通量的效果并不取决于去除有机物的多少,而是取决于所去除的有机物对通量的影响大小.     

SGO改性复合纳滤膜的制备及分盐性能

近年来,水资源短缺,水源污染严重,国家对水处理末端的资源化利用提出了更高的要求,分盐过程也受到越来越多的关注。纳滤膜表面通常带有电荷,可以选择性地透过不同价态的离子。基于纳滤膜表面电荷特性不同,为很好的实现盐的分离,将制备的带有磺酸基团的氧化石墨烯引入到纳滤膜材料中,采用界面聚合法,制备了SGO改性复合纳滤膜。Zeta电位分析表明所制备的复合纳滤膜表面的电荷比不添加SGO的纳滤膜更负;红外光谱分析中酯基基团特征峰的出现表明磺酸基团参与了聚合反应;SEM结构表面,膜表面出现了明显的图灵结构,在0.2MPa压力下,纯水通量可达45.85L·(m2·h)-1,对Na2SO4截留率为98.23%,对NaCl截留率为24.93%,10h运行可以很好地实现对SO42-、Cl-的有效分离,可实现盐的资源化回收。     

Effect of non-solvent additives on the morphology, pore structure, and direct contact membrane distillation performance of PVDF-CTFE hydrophobic membranes

Four common types of additives for polymer membrane preparation including organic macromolecule and micromolecule additives, inorganic salts and acids, and the strong non-solvent H2 O were used to prepare poly(vinylidene fluoride-co-chlorotrifluoroethylene)(PVDF-CTFE) hydrophobic flat-sheet membranes. Membrane properties including morphology, porosity, hydrophobicity, pore size and pore distribution were investigated, and the permeability was evaluated via direct contact membrane distillation(DCMD) of 3.5 g/L Na Cl solution in a DCMD configuration. Both inorganic and organic micromolecule additives were found to slightly influence membrane hydrophobicity. Polyethylene glycol(PEG),organic acids, Li Cl, Mg Cl2, and Li Cl/H2 O mixtures were proved to be effective additives to PVDF-CTFE membranes due to their pore-controlling effects and the capacity to improve the properties and performance of the resultant membranes. The occurrence of a pre-gelation process showed that when organic and inorganic micromolecules were added to PVDF-CTFE solution, the resultant membranes presented a high interconnectivity structure. The membrane prepared with dibutyl phthalate(DBP) showed a nonporous surface and symmetrical cross-section. When H2 O and Li Cl/H2 O mixtures were also used as additives, they were beneficial for solid–liquid demixing, especially when Li Cl/H2 O mixed additives were used. The membrane prepared with 5% Li Cl + 2% H2 O achieved a flux of24.53 kg/(m2·hr) with 99.98% salt rejection. This study is expected to offer a reference not only for PVDF-CTFE membrane preparation but also for other polymer membranes.     

溶液特性及共存物对纳滤膜去除水中全氟辛酸的影响

利用聚酰胺复合纳滤(NF)膜去除水中的持久性有机污染物—全氟辛酸(PFOA),分别研究了PFOA浓度、溶液离子强度、pH值、典型大分子有机物—牛血清蛋白(BSA)以及BSA与Na+共存对PFOA截留率的影响.结果表明,在0.8MPa下过滤24h,随着PFOA浓度增大,PFOA截留率提高;溶液离子强度、pH值越高,PFO...     

高渗透聚砜中空纤维超滤膜制备

介绍了采用独创制膜液三元体系添加剂,以及相应发展的干喷－湿纺制膜工艺条件,研制出具有高透水性能,无大孔缺陷,孔分布狭窄,截留性能优异的聚砜训空纤维超滤膜。膜结构为双排指状孔结构,膜内外表面具有相近的孔分布皮层,可用于内压或外压超滤操作。     

无机结垢对纳滤膜分离水中全氟化合物的影响

选取全氟辛烷磺酸(PFOS)和全氟丁烷磺酸(PFBS)两种链长不同的典型全氟化合物(PFASs)作为目标去除物,以硫酸钙为典型无机结垢,研究硫酸钙结垢不同阶段中纳滤膜去除PFASs的特征和相关机理,简称硫酸钙试验,同时以相同离子强度的非结垢无机盐溶液开展对比试验考察目标PFASs的截留规律.结果表明,当硫酸钙和目标PFASs共存时,PFOS稳定截留率为硫酸钙试验(97.1%)>对比试验(93.0%),而PFBS稳定截留率为对比试验(46.2%)>硫酸钙试验(38.2%).对于同一PFAS,同一过滤时刻,膜面带电量:硫酸钙试验<对比试验;联合截留率、膜通量和Zeta电位综合分析可知,硫酸钙结垢过程中,PFOS的截留主要由Ca²⁺与PFOS的络合及架桥作用控制,该作用影响PFOS分离过程中的空间位阻作用强度;PFBS过滤初期的截留中静电排斥起主要作用,结垢层生成后,滤饼层强化的浓差极化作用成为PFBS截留效果下降的主要原因.     

氯盐对汞化合物污染土壤热脱附过程的影响

对HgCl₂、HgS、Hg(NO₃)₂·H₂O、HgO、HgSO₄ 5种试剂分别添加MgCl₂、CaCl₂和NaCl 3种氯盐,采用热重分析法进行热挥发性对比研究,以期选择对汞化合物热脱附有促进作用的氯盐,并将其添加到内蒙古2块不同污染场地的汞污染土壤样品(A、B)中,进行低温热脱附修复研究. 结果表明:5种汞化合物试剂热脱附温度由低到高依次为HgCl₂＜HgS＜Hg(NO₃)₂·H₂O＜HgO＜HgSO₄. 在汞化合物中加入MgCl₂、CaCl₂和NaCl后的热重分析发现,MgCl₂对HgS、Hg(NO₃)₂·H₂O、HgO、HgSO₄热脱附过程影响最大,降低了汞化合物热脱附的初始温度. A、B 2个污染土壤样品加入MgCl₂热脱附后,汞的去除率分别从无药剂处理的65.67%、70.74%升至81.35%、84.91%. 表明MgCl₂可以促进汞污染土壤中汞化合物的转化,有利于土壤汞污染的热脱附修复,应用前景较好.      

有机物料投入对喀斯特地区土壤磷素赋存形态与含phoD基因细菌群落的影响

针对喀斯特地区有机物料盈余、土壤养分贫瘠和易流失的特点,设置长期有机物料还田小区定位试验,试验包括6个处理：不施肥对照（CK）、无机肥（NPK）、无机肥+玉米秸秆（NPKS）、无机肥+农家肥（NPKM）、无机肥+滤泥（NPKL）和无机肥+甘蔗灰（NPKA）.研究不同有机物料投入对土壤磷赋存形态和磷活化功能微生物（含有机磷矿化基因细菌）群落结构的影响.通过3 a断续的观测,结果表明,土壤全磷（TP）、速效磷（Olsen-P）和二钙磷（Ca₂-P）含量呈逐年增加趋势,而氯化钙磷（CaCl₂-P）含量呈先降低再增加的趋势;与不施肥对照相比,有机物料投入尤其是滤泥配施能显著提高土壤全氮（TN）、TP、Olsen-P、CaCl₂-P和Ca₂-P含量,其次是甘蔗灰和农家肥配施处理;相关分析表明,CaCl₂-P、Ca₂-P和Olsen-P均与土壤交换性钙（Ca-ex）含量显著正相关;冗余分析（RDA）表明土壤TN、Ca-ex、有机碳（SOC）和土壤全钾（TK）含量是影响土壤磷组分的关键因子.高通量测序分析含有机磷矿化基因（含phoD基因）细菌群落结果表明,与不施肥对照相比,秸秆还田配施无机肥处理显著增加土壤含phoD基因细菌丰富度,但各处理间含phoD基因细菌群落结构无显著差异.RDA分析结果表明,土壤Ca-ex、TK、Olsen-P、pH和SOC是驱动含phoD基因细菌群落变化的关键因子.总体上看,无机肥配施滤泥、甘蔗灰和农家肥是广西喀斯特地区农田土壤较为合适的养分管理方式.研究可为喀斯特地区有机废弃资源利用与土壤磷素管理提供科学依据.     

纳滤膜过滤MBR出水的污染原因与清洗方法

为研究膜-生物反应器(MBR)出水对纳滤膜的污染原因及清洗方法,使用场发射扫描电镜、傅立叶变换红外光谱仪、原子力显微镜和接触角仪对经MBR出水污染的纳滤膜表面污染层进行了检测,结果表明,纳滤膜表面污染物包括有机物和无机物,所含元素包括磷、镁等,对经过不同清洗步骤的膜表面进行的检测表明,柠檬酸清洗可以去除镁和大部分磷,这些物质主要以无机形态存在于膜面污染物中;后续NaOH清洗可以进一步去除磷,这部分磷主要来自有机酸、有机磷或蛋白质等膜面污染物.污染使膜表面粗糙度由79.5 nm增大至111.2 nm,但接触角由55.6°变为62.1°,表明亲水性变化不大;酸洗后表面粗糙度显著减小至51.9 nm,接触角变为96.0°,表明有机污染物暴露出来,膜面呈现疏水性;再经碱洗后,膜面粗糙度与亲水性均接近于新膜.这些结果说明,先酸洗后碱洗的方法可以去除绝大部分的膜面污染物,进一步推知膜污染初期主要为有机污染,之后无机物的作用使污染进一步加重.     

预臭氧化对MF膜处理黄浦江水的影响研究

采用预臭氧化处理黄浦江原水后进行微滤（MF）膜过滤试验,考察预臭氧化对有机物的作用,进而考察其对MF膜过滤特性的影响.结果表明,臭氧投量在0.5～3.0 mg/Ｌ范围内时,臭氧对DOC的去除率最高仅为10%,而对UV254的去除率最高可达71%.随着臭氧投量的增加,相对分子质量在2×10³～7×10³的有机物逐渐减少,而相对分子质量＜0.5×10³的有机物则几乎没有改变.臭氧可把部分疏水性有机物氧化成亲水性有机物,只有很少部分转变成无机物,这种有机物组成结构的改变影响了膜过滤阻力,进而改善了膜透水通量的效果.臭氧投量在0.5～3.0 mg/Ｌ范围内,存在一个最佳的臭氧投量1.5 mg/Ｌ,使膜通量达到最大值.这主要是由于在该臭氧投量下,臭氧化对有机物的组成结构的改变使膜过滤阻力达到最小.     

基于微气泡曝气的生物膜反应器处理废水研究

微气泡曝气有助于强化氧传质过程,在废水好氧生物处理中具有潜在的应用优势;生物膜反应器是应用微气泡曝气的可行工艺形式.本研究在生物膜反应器中采用SPG膜微气泡曝气处理模拟生活废水,探讨反应器连续运行过程中,SPG膜空气通透性、溶解氧变化、污染物去除效果及氧利用情况.结果表明,基于SPG膜微气泡曝气的生物膜反应器能够实现长期连续稳定运行,是微气泡曝气与废水好氧生物处理结合的可行方式.SPG膜表面性质及膜孔径影响其空气通透性,疏水性膜的空气通透性优于亲水性膜;膜孔径越大,空气通透性越好.一定的SPG膜空气通量下,反应器内的溶解氧浓度主要受有机负荷影响.SPG膜微气泡曝气生物膜反应器较优的COD处理负荷(以SPG膜面积计算)为6.88 kg·(m2.d)-1.氨氮的去除主要受溶解氧浓度及生物膜内氧扩散传质的影响,在高有机负荷下生物膜内出现同步硝化反硝化.微气泡曝气的氧利用率显著高于传统曝气方式,在优化的运行条件下,氧利用率可以接近100%.