臭氧-粉末炭联用作为预处理缓解膜污染的效果与机制

研究臭氧、粉末炭以及它们的组合作为超滤膜的预处理,控制膜污染以及去除有机物的效果和机制.结果表明,臭氧主要氧化强疏组分的大分子有机物,将其转化为中分子和亲水性的小分子.臭氧可有效控制膜污染,表明大分子的疏水有机物是主要的污染因素.粉末炭可吸附小分子有机物,也可缓解膜污染,说明小分子有机物也对膜污染有所贡献.臭氧与粉末炭的组合不仅有效控制膜污染,还可强化有机物的去除,它们之间存在协同作用.     

天然有机物的相对分子质量分布及亲疏水性对微滤膜组合工艺中膜污染的影响

研究采用混凝沉淀+粉末活性炭吸附+高锰酸钾+浸没式微滤膜的组合工艺对太湖水进行中试试验,通过高效凝胶色谱(HPSEC-UV-TOC)和三维荧光(3DEEM)的测定方法,着重考察有机物的相对分子质量(Mr)分布和亲疏水性对膜不可逆污染的影响.凝胶色谱分析表明:预处理可几乎完全去除大分子有机物(Mr>10×103),但仅能去除部分的中等分子(10×103>Mr>1×103)和小分子(Mr<1×103)有机物.研究发现化学清洗水中的有机物相对分子质量多为中等分子和小分子,说明导致膜不可逆污染的主要是中等分子和小分子有机物.此外,洗膜水中强疏和中性亲水组分含量远高于弱疏和极性亲水,说明强疏和中性亲水组分是不可逆污染的主要物质.三维荧光分析表明,芳香族蛋白质和溶解性微生物产物是造成膜不可逆污染的主要污染物.     

太湖原水中膜污染物质的确定与表征

采用混凝沉淀和浸没式微滤膜联用技术处理太湖原水,考察组合工艺中的有机物亲疏水性和分子量分布变化,并分析化学清洗水的有机物组分,以期确定造成膜污染的主要物质成分.结果表明,混凝预处理可有效去除大分子的亲水性有机物,这类有机物仅能导致可逆污染,而中等和小分子的有机物会导致不可逆污染.此外,三维荧光光谱表明与膜污染关系最密切的2个区域为:λex=230nm/λem=330~350nm (区域Ⅰ)和λex=280nm/λem=300~350nm (区域Ⅳ),其对应的胞外蛋白质类有机物和溶解性微生物产物(SMP)是造成微滤膜不可逆污染的主要物质.     

臭氧/混凝预处理工艺降低膜污染的研究

采用臭氧和混凝工艺分别处理黄浦江原水后进行MF膜过滤试验,考察2种预处理工艺对有机物的作用,进而考察其对MF膜过滤特性的影响.结果表明,2种预处理工艺都存在一个使膜污染下降率达到最大的最佳投药量.2种预处理工艺中,混凝降低膜污染的效果要好于臭氧,这主要与2种预处理工艺所去除的有机物性质有关.黄浦江水中有机物相对分子质量主要集中在3×103～5×103范围内,膜化学清洗液的分析表明造成膜污染的有机物相对分子质量主要集中在4.5×103附近,臭氧对相对分子质量在3×103附近的有机物去除效果较好,而混凝主要去除5×103附近的较大相对分子质量的有机物,因而混凝对这部分污染膜物质的去除效果要好于臭氧,从而有效降低了膜污染.     

不同氧化剂降低膜污染效果的研究

采用不同的氧化剂预处理黄浦江原水后进行微滤膜(MF)膜过滤试验,考察预氧化对有机物的去除作用,及其对MF膜过滤特性的影响.结果表明,3种不同氧化剂对有机物的去除效果存在较大差别.臭氧投量在0.5~3.0mg/L范围内,臭氧对DOC和UV254的去除率最高分别为10%和71%;而氯和高锰酸钾对有机物的去除效果则较差.臭氧可将大分子有机物转变成小分子有机物,将大部分疏水性有机物氧化成亲水性有机物.这种有机物组成结构的改变对膜过滤特性产生影响,明显降低了膜污染,膜污染下降率最高可达到22.7%.氯和高锰酸钾的氧化性相对较弱,仅能去除少部分疏水性有机物,对膜污染有较小减缓作用,膜污染下降率最高分别为9%和8.5%.     

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.     

混凝处理防止膜污染的作用与机理

通过膜过滤混凝上清液的方法 ,并比较膜进水和透过水中有机物相对分子质量分布的变化 ,探讨了混凝防止膜污染的作用和机理 .结果表明 ,相对分子质量大于 10 0 0的有机物是造成膜污染的主要因素 ,而相对分子质量小于 10 0 0的有机物对膜污染的影响较小 .尽管混凝能有效地去除相对分子质量较大的有机物 ,但混凝防止膜污染的效果与其投加量有密切的关系 .较低的混凝投加量 (2 5mg·L- 1 )防止膜污染的效果较差 ,较大的投加量 (>5 0mg·L- 1 )防止膜污染的效果较好 .UV2 54能更好地反映有机物对膜污染的影响程度 ,如何有效地去除这类有机物是防止膜污染的关键 .混凝防止膜污染的效果与去除相对分子质量大于 10 0 0的UV2 54的程度密切相关 .试验结果表明 ,混凝去除这类有机物的效果达到 5 0 %时 ,可有效地防止膜污染     

超滤工艺净化微污染原水的试验研究

采用混凝沉淀-超滤工艺对微污染原水进行试验,对组合工艺的除污染特性进行了研究。结果表明,组合工艺对浊度、颗粒物和藻类的去除效果非常好。出水浊度稳定在0.1NTU以下,水中粒径>2μm的颗粒数约19个/mL,藻类平均数量约为2.2×104个/L。在去除有机物方面,组合工艺对高锰酸盐指数、UV254和DOC的去除率分别为38.0%、15.2%和32.6%,其中对高锰酸盐指数的去除效果较为突出,出水高锰酸盐指数浓度为2.69~2.87mg/L。组合工艺去除的有机物是分子量大于3KD的大分子有机物,对小分子有机物去除效果不明显。其中,混凝沉淀主要去除了水中的疏水性有机物和亲水荷电有机物,超滤膜去除的有机物则以亲水中性有机物为主。在工艺运行期间,超滤膜的跨膜压差增加了约12.3%,跨膜压差的升高主要由被超滤膜吸附的小分子有机物产生。     

MIEX预处理技术对长江原水中有机物的去除效能

利用烧杯试验研究了磁性离子交换树脂（magnetic ion exchange resin,MIEX）预处理对长江原水中有机物的去除效能,以总溶解有机碳(DOC)、254 nm紫外吸收值(UV254)、有机物相对分子质量分布、有机物分级、紫外扫描以及消毒副产物生成量等指标进行表征.结果表明,长江水源水中的有机物主要为小分子亲水性有机物,其含量占有机物总量的50%以上;MIEX预处理可以有效降低水中有机物的含量,投加量为10 mL/L、接触时间为15 min时,DOC的去除率超过35%,相对分子质量和分级的测定结果表明,小分子亲水性部分有机物的去除导致了DOC去除效果的改善;从紫外扫描结果可看出,MIEX预处理对在190～250 nm波长时有强吸收的有机物去除效果非常明显,但对在高于250 nm波长处有吸收的有机物去除效果与混凝阶段的效果相近.     

磁性离子交换树脂对原水中有机物去除效能的研究

采用磁性离子交换树脂(MIEX)预处理原水中有机物的中试试验结果表明,MIEX技术可有效地去除原水中的有机物,对UV254,DOC和CODMn的去除率分别稳定在82%、66%和50%,MIEX预处理可以有效强化混凝沉淀对有机物、藻细胞和浊度的去除.与常规工艺相比,在混凝剂聚合氯化铝投加量降低56%时,该工艺对UV254和CODMn的去除率分别为90%和71%,对藻细胞数和浊度的去除率分别为99%和95%.对溶解性有机物分级和分子量分布的测定表明,MIEX预处理主要去除混凝沉淀无法有效去除的小分子区间的亲水性和疏水性有机物,可以有效控制消毒副产物的产生,MIEX预处理与混凝沉淀联用工艺出水的三卤甲烷生成势(THMFP)和卤乙酸生成势(HAAFP)比原水降低了88%和87%.     

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.     

Treatment of phosphate-containing oily wastewater by coagulation and microfiltration

The oily wastewater generated from pretreatment unit of electrocoating industry contains oils, phosphate, organic solvents, and surfactants. In order to improve the removal efficiencies of phosphate and oils, to mitigate the membrane fouling, coagulation for ceramic membrane microfiltration of oily wastewater was performed. The results of filtration tests show that the membrane fouling decreased and the permeate flux and quality increased with coagulation as pretreatment. At the coagulant Ca （OH）2 dosage of 900 mg/L, the removal efficiency of phosphate was increased from 46.4% without coagulation to 99.6%; the removal of COD and oils were 97.0% and 99.8%, respectively. And the permeate flux was about 70% greater than that when Ca（OH）2 was not used. The permeate obtained from coagulation and microfiltration can be reused as make-up water, and the recommended operation conditions for pilot and industrial application are transmembrane pressure of 0.10 MPa and cross-flow velocity of 5 m/s. The comparison results show that 0.2 μm ZrO2 microfilter with coagulation could be used to perform the filtration rather than conventional ultrafilter, with very substantial gain in flux and removal efficiency of phosphate.     

混凝对微滤膜处理含磷废水的影响

采用直接微滤和混凝-微滤2种工艺对高浓度含磷废水进行了处理.结果表明,混凝预处理减轻了膜孔堵塞污染,改善了膜表面沉积层的存在形态,提高了膜的渗透通量;与原水直接微滤相比,混凝-微滤组合工艺改进了出水水质,磷酸盐的去除率从11.0%提高到99.7%,出水满足国家一级排放标准;经过相同方法清洗后,混凝-微滤工艺的膜通量能恢复到初始通量的90%以上,而直接微滤工艺的膜通量只能恢复到初始通量的72%.     

混凝/微滤工艺用于青草沙水源水厂的生产废水回用研究

本文通过混凝/微滤工艺对青草沙水源水水厂的生产废水开展了回用处理研究,分析了常规污染物、微量有机物、金属离子的去除规律和消毒副产物生成趋势.结果表明,混凝预处理可以有效减缓膜污染;组合工艺对悬浮态物质如颗粒物、细菌、大肠杆菌等有较好的去除效果,去除率均达85%以上;对溶解性成分,尤其是Al和微量有机物去除效果不佳,去除率均低于20%.生产废水膜过滤后相同的消毒剂浓度时消毒副产物的生成趋势高于砂滤池和炭滤池出水.研究认为,青草沙水源水厂的生产废水净化后回用的最佳回用点是砂滤池前或活性炭生物滤池前.     

强化混凝去除黄浦江水有机物的试验研究

强化混凝去除有机物的效果与水源的分子量分布特性有着密切的关系.由于黄浦江水中低分子量的溶解性有机物占多数,因此,强化混凝处理有机物效果有限.对于＜1k分子量区间的有机物.增加混凝剂投量可有效去除紫外吸光值(UV254),但去除溶解性有机碳(DOC)的效果很差.尽管增加混凝剂投量和降低pH都能有效地去除有机物,但决定强化混凝效果的主要因素是pH,去除黄浦江水有机物的最佳pH范围为6～5.     

直接超滤和混凝-超滤组合工艺的膜污染比较

利用滤饼层过滤模型和膜孔窄化模型，结合国产中空纤维超滤膜对提取的天然腐植酸进行直接超滤和混凝－超滤2种工艺的试验结果分析，表明混凝预处理基本消除了膜孔污染，并且大大降低了膜表面滤饼层污染阻力，从而使超滤保持高渗透通量。另外，与原水直接超滤相比，混凝－超滤组合工艺对溶解性天然有机物的去除率较高，DOC去除率从28％提高到53％，UV254去除率从40％提高到78％。