臭氧对膜法水处理中膜污染的影响

膜过滤是一种高效水处理技术,包括污水处理中的膜-生物反应器（membrane bioreactor,MBR）和针对二级生物处理出水（生产再生水）、地表水（生产饮用水）的膜过滤工艺等,其中膜污染是制约膜工艺应用的一个主要问题.臭氧具有强氧化性,在水处理上得到了广泛的应用.近十几年来,针对臭氧-膜过滤组合工艺的研究正变得越来越多,因此本文对这些研究进行了系统综述与分析.在MBR组合臭氧控制膜污染方面的研究中,目前结论相对较少.可以通过对MBR进水预臭氧化或者投加适量臭氧到MBR混合液这2种方式来减轻MBR膜污染.在针对微污染水的臭氧-膜过滤组合工艺中,根据臭氧的功能和结构形式主要分为3种,分别是污染膜臭氧清洗、分离式臭氧-膜工艺和一体式臭氧-膜工艺.绝大部分报道认为臭氧可以有效地控制膜污染的发展,但也有少数投加臭氧后膜污染加剧的情况.目前,臭氧化影响膜污染机制的研究主要集中在有机物方面,根据原水水质和工艺结构参数等的不同,颗粒物、微生物和无机物质也在这个过程中起着相应的作用.另外,在迄今为止的研究中,还缺乏对于臭氧投加方式和分散方式的统一衡量和比较标准.作者建议应该加强对一体式臭氧-膜组合工艺的研究,并且要注意臭氧投加的工艺经济性.     

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.     

臭氧-混凝-聚四氟乙烯中空纤维膜集成工艺研究

研究了臭氧-混凝与聚四氟乙烯中空纤维膜集成工艺对有机物的去除及其膜污染特性。实验以聚铝为混凝剂,膜孔径为0.12μm,膜面积为6 m2。结果表明:O3投加量3.0 mg/L时膜污染下降率达24.4%;同时臭氧可促进工艺对有机物的去除,投加臭氧后消毒副产物前体物和UV254去除率增加了1倍,DOC的去除率由30%升高至44.7%,分子量为800~3 000 Da的大分子有机物转化为300~400 Da的小分子有机物。     

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%.     

预臭氧化对二级出水微滤过程中膜有机物污染的影响

在二级出水溶解性有机物（secondary effluent organic matter,EfOM）的微滤过程中,多种因素均与膜的有机污染相关,比如总有机物的含量,溶解性有机物的亲疏水性组成等.本文主要研究了在二级出水微滤过程中溶解性有机物的膜污染,以及预臭氧化对二级出水溶解性有机物性质的影响进而对膜有机污染的影响....     

臭氧/陶瓷膜工艺在水处理中的研究进展

臭氧/陶瓷膜组合工艺作为一种高效水处理技术,自2003年首次使用以来取得了快速发展。为进一步推动臭氧/陶瓷膜组合工艺在我国的深入研究与广泛应用,探讨了陶瓷膜对臭氧的催化机理及工艺效果。通过整理国内外近年来臭氧/陶瓷膜组合工艺在膜污染控治、污染物去除以及消毒副产物降解等方面的研究,并结合机理研究对工艺的发展方向进行了展望,指出陶瓷膜材料的制备与改性、膜孔"限域"空间的应用、臭氧曝气等将是臭氧/陶瓷膜技术的重要研究方向。     

深圳市夏季臭氧污染研究

以2009年8月为例分析了深圳市夏季臭氧污染情况及污染气象特征,基于二维空气质量模式对臭氧污染控制进行数值模拟. 结果表明:深圳市８月各监测点均存在臭氧超标现象,污染形势严峻;副热带高压控制和热带气旋外围下沉气流是造成夏季出现高浓度臭氧的主要天气过程,此时大气边界层混合层高度在500～800 m,且近地面风速约在5 ms以内,不利于污染物扩散;臭氧的生成受前体物挥发性有机物(VOC)和氮氧化物(NO_x)排放的共同影响,其中VOC排放的影响较大,深圳市臭氧控制应以降低VOC排放量为重点,模拟得出对VOC和NO_x按25∶1～40∶1的比例协同减排可有效降低臭氧污染.      

深圳市一次典型春季臭氧污染事件成因研究

以往珠三角地区臭氧污染普遍发生在秋季,但近年来春季臭氧污染事件不断发生,并且污染出现时间愈发提前.本研究聚焦于深圳市2022年春季（2月26日）一次臭氧污染过程,系统性地分析了此次臭氧污染过程的主要成因与关键驱动因素.结果表明,在春季臭氧污染的形成过程中,气象条件扮演着重要角色,在高压天气系统影响下的强太阳辐射、高温、低湿和低风速是导致此次臭氧污染的重要因素.通过臭氧的垂直观测数据分析发现,夜间残留层中的高浓度臭氧能够在上午时段混入边界层内,加速地面臭氧浓度累积.此外,通过臭氧前体物浓度的变化特征分析发现,在污染日的下午时段出现臭氧及其前体物浓度的快速升高,推测为上风向区域的外部输送贡献加强,这也是导致此次春季臭氧污染发生的重要原因.敏感性分析表明,污染日的臭氧生成主要受VOCs控制,但在污染加剧时受到NO_x控制,因此,对春季臭氧污染的 防控需要从区域角度开展VOCs和NO_x的协同减排与治理.     

臭氧-CNT膜改性联用工艺对PVDF中空纤维膜污染进程的缓解

采用碳纳米管(carbon nanotube,CNT)对聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)中空纤维超滤膜进行改性,结合臭氧预氧化技术,考察了臭氧-CNT膜改性联用工艺对PVDF中空纤维膜污染进程的缓解作用,研究了CNT负载量和臭氧投量对中空纤维膜组件通量变化和抗污染性能的影响.结果表明,CNT负载量为3 g·m-2、臭氧投量(以O3/DOC计)为0.22mg·mg-1时,临界通量下[144 L·(m2·h)-1],膜组件单位面积过水量达到850 L·m-2,相比原始超滤膜过水量提高了4.5倍;低通量[18 L·(m2·h)-1]下运行15d,膜组件单位面积过水量达到3000 L·m-2,相比原膜单位过水量提高近10倍.使用共聚焦激光扫描电镜观测污染膜表面,结果表明,运行压力增长最快的原膜表面污染层内活菌数量最多;臭氧氧化与CNT膜均能够减少膜表面污染层内的微生物总量和活菌数量,从而缓解了运行压力的增长.臭氧氧化后CNT层的存在,进一步减少了膜表面污染层内的活菌数量,同时截留了部分死菌,但截留的死菌与运行压力增长无明显相关性.     

广东省臭氧污染特征及其来源解析研究

使用广东省近年大范围长期连续臭氧观测数据分析了珠三角与广东省的臭氧污染特征,并使用NAQPMS模型研究了广东省与典型城市不同季节的臭氧来源情况.结果表明:2014—2016年广东省的臭氧污染局部在改善.珠三角的臭氧浓度水平总体高于粤东西北地区,广东省臭氧总体上呈现出珠三角中南部和粤东东部部分地区较高、粤西污染相对较轻的分布态势.广东省的臭氧夏秋季浓度较高,冬春季浓度较低.广东省臭氧主要来源于本地排放,夏季占比为57%,其余季节约占40%,臭氧的跨省输送特征明显.珠三角西南部春夏季臭氧本地贡献约为50%,但秋冬季仅占19%~28%.若要减轻广东的臭氧污染,建议实施臭氧消峰行动,即在夏秋季节严控珠三角地区的臭氧前体物排放,特别是珠三角中部广州、佛山与东莞等城市的排放要重点控制.同时,强化粤东西北地区与周边省份的协同减排.     

一次污染物对臭氧生成的影响研究

利用OZIPR模式模拟研究一次污染物对φ(O₃)的影响,研究设计3组比较方案:VOC和NO_x初始浓度比,VOC和NO_x排放比以及VOC排放中各组分所占比例的变化对臭氧生成浓度的影响.结果表明:随着VOC与NO_x初始浓度比和排放比的增大,φ(O₃)增长速率提高,其最大值出现时间提前,并且呈现先上升后下降的变化规律.结合O₃等浓度线分析认为,深圳市O₃污染属于VOC敏感型,控制VOC是控制φ(O₃)的有效途径.改变VOC组分的研究表明,控制VOC排放时应重点控制含乙烯、二甲苯、三甲苯较多的污染源.      

我国PM2.5与臭氧污染协同控制策略研究

近年来,我国大气污染格局发生了深刻变化,PM_2.5与臭氧（O₃）成为影响我国城市和区域空气质量的主要空气污染物,二者协同控制已成为我国空气质量改善的焦点和打赢蓝天保卫战的关键.PM_2.5与臭氧之间具有复杂的关联性,使得二者的协同控制具有复杂性与艰巨性.分析了PM_2.5与臭氧成因的关联性及其相互影响,阐明了PM_2.5与臭氧污染协同控制所涉及的重要科学问题,并在此基础上研究了目前我国PM_2.5与臭氧的污染形势及二者的关联性,梳理了我国自2013年以来在PM_2.5与臭氧污染控制中已采取的重要举措,论述了目前我国PM_2.5与臭氧协同控制在科学与管理上所面临的挑战.结合对国外成功经验的分析,提出推进我国PM_2.5与臭氧污染协同控制工作的相关建议:①加快监测能力建设,完善管理体系;②强化科技支撑,提高PM_2.5与臭氧污染控制精准性;③加快构建VOCs与NO_x治理技术体系;④加大VOCs与NO_x的协同减排力度,保障减排方案落实到位.      

深圳地区臭氧污染来源的敏感性分析

利用美国EPA开发的区域多尺度空气质量模式CMAQ对2008年8月发生在深圳地区的臭氧污染过程进行模拟,运用源敏感性识别工具DDM-3D分析深圳本地排放源及周边地区排放源对深圳地区臭氧污染形成的敏感性.研究表明,VOCs人为源排放对深圳臭氧形成敏感度高,控制深圳臭氧污染的关键在于控制VOCs人为源排放,控制重点应放在化学品/橡胶/塑胶、印刷、电子产品制造、家具、玩具、制鞋、建筑涂料使用、家用溶剂等方面;深圳的臭氧污染具有区域特征,在不利天气条件下,需与周边城市协调控制才能达到8h平均浓度120μg/m3的目标.     

我国中东部地区2015—2020年夏半年PM2.5和臭氧复合污染气象特征分析

为了解我国夏半年大气复合污染特征及其与气象条件的关系,基于2015—2020年夏半年(4—10月)空气质量监测、常规气象观测等资料,结合统计学方法与主观经验开展对比分析. 结果表明:分析时段内我国大气污染呈单污染比例升高、臭氧(O₃)与PM_2.5污染“双高”污染事件减少的特征,中东部大部分地区O₃超标日数增加、PM_2.5超标日数减少的“跷跷板”效应十分明显. 通过对污染过程的分析发现,区域O₃污染持续性特征明显,其中京津冀及周边地区持续时间超过10 d的O₃污染过程共有6次,最长持续时间为15 d. 与之相比,复合污染过程表现出离散性(区域污染过程少)、间歇性(持续性过程少)的特征. 区域O₃污染过程发生时的气象条件一般为最高温度较高、风速较小、混合层高度较低,但东北地区在大气扩散条件较好的情况下仍会出现区域O₃污染. 通过对地面天气分型的分析发现,均压场型和低压控制型为O₃污染出现时最主要的两种地面天气形势,高压控制型下出现O₃污染的概率相对较低,京津冀及周边地区在倒槽控制下也有一定概率的O₃污染出现. 研究显示,我国中东部地区夏半年O₃污染影响显著,关注不同地区O₃污染与气象条件之间的相关性对于大气复合污染防控有一定积极意义.      

我国地级及以上城市臭氧污染来源及控制区划分

为划分我国臭氧污染控制区,制定更加科学合理的臭氧污染控制措施,根据2018年地面臭氧浓度监测数据,分析了全国338个地级及以上城市的臭氧超标情况,利用TCEQ方法计算出各城市的本地生成O₃量与区域传输O₃量,对本地生成O₃量与O₃日最大8 h平均值进行相关性分析,根据决定系数（R²）确定了各城市臭氧污染的主要来源.结果表明,2018年全国共有121个城市O₃浓度超标,超标率达35.8%;104个城市本地生成O₃对当地O₃污染影响较大,是O₃污染的主要来源;另外234个城市O₃污染的主要来源则以区域传输O₃为主.利用城市O₃超标情况与O₃污染来源将城市分为4类：超标-以本地生成O₃为主的城市（N-L）、超标-以区域传输O₃为主的城市（N-T）、达标-以本地生成O₃为主的城市（S-L）和达标-以区域传输O₃为主的城市（S-T）.最终根据各个省份中4类城市的占比,将全国划分为3类控制区：重度控制区、中度控制区及一般控制区.重度控制区中的N-L城市在3类控制区中占比最多（20.3%）,污染最为严重;中度控制区中4类城市的占比均属于中等水平;一般控制区中S-T城市占比最多（65.4%）,污染程度较轻.     

台风“安比”对河北东南部地区一次O3污染影响的特征分析

利用欧洲中心ERA-Interim数据以及河北省环境监测站、气象站观测资料,对2018年7月22—24日台风"安比"影响河北前后的一次O_3污染过程的生成、维持、清除进行动力分析,结果如下:台风外围的副热带高压天气型结构有利于河北南部地区污染物的积聚,其演变对预报大气光化学污染具有重要的意义;台风降水对O_3污染有非常好的清除作用,降水量越大,清除效果越好;高压带内部的高温有利于光化学反应,有利于O_3污染的形成;近地层的弱风辐合场与下沉气流的双重作用对O_3污染形成有很好的贡献;旋转形变效应(ds)负值区与河北中南部O_3污染区域对应;动力条件促使湍流运动加强,对O_3污染的清除有很好的作用.通过相关系数检验发现石家庄、邢台5 cm土壤温度和臭氧小时浓度相关性较高(相关系数0.75～0.85),由于土壤温度增加速度低于地表温度增加速度,臭氧浓度增加速度也低于地表温度增加速度,因此5 cm土壤温度比地表温度更及时反映了臭氧光化学反应强度.     

欧洲环境空气臭氧污染防治历程、经验及对我国的启示

随着《大气污染防治行动计划》和《打赢蓝天保卫战三年行动计划》的深入实施,我国环境空气质量总体得到明显改善,大气颗粒物污染整体减轻,与此同时臭氧污染问题逐渐凸显,臭氧已成为继PM_2.5后影响城市空气质量改善和达标管理的另一主要空气污染物.欧洲作为国际上较早开始关注臭氧污染的地区之一,虽然尚未完全解决这一问题,但已取得了一定成效并积累了较为丰富的经验.目前我国的臭氧污染防治工作尚处于起步阶段,面临着多方面的挑战,研究欧洲臭氧污染防治经验对推进我国臭氧防控具有重要的指导意义.该研究全面收集和整理了欧洲国家臭氧污染防治相关法律法规、标准和管理制度等资料,梳理欧洲国家臭氧污染防治历程,分析欧洲国家臭氧前体物排放量变化趋势及臭氧污染演变特征;在此基础上,总结欧洲臭氧污染防治经验,结合对我国目前开展的臭氧污染防治工作以及存在不足的分析,得出对我国臭氧污染防控的几点启示:①加强臭氧污染防治顶层设计;②完善基础支撑科技能力建设;③深化臭氧污染防治科学研究;④加快长效环境行动计划的制定;⑤构建区域协调与协作机制.      

我国典型钢铁工业城市夏季臭氧污染来源解析研究

邯郸与其周边城市相比,臭氧(O₃)污染最为严重.基于观测数据分析夏季邯郸O₃浓度的时空特征,结果显示:观测期间邯郸O₃超标天数比率为86.7%,各区县O₃浓度分布存在差异,高温、低湿和偏南贴地气团传输是此次O₃连续污染的主要成因.继而,以CAMx-OSAT模型模拟方法进行O₃来源解析,溯源分析显示:邯郸O₃污染具有明显区域性特征,本地源对市域O₃贡献为43.9%,对主城区贡献明显增加(46.5%),但对O₃污染最严重郊县成安却有所下降(37.4%),来自河南地区的贡献占有重要比例;O₃污染过程中,本地源对主城区贡献显著升高(54.0%).本地源排放中,移动源对月均O₃贡献最高,而钢铁源是O₃污染过程最大贡献源.邯郸主城区光化学O₃生成主要受VOCs敏感区控制;O₃污染过程在NO_x敏感区内生成的O₃占比相对月均情况有所升高.