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.     

臭氧-生物活性炭对有机物分子量分布的影响

测定了南方某水厂中试规模的臭氧-生物活性炭工艺不同处理阶段(原水、沉淀水、砂滤水、臭氧化水、生物活性炭出水)有机物(TOC和UV254)的分子量(MW)分布.分析了原水中生物可同化有机碳(AOC)的分子量分布.结果表明,AOC主要属于天然有机物(NOM)中MW<1kDa的部分.MW<1kDa的部分占可溶解性有机碳(DOC)的53%～67%,而AOC只占DOC的2.65%～5.91%,表明去除大部分DOC的臭氧-生物活性炭工艺并不能有效去除AOC.     

臭氧对陶瓷膜超滤-生物活性炭组合工艺效果的影响

利用处理量为3L/d的臭氧陶瓷膜-生物活性炭(BAC)(工艺Ⅰ)和陶瓷膜-BAC(工艺Ⅱ)2种组合工艺处理受污染的原水,研究了工艺对原水中浊度、氨氮和有机物的去除效果,同时考察了臭氧对膜通量和BAC的影响.结果表明,未投加臭氧和2.0mg/L臭氧投加量下,两种组合工艺可去除原水中96%以上的浊度.组合工艺均可去除原水中1.0~2.0mg/L的氨氮.提高溶解氧浓度至30mg/L可强化氨氮的去除能力,两种组合工艺可至少彻底去除5.5mg/L的氨氮.投加2mg/L臭氧后,工艺Ⅰ可去除原水中48.3%的总有机碳(TOC)和51.8%的UV254.工艺Ⅱ对TOC和UV254的平均去除率分别为51.1%和48.2%.臭氧对浊度的去除无影响,但臭氧可改变部分有机物的结构,减轻膜的有机物污染.与未投加臭氧的工艺Ⅱ相比,投加臭氧使工艺Ⅰ中的膜通量提高了25%~30%.但残留臭氧可能影响后续BAC中的微生物,对BAC去除氨氮和有机物的能力产生不利影响.     

臭氧/活性炭协同作用去除二级出水中DON

为探讨臭氧氧化和活性炭吸附对城市污水厂二级出水中溶解性有机氮(DON)的去除机制,首先测定二级出水DON、溶解性有机炭(DOC)、UV254、pH值等指标.接着通过臭氧氧化试验和活性炭吸附试验来考察二级出水中DON、DOC和UV254变化,以及DON分子量分布和DON亲疏水性变化,并应用三维荧光光谱对二级出水中DON变化进行表征.结果表明,当臭氧投加量为8mg/L,DON的去除率大约为33.9%,DOC和UV254去除率约21.2%、66.7%;当活性炭投加量为2.0g/L,DON、DOC和UV254的去除率大约为43.4%、27.6%、92.2%;臭氧氧化和活性炭吸附组合试验时,对DON的去除率大约为83.3%和81.5%;臭氧氧化提高小分子量( 20kDa)的DON所占比例;活性炭吸附降低小分子量( 20kDa)DON所占比例为;臭氧氧化和活性炭吸附都提高亲水性DON所占比例,而降低疏水性和过渡性DON所占比例;三维荧光光谱证实,二级出水中DON变化与3个主要峰有关,分别代表物质为色氨酸类蛋白质、芳香族类蛋白质和富里酸类物质.     

臭氧组合工艺去除饮用水源水中有机物的效果

研究由臭氧氧化、生物处理、常规处理和活性炭吸附组成的臭氧组合工艺以及各单元工艺对饮用水源水中有机物的去除效果 .结果表明 ,由于预臭氧对有机物的氧化 ,减小了有机物的分子量 ,增加了可生物降解的有机物 ,从而强化了后续的生物处理和活性炭对有机物的去除 .整个工艺对有机物的控制能力很好 ,UV2 54、DOC、BDOC、AOC、THMFP和 HAAFP的去除率分别达到 95.1%、92.5%、98.4%、85.8%、63.1 %和 89.1% .预臭氧-生物陶粒的预处理对各有机物的去除效果在 50%左右 ,常规处理对各有机物的去除不尽相同 ,后臭氧 -活性炭对有机物的去除达到了 60 %左右 .     

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.     

污水厂二级出水中难凝聚有机物的臭氧化特性

以城市污水处理厂二级出水为原水,研究臭氧化处理对水中难凝聚有机物的去除效果.结果表明单独混凝对水中有机物的去除率较低,混凝过程中未被去除的有机物属于难凝聚有机物,加入臭氧进行氧化,随着臭氧投加量的增加,二级出水色度和UV254去除率逐渐增大,而DOC去除率变化较小.当臭氧投加量(以O3/DOC计)增加至1.5 mg·mg-1时,色度、UV254和DOC的去除率分别为45%、34%和20%,说明臭氧易于与不饱和结构有机物反应,而直接氧化的矿化能力较弱.为进一步明确二级出水有机物种类和含量的变化,测定了混凝和不同臭氧投加量下有机物的相对分子质量和三维荧光光谱.结果表明混凝对有机物含量的影响很小,而臭氧能够优先氧化分解难凝聚有机物中的大分子物质,明显减弱腐殖质类物质的荧光峰强度,但不改变荧光峰位置.同时采用光电子能谱分析有机物结构的变化规律,结果表明混凝能够去除含羧基类官能团有机物,而臭氧则易于与含苯环类难凝聚有机物反应,随着臭氧投加量的增大,脂肪类饱和有机物含量有所升高.     

一体式粉末活性炭-微滤组合工艺的除污染效能

研究了一体式粉末活性炭-微滤(PAC-MF)组合工艺对有机物、农药和氨氮的去除效果,并量化了粉末活性炭-微滤工艺中PAC、微生物和MF分别对去除污染物的贡献.结果表明,PAC-MF组合工艺对TOC、UV254、以及THMFP和HAAFP的平均去除率分别为73.56%、96.75%、77.64%、83%,对敌敌畏的平均去除率为95.1%,对氨氮的平均去除率可达98%.粉末活性炭-微滤工艺中,活性炭能够使膜的有机负荷降至膜直接过滤工艺的28.32%,膜表面的炭层对污染物有去除作用;活性炭在一次性高浓度的投加方式下,可以提高活性炭对氨氮的吸附作用,使对氨氮的去除率达44.5%.     

臭氧-生物活性炭系统处理印染废水低温启动研究

为探讨低温条件下臭氧-生物活性炭系统处理印染废水的挂膜启动方法,采用臭氧氧化、活性炭吸附、生物氧化、活性炭生物再生共同作用,对印染废水二级处理出水进行深度处理。实验结果表明:低温条件虽然延长了系统的挂膜启动时间,但不影响挂膜质量,22 d后挂膜启动完毕,浊度、色度、COD去除率分别为68.76%、73.2%、60%,出水水质良好且稳定。     

生物活性炭工艺深度处理丹江口水库水的中试

活性炭过滤是饮用水深度处理的重要工艺,其中滤速、炭层高度、温度和炭龄是影响活性炭滤池运行效果的关键因素. 以丹江口水库水为处理对象,以混凝-沉淀-砂滤出水作为炭滤池进水,以高锰酸盐指数和UV₂₅₄去除率为评价指标,考察2011年4月—2013年5月取自北京某水厂的新炭、1年炭、3年炭和5年炭(2011年5月时炭龄)对水中有机物的去除效果. 结果表明,随着滤速的增大,有机物去除率降低;活性炭炭柱滤速为8 m/h时,高锰酸盐指数和UV₂₅₄去除率分别为41.9%和41.2%,能够获得较好的处理效果. UV₂₅₄去除率随总炭层高度的增大而增大. 随着炭层高度的增加,单位高度活性炭滤料对UV₂₅₄的去除率降低.夏季高温期,1年炭对高锰酸盐指数和UV₂₅₄的去除率分别为44.2%~57.4%和38.5%~53.1%,高于其在冬季低温期的去除率(38.9%~51.1%和31.7%~45.5%). 活性炭在使用初期,主要依靠吸附作用去除有机物;随着使用年限的增长,活性炭的生物载体作用日益明显,生物作用占主导地位,炭龄对有机物去除效果的影响变小,不同炭龄活性炭的处理效果差异不大,可适当延长活性炭的使用年限,降低处理成本.      

二氧化氯预氧化对三氯乙醛前体物的去除与机制研究

以我国南方某水源水为研究对象,研究不同二氧化氯投加量下三氯乙醛(CH)前体物的去除情况,并对其去除机制进行分析.结果表明:当二氧化氯投加量为0.4 mg·L~(-1)时,CH生成势(CHFP)去除率最高,为14.3%,同时比CH生成势(SCHFP)亦有大幅削减,且二氧化氯预氧化对浊度和SUVA_(254)亦有较好的去除效果,但对COD_(Mn)去除效果不明显,DOC、UV_(254)则有小幅上升.二氧化氯去除CH前体物的机制是通过将含C=C双键和C=O双键的不饱和芳香性蛋白质类及微生物代谢产物类亲水性物质氧化降解或转化为其他非CH前体物的物质,从而使CH的生成量减少.     

混凝-吸附处理黄河水及对氯消毒中氯衰减的影响

选用2种无机高分子混凝剂聚合氯化铁(PFC)和聚合氯化铝(PAC)处理黄河水,考察了混凝剂的投加量对浊度、UV254、DOC和高锰酸盐指数的去除效果,并结合混凝出水的Zeta电位分析其混凝机制.选择粉末活性炭与混凝联用,研究了混凝剂和吸附剂投加量以及二者的投加顺序对有机物去除效果的影响,并对混凝吸附后出水进行加氯消毒,考察水中残余氯随时间的变化.结果表明,2种混凝剂均有较高的浊度去除率(﹥90%).PAC对UV254、高锰酸盐指数和DOC的去除率分别为29.2%、26.1%和27.9%;PFC对三者的去除率分别为32.3%、23.3%和32.9%.PAC在混凝过程中,电中和作用占主导地位;PFC在混凝过程中,吸附架桥和电中和同时发挥作用.混凝-吸附联用处理黄河水样时,有机物的去除率随混凝剂和吸附剂投加量的增加而升高.先混凝后吸附工艺对UV254和DOC的去除效果优于先吸附后混凝工艺.先使用PAC混凝后吸附对UV254和DOC的去除率分别为95.2%和99.9%;对于PFC,先混凝后吸附对UV254和DOC的去除率分别为90.1%和99.9%.但是先投加粉末活性炭能提高矾花的沉降性能,且处理出水在保持持续消毒效果方面优于前者.     

Microbial community characterization, activity analysis and purifying efficiency in a biofilter process

The growth and metabolism of microbial communities on biologically activated carbon(BAC) play a crucial role in the purification of drinking water.To gain insight into the growth and metabolic characteristics of microbial communities and the efficiency of drinking water treatment in a BAC filter,we analyzed the heterotrophic plate count(HPC),phospholipid,dehydrogenase,metabolic function and water quality parameters during start-up and steady-state periods.In the start-up process of the filter with natural biofilm colonization,the variation in heterotrophic plate count levels was S-curved.The total phospholipid level was very low during the first 5 days and reached a maximum value after 40 days in the filter.The activity of dehydrogenase gradually increased during the first 30 days and then reached a plateau.The functional diversity of the microbial community in the filter increased,and then reached a relatively stable level by day 40.After an initial decrease,which was followed by an increase,the removal rate of NH4+-N and COD Mn became stable and was 80% and 28%,respectively,by day 40.The consumption rate of dissolved oxygen reached a steady level after 29 days,and remained at 18%.At the steady operation state,the levels of HPC,phospholipid,dehydrogenase activity and carbon source utilization had no significant differences after 6 months compared to levels measured on day 40.The filter was shown to be effective in removing NH4+-N,NO2--N,COD Mn,UV 254,biodegradable dissolved organic carbon and trace organic pollutants from the influent.Our results suggest that understanding changes in the growth and metabolism of microorganisms in BAC filter could help to improve the efficiency of biological treatment of drinking water.     

混凝和活性炭吸附去除微污染水源水中DON的研究

溶解性有机氮(dissolved organic nitrogen,DON)作为饮用水中新兴氮消毒副产物(nitrogenous disinfection by-products,N-DBPs)的前体物逐渐受到国内外学者的关注.为探讨混凝和活性炭吸附对微污染水源水中DON的去除机制,首先测定原水中DON、溶解性有机炭(dissolved organic carbon,DOC)、NH4+-N、UV254、pH和溶解氧(dissolved oxygen,DO)等指标和DON、DOC分子量分布;接着通过混凝和活性炭吸附试验来考察原水中DON、DOC和UV254变化,并应用三维荧光光谱对原水中DON变化进行表征.结果表明,微污染水源水中DON、DOC和UV254分别为1.28 mg.L-1、8.56 mg.L-1和0.16 cm-1,DOC与DON比值(DOC/DON)为6.69 mg.mg-1,SUVA为1.87 m-1.(mg.L-1)-1;小分子量(<6 000)DON占较高比例约为68%,大分子量(>20 000)DON占的比例为22%;当混凝剂投加量为10 mg.L-1,DON的去除率大约为20%,DOC和UV254去除率约26%、70%;当活性炭投加量为1.0 g,DON、DOC和UV254的去除率大约为60%、35%、100%;混凝和活性炭吸附组合试验时,对DON、DOC的去除率大约为82%和64%;三维荧光光谱证实,原水中DON变化与3个主要峰有关,分别代表物质为色氨酸类蛋白质、芳香族类蛋白质和富里酸类物质.     

Comparison of different combined treatment processes to address the source water with high concentration of natural organic matter during snowmelt period

The source water in one forest region of the Northeast China had very high natural organic matter (NOM) concentration and heavy color during snowmelt period. The efficiency of five combined treatment processes was compared to address the high concentration of NOM and the mechanisms were also analyzed. Conventional treatment can hardly remove dissolved organic carbon (DOC) in the source water. KMnO₄ pre-oxidization could improve the DOC removal to 22.0%. Post activated carbon adsorption improved the DOC removal of conventional treatment to 28.8%. The non-sufficient NOM removal could be attributed to the dominance of large molecular weight organic matters in raw water, which cannot be adsorbed by the micropore upon activated carbon. O₃ + activated carbon treatment are another available technology for eliminating the color and UV₂₅₄ in water. However, its performance of DOC removal was only 36.4%, which could not satisfy the requirement for organicmatter. The limited ozone dosage is not sufficient to mineralize the high concentration of NOM. Magnetic ion-exchange resin combined with conventional treatment could remove 96.2% of color, 96.0% of UV₂₅₄ and 87.1% of DOC, enabling effluents to meet the drinking water quality standard. The high removal efficiency could be explained by the negative charge on the surface of NOM which benefits the static adsorption of NOM on the anion exchange resin. The results indicated that magnetic ion-exchange resin combined with conventional treatment is the best available technology to remove high concentration of NOM.     

DNBF-O3-GAC组合工艺深度脱除氮磷及代谢产物

为提高污水厂尾水水质,本研究采用新型缓释碳源复配海绵铁、活性炭作为反硝化生物滤池的复合填料,分别以模拟二级处理出水和实际污水厂尾水为进水,考察了复合缓释碳源填料反硝化生物滤池-臭氧-活性炭(DNBF-O_3-GAC)组合工艺同步脱氮除磷及去除微生物代谢产物的性能,并借助Mi Seq高通量测序技术分析了反硝化生物滤池生物膜中的微生物群落结构特征.结果表明,组合工艺取得了较好的脱氮除磷及微生物代谢产物的效果:模拟配水阶段和实际尾水阶段NO_3~--N平均去除率分别达到88.87%、79.99%;TP平均去除率分别达到87.67%、65.51%;UV254平均去除率分别达到45.51%、49.23%.组合工艺各处理单元具有不同的功能:NO_3~--N、TN、TP、TFe的变化主要发生在反硝化生物滤池反应器中;UV254、三维荧光强度的变化主要发生在臭氧-活性炭反应器中.微生物在属水平进行聚类分析结果表明,反硝化脱氮系统存在硫自养反硝化菌和异养反硝化菌,当实际尾水阶段碳源相对不足时,硫自养反硝化作用有了显著加强,Thiobacillus(硫杆菌属)的占比由7.44%上升至29.62%,硫自养反硝化与异养反硝化形成的这种互补作用延长了新型缓释碳源的使用周期.     

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.     

两级臭氧-活性炭组合工艺净化太湖水中试研究

采用两级臭氧-活性炭组合工艺在以太湖水为水源的某水厂进行深度处理中试研究。结果表明:该组合处理工艺对有机污染物有稳定的去除效果,在预臭氧投加量为0.5 mg/L、主臭氧投加量为0.7 mg/L下,相对于原水对CODMn,UV254(紫外吸光度),DOC,THMEP,氨氮,亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的平均去除率分别为47.06%,80%,31.92%,58.9%,65.5%,81.25%和9.1%,出水满足GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》的要求,炭滤池出水中臭氧消毒副产物均低于标准限值,组合工艺对有害物质冲击负荷有一定的抵抗能力。     

Advanced treatment of wet-spun acrylic fiber manufacturing wastewater using three-dimensional electrochemical oxidation

A three-dimensional electrochemical oxidation(3D-EC) reactor with introduction of activated carbon(AC) as particle micro-electrodes was applied for the advanced treatment of secondary wastewater effluent of a wet-spun acrylic fiber manufacturing plant. Under the optimized conditions(current density of 500 A/m~2, circulation rate of 5 mL/min, AC dosage of 50 g, and chloride concentration of 1.0 g/L), the average removal efficiencies of chemical oxygen demand(COD_(cr)), NH3–N, total organic carbon(TOC), and ultraviolet absorption at 254 nm(UV_(254)) of the 3D-EC reactor were 64.5%, 60.8%, 46.4%, and 64.8%, respectively; while the corresponding effluent concentrations of COD_(cr), NH_3–N, TOC, and UV_(254) were 76.6, 20.1, and42.5 mg/L, and 0.08 Abs/cm, respectively. The effluent concentration of COD_(cr) was less than 100 mg/L, which showed that the treated wastewater satisfied the demand of the integrated wastewater discharge standard(GB 8978-1996). The 3D-EC process remarkably improved the treatment efficiencies with synergistic effects for COD_(cr), NH_3–N, TOC, and UV_(254) during the stable stage of 44.5%, 38.8%, 27.2%, and 10.9%, respectively, as compared with the sum of the efficiencies of a two-dimensional electrochemical oxidation(2D-EC) reactor and an AC adsorption process, which was ascribed to the numerous micro-electrodes of AC in the 3D-EC reactor. Gas chromatography mass spectrometry(GC–MS) analysis revealed that electrochemical treatment did not generate more toxic organics, and it was proved that the increase in acute biotoxicity was caused primarily by the production of free chlorine.     

碳纳米管改性PVDF中空纤维超滤膜处理二级出水抗污染性能研究

采用碳纳米管改性PVDF中空纤维超滤膜以缓解膜污染.考察了CNTs的乙醇分散液浓度、CNTs尺寸和负载量对改性中空纤维膜的抗污染性能和改性膜内表面CNTs层稳定性的影响,分析了该改性膜对二级出水DOC、UV254的去除效果,并对改性膜出水的荧光特性进行了表征.结果表明,选用体积分数为50%的乙醇分散液、外径为30~50 nm碳纳米管、负载量为3 g·m-2时,制备的改性中空纤维膜CNTs层稳定,抗污染能力显著提高.与未改性膜相比,改性膜对二级出水DOC和UV254的去除率分别提高了37%和56%;且对二级出水中的腐殖类和蛋白质类物质去除能力明显增强.