膜污染与清洗技术

目前膜分离已在分离过程中成为最新的技术之一,但膜的污染问题限制着膜的广泛应用.因此,对膜污染以及膜清洗技术的研究具有重要意义.本文概述了膜污染的机理、预防措施及其清洗方法.     

膜曝气-生物膜反应器生物强化处理阿特拉津废水运行性能

在疏水SPG(shirasu porous glass)膜表面形成基因工程菌生物膜,构建SPG膜曝气-生物膜反应器(MABR)生物强化处理阿特拉津废水,考察MABR反应器稳定运行过程中污染物去除性能及其影响因素.结果表明,增大SPG膜孔径和曝气压力,能够提高曝气供氧能力,改善COD和阿特拉津生物强化去除效能.1.5μm疏水SPG膜在70 k Pa曝气压力下的最大供氧能力约为22.4 g·(m~2·d)~(-1).曝气压力为70 k Pa、水力停留时间(HRT)为1.5 h时,1.5μm膜MABR反应器COD平均去除率为80.1%,平均去除负荷为1.86 kg·(m~3·d)~(-1);阿特拉津平均去除率为62.5%,平均去除负荷为0.18 kg·(m~3·d)~(-1).进一步缩短HRT、增加进水负荷后,MABR反应器DO浓度显著下降,COD和阿特拉津去除效率大幅降低.DO浓度对阿特拉津去除的影响更为显著.随着MABR反应器的稳定运行,SPG膜表面单一基因工程菌生物膜逐渐演化为复杂微生物群落,但基因工程菌可以较好地存在于生物膜内,从而保持阿特拉津生物强化去除能力.     

氧化石墨烯高压膜的制备及其在水处理中的应用研究进展

氧化石墨烯(GO)是一种理想的二维结构分离膜材料.从GO结构性质入手,探讨了GO混合基质膜和GO层压膜(GO膜)的制备及其在水处理中的研究现状与前景.分析了GO的添加方式对混合基质膜性能的影响,未来需要进一步对GO表面的活性基团进行改性以提高其分散性和与聚合物的相容性,并加强GO及改性GO的添加方式对膜性能影响的研究.GO混合基质膜在一定程度上可克服传统聚合物膜的Trade-off效应,技术成熟度较高、应用前景较好.GO膜在水溶液中的不稳定性是其在水处理中应用中的瓶颈,在系统分析提高GO膜稳定性的方法的基础上,进一步指出需要探讨采用新型交联剂或多种稳定方法同步强化其稳定性的可行性,同时其在实际应用中的稳定性及长期运行效果需要进一步研究和验证,以利于开拓其应用.     

1株肠杆菌与硫肥联合施用对水稻积累镉砷的影响

为探究不同硫肥联合硫酸盐还原菌在长期淹水条件下对水稻积累镉（Cd）和砷（As）,以及对根表铁膜形成的影响,为中轻度Cd-As复合污染稻田安全生产提供参考.采用盆栽试验的方法,选取了硫磺和硫酸钙两种硫肥及具有硫酸盐还原能力的肠杆菌M5,设计单一施用及不同硫肥与菌株联合施用共6个处理.结果显示,同时基施硫酸钙和菌株的处理（CM5）降低水稻根际土中有效态Cd和As的效果均最好.淹水条件下基施硫肥或菌株会使早稻籽粒中Cd含量降低8%~51%,无机As含量降低42%~61%;使晚稻籽粒中Cd含量降低81%~92%,无机As含量降低41%~62%.其中,同时基施硫磺和菌株的处理（SM5）和CM5处理降低早、晚稻籽粒中Cd、As含量效果均最佳.SM5处理和CM5处理能促进水稻根表铁膜对Cd、As的吸附,二者ACA提取态Cd和As含量较CK显著增加,且CM5处理ACA提取态铁含量较CK也显著增加,说明同时基施硫酸钙和菌株会促进水稻根表铁膜的形成.结果表明,硫肥和菌株联合施用相较单一施用降低籽粒中Cd、As含量的效果更好,而同时基施硫酸钙和菌株是效果最佳且最为稳定的方法.     

膜曝气生物膜反应器数学模型的研究进展

污(废)水处理与资源化是控制水体污染、缓解水资源短缺的重要手段。高效的污水处理工艺是实现污水处理与资源化的关键。膜曝气生物膜反应器(membrane-aerated biofilm reactor, MABR)是一种集膜技术和生物膜技术于一体的新型污水处理技术,具有氧传质效率高、同步除碳脱氮等优势,因此在污(废)水处理领域得到广泛研究与应用。MABR数学模型是依托于数理逻辑方法的系统定量描述,对于深入解析MABR系统运行机理、优化工艺参数具有重要意义。通过回顾MABR数学模型的发展历程,从底层逻辑出发归纳概括了MABR数学模型涉及的主要过程(包括MABR传质过程模型和MABR反应过程模型);分析了MABR模型研究中的关键影响参数;总结了现有MABR模型研究中存在的问题,并对今后MABR数学模型的研究方向进行了展望。     

改性陶瓷膜催化PMS氧化的二级出水处理特性

以高效去除污水厂二级出水中溶解性有机物为目的,设计了两种由碳基催化剂(N-C、Fe/N-C)制成的高效渗透无损催化陶瓷膜(N-C-CM、Fe/N-C-CM),建立了复合催化膜原位活化过氧单硫酸盐(PMS)过滤体系,探明了复合催化膜的最佳反应条件.结果表明,在催化剂负载量为0.15g,PMS投加量为15mmol/L,pH值为9的条件下,相较PMS直接氧化结合原始陶瓷膜(VCM)过滤与N-C-CM原位活化PMS过滤体系,Fe/N-C-CM原位活化PMS过滤体系对二级出水中TOC、色度和UV₂₅₄去除率最高,分别为62.83%、81.42%、56.62%,出水浑浊度为0.00NTU.通过对比有无PMS时3种陶瓷膜在相同条件下过滤二级出水后的膜比通量、膜污染阻力分布与反冲洗后的膜通量恢复率,进一步证实了Fe/N-C-CM原位活化PMS过滤体系能减少膜表面污染物聚集,从而有效缓解膜污染.通过EPR进一步证实Fe/N-C-CM原位活化PMS过滤体系较PMS直接氧化结合VCM过滤与N-C-CM原位活化PMS过滤体系产生更多的SO₄^-?...     

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。     

高效选择性除铯的PVDF复合膜制备及优化

为实现对放射性核素铯（Cs）的高效去除,本研究基于表面接枝技术利用均苯三甲酰氯（TMC）在羟基化的PVDF微滤/超滤膜表面接枝了一层氨基化SiO₂,并通过SiO₂表面的氨基基团与Fe³⁺结合实现亚铁氰化铁（Ferrocyanide,FeCN）的负载,从而制备了FeCN/SiO₂/PVDF复合膜.基于膜表面的SEM与XPS表征考察了氨基化SiO₂的不同负载条件,研究发现粒径和浓度分别为300nm及0.4%时可实现SiO₂的最大负载量.对比不同亚铁氰化铁负载量下复合膜的水通量和Cs去除率,结果表明对微滤平板膜进行3次负载后过滤效果最好,可实现99.6%以上的Cs去除率,且XPS结果表明强酸及超声条件下该复合膜仍然具有良好的稳定性.复杂水质条件下的过滤实验表明,过滤前期由于对吸附点位的竞争使得溶液中共存离子半径与Cs越接近其对Cs截留率的影响越大;过滤后期在道南作用的影响下,随着共存离子水合离子半径提高,其对Cs的去除率的影响越大;天然有机质对水通量影响较大,对Cs去除率影响弱于共存离子.     

颗粒物对混凝过程及超滤膜污染的影响

以nm-SiO₂和μm-SiO₂体系为研究对象,使用3种不同Al形态的混凝剂（AlCl₃、Al₁₃和Al₃₀）进行混凝-超滤实验,考察不同pH值下SiO₂去除率、出水余Al及混凝预处理对膜通量的影响,借助马尔文激光粒度仪、SEM、BET和AFM表征絮体性质及在超滤膜表面的分布和作用力.结果表明,nm-SiO₂体系中SiO₂去除率均低于μm-SiO₂体系,在纳米颗粒物体系中投加混凝剂后膜通量从0.68分别提升至0.96（AlCl₃）、0.86（Al₁₃）和0.87（Al₃₀）,微米颗粒物体系中投加3种混凝剂后膜通量从0.79提升至0.80~0.84.微米级颗粒物是颗粒间的碰撞,纳米级颗粒物主要以团聚态的形式碰撞.低聚态铝（Al_a）和颗粒物形成絮体的粒径均大于150μm,体系zeta电位为负与膜表面产生斥力;在中性条件下Al₁₃与颗粒物形成絮体的强度因子远高于AlCl₃和Al₃₀,中聚态铝（Al_b）将膜孔内部较小颗粒物堵塞形成的不可逆膜污染转移成膜孔表面的可逆膜污染;高聚态铝（Al_c）具有较强吸附架桥和网捕卷扫能力,无定形、不规则的团聚态小颗粒在这一过程中形成较大絮体缓解膜污染.     

MBR处理猪场废水过程中抗生素抗性基因的去除

以猪场废水中典型的抗生素抗性基因(antibiotic resistant genes, ARGs)为研究对象,针对MBR工艺处理猪场废水,研究生物处理过程抗性基因去除及其与工艺参数的关系。膜生物反应器(membrane bio-reactor, MBR)小试装置对猪场废水中COD和TN的平均去除率分别达到95.5%和92.4%。在污泥龄(sludge retention time,30 d)较长时,MBR对ARGs的拷贝数去除率在1.5~2 logs,而将SRT缩短至15 d时去除率最高可达3.78 logs。环境因子(DO、pH、Temp、SS、COD、NH+₄-N和TN)对MBR出水中ARGs拷贝数和丰度的影响呈现出相同趋势。因此,通过降低SRT、提高DO、pH、和温度等措施,可以提高ARGs拷贝数和丰度的消减效率,具有实际应用价值和指导意义。