TiO2光催化对微滤去除腐殖酸的膜污染控制研究

着重研究了不同紫外灯光源和照射时间条件下,TiO2光催化（PCO）对微滤去除腐殖酸过程中的膜污染控制,并探讨了膜污染的控制机理。研究结果表明,TiO2光催化能有效提高微滤对腐殖酸的去除,同时降低膜通量的下降,起到有效控制膜污染的作用。进一步的实验分析表明,TiO2光催化控制膜污染的主要机理在于将腐殖酸降解为易于被TiO2吸附的小分子量物质,吸附腐殖酸降解产物后的TiO2聚合颗粒粒径增大,易于在膜表面形成更为松散的沉积层,并使膜污染从以膜孔堵塞和沉积层污染为主转化为以沉积层污染为主的可逆性污染。     

二沉池出水有机物表征及膜污染机理分析

采用树脂分级将二沉池出水有机物(effluent organic matter, EfOM)根据官能团分类,采用红外光谱、荧光光谱、排阻色谱等多种表征方式对EfOM及其分级组成的化学组成进行分析。考察了EfOM及其分级组成的膜通量随时间的变化曲线,研究了二沉池出水主要的膜污染组分以及膜污染模型机理。结果表明,憎水性有机物组分(hydrophobic, HPO)主要为芳香烃类有机酸,胶体有机物组分(organic colloidal, OC)主要为蛋白质类有机物,过渡亲水性有机物组分(transphilic,TPI)主要是有机酸和多糖。膜污染严重程度依次为OCEfOMHPOTPI,在过滤初期,OC和EfOM中的大分子有机物会快速堵塞膜孔并引起膜通量的剧烈下降。另外,OC和TPI组分会与膜表面发生相互作用,导致不可逆膜污染偏高。对于实际水体EfOM及其各分级组分,滤饼层过滤是超滤后期主要膜污染机理,超滤实验初期的膜污染可能是多种膜污染机理共同作用的结果。研究识别了EfOM的主要污染成分和主要膜污染机理,为超滤工艺深度处理二沉池出水提供了理论指导。     

TiO_2光催化对微滤去除腐殖酸的膜污染控制研究

着重研究了不同紫外灯光源和照射时间条件下,TiO_2光催化(PCO)对微滤去除腐殖酸过程中的膜污染控制,并探讨了膜污染的控制机理。研究结果表明,TiO_2光催化能有效提高微滤对腐殖酸的去除,同时降低膜通量的下降,起到有效控制膜污染的作用。进一步的实验分析表明,TiO_2光催化控制膜污染的主要机理在于将腐殖酸降解为易于被TiO_2吸附的小分子量物质,吸附腐殖酸降解产物后的TiO_2聚合颗粒粒径增大,易于在膜表面形成更为松散的沉积层,并使膜污染从以膜孔堵塞和沉积层污染为主转化为以沉积层污染为主的可逆性污染。     

粉末活性炭-超滤组合工艺对二级出水中污染物的去除及膜污染机制研究

采用粉末活性炭(PAC)-超滤(UF)组合工艺处理污水处理厂二级出水,探讨不同PAC投加量下PAC-UF组合工艺对溶解性有机物(DOC)及抗生素抗性基因(ARGs)的去除效果,分析PAC对UF膜污染的缓解机制。结果表明,与直接UF相比,PAC-UF组合工艺可有效降低出水DOC和ARGs含量;水中4种ARGs与微生物含量、整合子intI1、DOC浓度间呈显著相关关系,说明去除上述指标有助于削减不同类型ARGs;PAC可吸附水中小分子量有机物,提高膜比通量,改善UF膜的反冲洗效果,PAC投加量为20mg/L时效果最好;PAC投加量增加可使滤饼层变得致密,使UF膜的不可逆污染阻力下降,但总污染阻力增加;直接UF与PAC-UF组合工艺的膜污染主导机制均为滤饼层污染,其中PAC-UF组合工艺受滤饼层污染机制影响更大。综合考虑污染物去除及膜污染缓解效果,采用低投加量(20mg/L)的PAC-UF组合工艺处理二级出水最为适宜。     

陶瓷膜处理二级出水运行优化控制与膜污染机制分析

实现膜污染有效控制是充分发挥陶瓷膜在废水处理及回用领域适用性的关键。为此,构建了平板陶瓷膜反应器,针对性地开展了平板陶瓷膜处理市政污水二级出水运行优化控制与膜污染机制分析研究。结果表明,通过四因素三水平正交实验,得出本实验条件下最佳运行控制工况为：蠕动泵转速200 r·min⁻¹(对应初始膜通量200 L·(m²·h)⁻¹)、过滤时间10 min、水力反冲时间30 s、间歇运行时间2 min;在此运行工况下,平板陶瓷膜可保持平均膜通量43.08 L·(m²·h)⁻¹以上稳定运行16 d(384 h),期间系统出水浊度、色度、COD等水质指标稳定满足《城市污水再生利用 城市杂用水水质》(GB/T 18920-2002)标准要求;原水和膜污染层元素及官能团对比表征结果表明,脂肪族类、酰胺类、无机硅化物类以及无机金属离子是造成膜污染的主要污染物,而凝胶层阻力则对平板陶瓷膜膜污染形成起主导作用。     

管式膜连续微滤装置处理回用城市污水的中试研究

就管式膜连续微滤装置对城市污水处理厂二沉池出水处理回用的可行性进行了中试研究，结果表明。该装置在运行压力为0．12-0．15MPa，反冲洗间隔为18min时，吨水能耗仅为0．45kWh。此时对COD、浊度有较高的去除率。分别为75．71％和94．49％，对氨氮也有一定的去除效果，去除率为40．26％；处理后出水COD、氨氮、浊度均明显优于《生活杂用水水质标准》(CJ25．1-89)中的相关规定。该装置成本低、操作简单，用于污水回用具有较高技术经济可行性。     

管式膜连续微滤装置处理回用城市污水的中试研究

就管式膜连续微滤装置对城市污水处理厂二沉池出水处理回用的可行性进行了中试研究 ,结果表明 ,该装置在运行压力为 0 .1 2～ 0 .1 5MPa ,反冲洗间隔为 1 8min时 ,吨水能耗仅为 0 .4 5kWh。此时对COD、浊度有较高的去除率 ,分别为 75 .71 %和 94 .4 9% ,对氨氮也有一定的去除效果 ,去除率为 4 0 .2 6 % ;处理后出水COD、氨氮、浊度均明显优于《生活杂用水水质标准》(CJ2 5 .1 89)中的相关规定。该装置成本低、操作简单 ,用于污水回用具有较高技术经济可行性     

滤坝基质排布方式对微污染水体净化效果的影响

采用吸附效果较好的火山石和炉渣作为填料,构筑了3个室内滤坝小试系统,研究了不同的基质组合配置对滤坝净化污染物的影响.3种不同的基质组配分别方式为:火山石和炉渣均匀混合、沿水流方向先火山石后炉渣和沿水流方向先炉渣后火山石.结果表明,3个滤坝系统对微污染水体具有明显的净化效果,总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH3-N)...     

平板陶瓷膜处理油田采出水运行控制优化及膜污染机理

陶瓷膜凭借其机械强度高、化学稳定性好等优点,近年来在油田采出水处理领域得到了广泛的应用。针对陶瓷膜处理油田采出水膜污染控制这一核心问题,采用小试实验与模型分析相结合的方法,深入开展了陶瓷膜处理系统运行控制优化的研究,结合微观表征,阐明了陶瓷膜处理油田采出水膜污染机理。结果表明,陶瓷膜处理油田采出水最佳运行控制工况为：初始膜通量80 L·(m²·h)⁻¹,过滤时间10 min,反冲洗时间30 s,曝气强度3 L·min⁻¹;此条件下陶瓷膜可保持平均膜通量27.82 L·(m²·h)⁻¹。原水和污染层的表征结果表明,胺类或酰胺类、烃类、羧酸类、芳香族、醇类等有机物化合物是造成陶瓷膜污染的主要有机物,Si、Fe、Ca、Mg、Ba等无机盐离子也是膜污染的重要组成部分;过滤过程中膜孔内阻力和凝胶层阻力对陶瓷膜膜污染形成起主导作用。     

滤食性生物孵化器净化微污染景观水的试验研究

搭建滤食性生物孵化器,利用藻类吸收水体中氮、磷,滤食性生物捕食藻类,实现微污染景观水体的原位净化。试验结果表明,当TN、TP初始质量浓度分别为5.0、0.100mg/L时,30L微污染景观水的最佳滤食性生物孵化器载体(50mm×65mm×75mm聚氨酯泡沫塑料块)投放量为15块;滤食性生物孵化器对微污染景观水中的叶绿素a、TN和TP均有较明显的去除效果。对于TN、TP初始质量浓度分别低于5.0、0.100mg/L,更换周期在3d以上的微污染景观水,采用滤食性生物孵化器可将叶绿素a的质量浓度控制在10mg/m3以下,TN、TP可分别控制在2.0、0.010mg/L以下。     

中空纤维微滤膜污染及阻力分析

选用0．1μm的PVDF中空纤维内压式微滤膜组件，在死端微滤工况下，研究了酵母（平均粒径5．3μm）和高岭土（平均粒径0．7μm）体系在浓度和压力变化时的污染机理及过滤阻力、膜渗透通量的变化规律性。通过恒压堵塞定律积分式的具体形式与实验数据的拟合及根据堵塞过滤定律计算的结果都表明：死端微滤时，酵母体系和高岭土体系均符合滤饼过滤机理。     

中空纤维微滤膜污染及阻力分析

选用0.1μm的PVDF中空纤维内压式微滤膜组件,在死端微滤工况下,研究了酵母(平均粒径5.3 μm)和高岭土(平均粒径0.7μm)体系在浓度和压力变化时的污染机理及过滤阻力、膜渗透通量的变化规律性.通过恒压堵塞定律积分式的具体形式与实验数据的拟合及根据堵塞过滤定律计算的结果都表明:死端微滤时,酵母体系和高岭土体系均符合滤饼过滤机理.     

印染生化尾水反渗透深度处理工艺膜污染成因分析简

为阐明印染生化尾水反渗透膜处理时膜污染的成因,使用小试装置进行40 h膜污染实验,研究膜污染速率、污染程度以及可逆性,同时应用扫描电子显微镜-EDS能谱仪、傅里叶变换红外光谱仪、电感耦合等离子发射光谱仪、总有机碳测定仪等仪器对进水水质、膜表面污染物的形态和组成等进行表征。结果表明,膜表面主要是碳酸钙无机污染和钙与有机物络合污染,无机污染占主导,且可逆性差,有机污染物主要含有—OH和—CC官能团;单一去除废水中有机物污染物（TOC去除率达88%）对膜污染缓解不明显,但钙离子的去除可显著缓解膜污染,膜通量可增加72.6%;同时去除有机物和钙离子,膜通量可增加80.4%。     

印染生化尾水反渗透深度处理工艺膜污染成因分析

为阐明印染生化尾水反渗透膜处理时膜污染的成因,使用小试装置进行40h膜污染实验,研究膜污染速率、污染程度以及可逆性,同时应用扫描电子显微镜一EDS能谱仪、傅里叶变换红外光谱仪、电感耦合等离子发射光谱仪、总有机碳测定仪等仪器对进水水质、膜表面污染物的形态和组成等进行表征。结果表明,膜表面主要是碳酸钙无机污染和钙与有机物络合污染,无机污染占主导,且可逆性差,有机污染物主要含有--OH和～c-c官能团;单一去除废水中有机物污染物（TOC去除率达88％）对膜污染缓解不明显,但钙离子的去除可显著缓解膜污染,膜通量可增加72．6％;同时去除有机物和钙离子,膜通量可增加80．4％。     

曝气对管式MBR膜污染及临界通量影响

采用管式膜微滤高岭土悬浊液,考察了恒通量下曝气对膜污染的影响,并对不同膜面气体流速下跨膜压力和膜污染周期变化进行了研究,此外,采用阶梯通量法对临界通量进行了测定。结果表明,曝气可显著减缓膜污染,延长膜污染周期,同时提高膜的临界通量;随着膜面气体流速由0.067 m·s-1提升至0.251 m·s-1时,膜污染平均速率由0.366 kPa·h-1降低至0.104 kPa·h-1,膜污染周期由8 d延长至31 d,临界通量由8~10 L·（m2·h）-1提高至22~26 L·（m2·h）-1。此外,通过惯性模型分析发现,膜的临界通量与膜面混合流速呈良好的线性关系,R2=0.98;但随着膜面气体流速的增加,悬浊液中高岭土粒径逐渐变小,并且通过膜表面污染阻力构成分析发现,膜表面不可逆污染阻力由13.9%提高至31.6%,这不利于膜污染控制。     

微滤膜垢分形生长的过程模拟

基于微滤膜系统污垢形成机制和分形理论,建立微滤过程膜表面混合垢生长DLA模型,并通过实验验证了模型模拟的可行性和准确性。选取不同运行周期条件下微滤膜系统中的受污染膜丝,进行膜垢污染生长的实时测试,并与不同运行条件下模型的动态模拟结果进行实际比较分析,结果表明两者分形维数相近,且分形维数与膜污染程度呈正相关,说明该模型能够动态表征膜污染水平,可揭示出微滤过程中膜垢生长的动态变化规律,预测出膜材料的受污染水平。     

Cu-NWs/RGO/PVDF导电微滤膜的制备及其抗污染性能

将铜纳米线(Cu-NWs)和还原氧化石墨烯(RGO)作为添加剂,通过相转化法制备了具有高亲水性和高导电性的Cu-NWs/RGO/PVDF导电微滤膜,将其作为膜阴极放入MFC-MBR耦合系统中且连续运行120 d,研究了其对生活污水的处理效果及抗污染性能。结果表明,Cu-NWs/RGO/PVDF膜与水的界面作用自由能为28.49 mJ·m⁻²,欧姆内阻和活化内阻分别为1.18 Ω和2.82 Ω,说明其具备优良的亲水性和导电性。与对照系统(C-MBR)相比,MFC-MBR耦合系统出水水质更优,系统中SMP和LB-EPS含量更低,膜污染速率更低。利用XDLVO理论结合表面元素集合法对MFC-MBR耦合系统中膜污染机理进行了分析,发现MFC-MBR系统中膜与SMP、LB-EPS和污泥絮体之间的相互作用能更低,从而降低了膜污染速率。     

不同超滤膜过滤天然有机物的膜污染特性研究

超滤膜的截留分子量、天然有机物的分子量分布以及两者之间的相对关系对于膜污染以及过滤阻力的组成有很大的影响。MWCO140kDa、70kDa、30kDa、10kDa、4kDa和1kDa的超滤膜过滤10mg/L腐殖酸溶液和未名湖湖水的试验结果表明,在过滤初始时刻就发生了膜污染,膜的截留分子量越大,膜污染越显著。在长期过滤的过程中,截留分子量>10kDa的超滤膜的过滤阻力受到膜污染的控制,膜孔堵塞和膜面形成凝胶层是造成膜污染的主要原因;当膜的截留分子量≤10kDa时,过滤阻力主要由膜本身固有的阻力决定,膜污染影响较小。不同浓度、类型的腐殖酸溶液和不同种类的超滤膜过滤试验数据分析表明,当膜对腐殖酸分子的截留率超过40%时,膜污染的程度会逐渐减小,过滤阻力将由膜本身固有的阻力控制。     

BPAC-UF对二级出水中抗生素抗性基因的去除及膜污染缓解机制

采用生物粉末活性炭(BPAC)-超滤(UF)组合工艺去除控制二级出水中抗生素抗性基因(ARGs),并对ARGs的去除和BPAC缓解膜污染机制进行了探讨。结果表明：与直接超滤工艺相比,组合工艺对水中四环素类抗性基因(tetA、tetW)、磺胺类抗性基因(sul Ⅰ、sul Ⅱ)以及溶解性有机碳(DOC)的去除效果均有较大的改善,这主要是由于BPAC对ARGs的吸附降解作用所致;水中16S rDNA、int Ⅰ 1和DOC含量与不同种类ARGs浓度具有显著相关性,强化上述指标的去除可有效促进ARGs的削减;在BPAC投加量较低时,组合工艺的膜比通量较直接UF有所提高,膜污染状况明显改善;直接UF时,膜污染状况与滤饼层过滤模型的拟合度最好,而组合工艺的膜污染状况与标准膜孔堵塞模型和滤饼层过滤模型拟合度均较好。BPAC-UF组合工艺是一种较好的去除ARGs的工艺。