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.     

活性炭吸附对藻类有机物的去除及其消毒副产物的控制

本文研究了粉末活性炭(powder activated carbon,PAC)吸附对藻类有机质(algal organic matter,AOM)及其典型含氮和非含氮消毒副产物(disinfection by-products,DBPs)的去除效能.结果表明,AOM主要含有一些小分子量、亲水性、低芳香度的有机质,三维荧光光谱证实,PAC吸附改变了AOM的组成,明显降低了类腐殖质物质含量,但对芳香蛋白类物质去除能力有限.PAC投加量为20 mg·L~(-1),吸附时间10~30 min时,对于3.30 mg·L~(-1)的胞内有机质(intracellular organic matter,IOM)和胞外有机质(extracellular organic matter,EOM)溶液,溶解性有机碳去除率分别为20.7%~31.9%和12.6%~19.0%.PAC对IOM和EOM中卤代甲烷总生成量的最高去除率分别为26.6%和35.8%;卤代乙腈总生成量的最高去除率分别为49.6%和53.6%,其中二溴乙腈前体物的去除效果显著.PAC对EOM氯化生成的DBPs的控制作用较好.     

粉炭强化循环造粒流化床去除天然有机物的研究

强化天然有机物去除是饮用水处理工艺的重要目标.循环造粒流化床作为一种新型高效固液分离技术具有处理负荷高、水质适应性强的特点,将其与粉末活性炭（PAC）联用,探究对水库水中有机物的强化去除效果.研究发现当聚合氯化铝（PACl）与PAC同时投加,且PACl、聚丙烯酰胺（PAM）及PAC投加量分别为24mg/L、1.2mg/L、30mg/L时,流化床系统对进水浊度、UV₂₅₄、COD_Mn、DOC去除率分别为96.5%、72.0%、71.7%、61.0%.对进出水中的有机物进行三维荧光分析,发现流化床系统中结团造粒作用下出水的类富里酸和类腐殖酸的FI分别比进水降低了40.1%和43.0%;加入30mg/L PAC后,出水的类富里酸和类腐殖酸的的FI分别比原水降低了54.0%和55.3%.水库水中的有机物分子量主要在 < 1kDa和10~30kDa两个区间,分别占总有机物含量的37.1%和39.1%.循环造粒流化床系统中结团造粒作用主要去除10~30kDa区间的有机物,PAC吸附作用对 < 1kDa的有机物有很好的去除.     

用粉末活性炭作前助凝剂提高PAC除藻效果的研究

采用烧杯搅拌实验研究了用粉末活性炭作前助凝剂提高聚合氯化铝(PAC)去除铜绿微囊藻的有效性。结果表明,单独使用粉末活性炭作前助凝剂的除藻效果并不好,而先投加20 mg/L高岭土,再将15 mg/L PAC与粉末活性炭同时投加,除浊除藻效果明显提高。考虑首先充分发挥粉末活性炭对有机物的去除能力,在除浊除藻率仍然较高的情况下,采用粉末活性炭先于高岭土2 min投加的方式,粉末活性炭的最佳助凝剂量为10mg/L。采用粉末活性炭、高岭土和FeCl3依次投加的完整助凝技术路线,除浊除藻效率最高。碱性水体比酸性水体有利于联用三种助凝剂除藻。扫描电镜(SEM)观察结果表明,采用助凝技术,藻细胞主要与高岭土无机颗粒发生凝聚,投加粉末活性炭有助于絮凝体体积增长,而在絮凝阶段投加FeCl3可使絮凝体的分维数达到1.947的最高值。联用粉末活性炭、高岭土和FeCl3是非常有效的助凝除藻新技术。     

投加粉末活性炭对一体式膜-生物反应器膜污染的影响研究

通过试验考察了粉末活性炭（PAC）对一体式膜-生物反应器中膜污染的影响．在2种类型的污泥（膨胀污泥和非膨胀）中，投加适量PAC可以减轻膜污染，表现为临界膜通量的提高和连续运行中膜污染增长速率的降低．当污泥性质和浓度不同时，最佳PAC投加范围亦不同．PAC投量过大会引起临界通量下降．PAC的投加显著降低了混合液中溶解性物质的浓度，减轻了溶解性物质的吸附和膜孔堵塞污染，并改善了絮体结构．污泥比阻与污泥混合液膜过滤性能之间有很好的相关性，可作为污泥混合液膜过滤性能的快速评价指标．     

活性炭对水中有机物去除的研究

活性炭吸附是受污染水源水深度处理的有效手段，本文较系统地研究和阐述了颗粒活性炭对水中有机物吸附的选择性。活性炭可有效降低水的致突变活性，有时能使Ａｍｅｓ试验的阳性水转化为阴性水；活性炭对分子量小于３０００，尤其是分子量５００￣１０００的有机物能较好的去除；活性炭对消毒副产物卤乙酸（ＨＡＡｓ）的控制周期较三卤甲烷（ＴＨＭｓ）更长。     

粉末活性炭粒径对水中菲吸附动力学的影响效应研究

以菲为目标污染物,研究了粉末活性炭(PAC)在微尺度(1～ 100.Μm)下的粒径效应对多环芳烃吸附性能的影响.实验中按照中值粒径将研磨后得到的粉末活性炭划分为:PAC-1 (19 μm)、PAC-2(46μm)、PAC-3(76 μm).通过比表面积及孔隙度自动分析仪、原位拉曼光谱、扫描电镜等手段对PAC物化性质进行表征,发现粒径减小使PAC的BET比表面积和总孔容增加了10％ ～20％左右,而对PAC表面化学性质的影响较小.PAC的粒径分布对其吸附性能有显著影响,这种影响主要体现为吸附速率成倍的增加,其次是吸附容量有30％ ～36％的增幅.分别用3种动力学模型对吸附过程进行拟合,结果表明,伪二级动力学方程的拟合程度最高,PAC-1有最大的吸附速率常数k,并且随着粒径的减小,k值逐渐增大.     

藻类有机物的特性以及对超滤膜的污染

采用凝胶色谱、亲疏水性、荧光色谱等方法研究铜绿微囊藻类有机物的特性.结果表明,铜绿微囊藻类有机物(AOM)主要由亲水性组分构成,占78%,比紫外吸光度仅为1.1 L/(mg.m).超滤膜法测定结果表明,藻类有机物中相对分子质量30 000的有机物占40%以上,并且主要由中性亲水性组分构成.荧光色谱分析表明,AOM中含有蛋白质类和腐殖质类物质.膜过滤试验表明,藻类有机物对超滤膜造成严重的通量下降,这可归结为大分子的中性亲水性组分堵塞膜孔的缘故.     

不同聚硅酸硫酸铁去除有机物及膜污染的影响

采用腐植酸、苯胺、海藻酸钠、羟丙基甲基纤维4种有机物分别模拟天然有机物中的疏水酸性、疏水碱性、亲水带电性及亲水中性4种有机物,使用"聚硅酸+Fe3+"、"聚硅酸+聚硫酸铁(PFS)"、"聚硅酸+Fe2++H2O2"3种不同聚合方式的聚硅酸硫酸铁(PFSS)进行水处理,并将絮凝处理后的废水上清液通过微滤膜,考察不同聚合方式PFSS对有机物的去除及膜污染的影响。实验结果表明:4种有机物最难去除的是苯胺和海藻酸钠,羟丙基甲基纤维素其次,腐殖酸最易去除;以"聚硅酸+PFS""、聚硅酸+Fe2++H2O2"方式聚合的絮凝剂与"聚硅酸+Fe3+"方式聚合的絮凝剂相比,去除产生可逆污染的腐植酸的比例相差不大,但去除产生不可逆污染加大的苯胺、海藻酸钠、羟丙基甲基纤维素3种有机物的比例明显增大,膜污染率虽然相对稍大,但更加可逆。     

粉末活性炭预处理对超滤膜通量的影响

研究了粉末活性炭预处理对改善超滤膜过滤通量的效果.试验采用了4种具有不同亲疏水性的水样,着重探讨粉末活性炭对有机物的疏水性和亲水性组分的去除效果以及所带来的通量改善.试验结果表明,对于4种水样,超滤膜直接过滤原水时,通量下降严重.虽然粉末活性炭预处理能在一定程度上提高通量,但通量下降的趋势仍未改善.对有机物各组分的分析表明,直接过滤原水时,膜主要截留疏水性有机物;粉末炭吸附主要去除亲水性有机物,而超滤膜过滤粉末炭处理水时,主要截留疏水性有机物.由此,超滤膜的通量下降主要是由疏水性有机物引起的,亲水性组分对通量的影响较小.     

典型有机物与超滤膜界面作用及膜污染机制研究

对二级出水中典型有机物的膜通量及膜污染变化情况进行分析比较,并应用扩展DLVO(x DLVO)理论分析了有机物超滤过程中的界面作用能对膜污染行为的影响机制.研究表明,海藻酸钠(SA)导致的膜通量下降最为显著,其次为腐殖酸(HA)和牛血清白蛋白(BSA);就3种有机物而言,膜污染均主要发生在粘附阶段,而在粘聚阶段中膜污染程度较小.对比而言,海藻酸钠(SA)主要形成可逆污染,腐殖酸(HA)和牛血清白蛋白(BSA)则以不可逆污染为主.在过滤过程中,极性界面作用能是控制膜污染的主要因素,HA和BSA的极性界面作用能为正值,能抑制膜污染,而SA的极性界面作用能为负值,会加剧膜污染.3种有机物在粘聚阶段的极性界面作用能均大于粘附阶段,说明粘附阶段的膜污染更严重.     

MWCNTs预涂覆及预吸附处理缓解低压膜腐殖酸污染的机制研究

以腐殖酸(Humic Acid,HA)为研究对象,采用多壁碳纳米管(Multiwalled Carbon Nanotubes,MWCNTs)对聚偏氟乙烯(Polyvinylidene Fluoride,PVDF)平板超滤膜进行预涂覆改性处理,并与等量MWCNTs分散状态时吸附处理HA对膜污染的缓解效果进行了对比,考察了MWCNTs在处理HA过程中缓解膜污染的机制.同时,分析了MWCNTs投量和溶液离子变化对MWCNTs吸附及截留作用缓解膜污染的影响.结果表明,MWCNTs预涂覆与吸附相比,能够更有效地缓解膜污染,其中,分散剂为乙醇的MWCNTs预涂覆层对膜污染的缓解效果最好.增加MWCNTs投量不能无限地提高其对HA的吸附及截留效果;添加Na~+会造成MWCNTs对HA的吸附及截留效果变差;添加Ca~(2+)能够提高MWCNTs对HA的吸附及截留效果.膜表面污染照片及膜电镜观测结果表明,乙醇分散MWCNTs在超滤膜(UF)表面形成的预涂覆层呈均匀的层状结构,HA被拦截在MWCNTs层的多孔结构内,不易进入PVDF膜膜孔,反洗时易脱附,可逆性高;纯水分散MWCNTs在超滤膜表面形成的预涂覆层易于团聚,HA容易透过MWCNTs涂覆层进而堵塞PVDF膜膜孔,可逆性低;MWCNTs预吸附处理后形成MWCNTs和HA的包裹体,不经微滤膜滤除,会在PVDF膜表面产生复合污染.     

蓝藻AOM特征与DBPs生成关系的研究进展

蓝藻水华期间,藻细胞因自然生长或受水处理工艺影响(如预氧化和混凝),会向水中释放大量藻源有机物(AOM),能够与氯消毒剂反应生成大量消毒副产物(DBPs),增加了饮用水安全风险.了解AOM的特征及其对DBPs生成的影响对于AOM的控制和饮用水安全保障至关重要.本文综述了蓝藻AOM的主要理化特征(溶解性有机碳、溶解性有机...     

焦化废水生物处理尾水中残余有机污染物的活性炭吸附及其机理

采用粉末活性炭静态吸附焦化废水生物处理尾水中的TOC成分,考察pH值、活性炭用量等因素对吸附效果的影响.从分子结构、动力学和热力学数据等方面来判断其吸附类型和吸附速率的控制步骤,并从理论上解析活性炭对尾水中残余有机污染物的吸附过程.对选定的活性炭,pH值升高对吸附有负效应;在TOC浓度为40.0-60.0 mg·L-1的水样中投加1.000 mg·L-1活性炭,吸附容量可达(37.2±7.8)mg·g-1;长链烃、苯系物、卤代物等非极性有机物和酚类等酸性有机物在pH＜8.0时吸附效果较好,胺类等碱性有机物在碱性条件下易于被吸附;TOC的吸附动力学符合拟二级动力学模型,液膜扩散和颗粒内扩散分别是吸附初期和吸附后期的主要速率控制步骤,吸附活化能Ea=38.75kJ·mol-1;吸附等温线符合linear方程,说明吸附过程主要是有机污染物在活性炭与水溶液中的分配过程;热力学参数△G0、△H0为负值,表明该吸附是一个自发的放热过程,焦化废水生物处理尾水中残留的长链烃、卤代物、多环芳烃等难降解有机物可以通过吸附法分离去除,酚羟基、羧基等极性基团含量少的活性炭或其它非极性有机吸附剂适合于处理该类废水.     

Effects of ozonation and coagulation on effluent organic matter characteristics and ultrafiltration membrane fouling

Effluent organic matter （EfOM） is the major cause of fouling in the low pressure membranes process for wastewater reuse. Coagulation and oxidation of biological wastewater treatment effluent have been applied for the fouling control of microfiltration membranes. However, the change in EfOM structure by pre-treatments has not been clearly identified. The changes of EfOM characteristics induced by coagulation and ozonation were investigated through size exclusion chromatography, UV/Vis spectrophotometry, fluorescence spectrophotometry and titrimetric analysis to identify the mechanisms in the reduction of ultrafiltration （UF） membrane fouling. The results indicated that reduction of flux decline by coagulation was due to modified characteristics of dissolved organic carbon （DOC） content. Total concentration of DOC was not reduced by ozonation. However, the mass fraction of the molecules with molecular weight larger than 5 kDa, fluorescence intensity, aromaticity, highly condensed chromophores, average molecular weight and soluble microbial byproducts decreased greatly after ozonation. These results indicated that EfOM was partially oxidized by ozonation to low molecular weight, highly charged compounds with abundant electron- withdrawing functional groups, which are favourable for alleviating UF membrane flux decline.