Improvement of antifouling characteristics in a bioreactor of polypropylene microporous membrane by the adsorption of Tween 20

Surface modification by physical adsorption of Tween 20 was accomplished on polypropylene microporous membranes(PPMMs). Attenuated total reflection-Fourier transform infrared spectroscopy(ATR/FT-IR)and field emission scanning electron microscope(FE- SEM)were used to characterize the chemical and morphological changes on the membrane surfaces.Water contact angles and relative pure water fluxes were measured.The data showed that the hydrophilic performance for the modified membranes increased with the increase in the adsorption amount of Tween 20 onto the surface or into the pores of polypropylene microporous membranes.To test the antifouling property of the membranes by the adsorption of Tween 20 in a membrane bioreactor(MBR),filtration for active sludge was performed using synthetic wastewater.With the help of the data of water fluxes and the FE-SEM photos of the modified PPMMs before or after operating in a MBR for about 12 d,the PPMMs with monolayer adsorption of Tween 20 showed higher remained flux and stronger antifouling ability than unmodified membrane and other modification membranes studied.     

吐温20吸附改性聚乙烯膜改善MBR抗污染性能

通过物理吸附Tween20对聚乙烯中空纤维微孔膜(polyethylene hollow fiber microporous membranes,PEHFMM)进行表面改性。衰减全反射傅立叶变换红外光谱(attenuated total reflection Fourier transform infrared spectroscopy,FT-IR/ATR)和场发射扫描电子显微镜(field emission scanning electron microscopy,FE-SEM)观察结果表明:吐温20有效地吸附到了PEHFMM上。采用停滴法测定水接触角(contact angle,CA)以表征膜表面的亲水性。数据显示:30℃时随着吸附量的增加膜的水接触角先降后升并出现最低值;40℃吸附时水接触角则单值下降直至稳定。为建立吸附量与膜生物反应器(membrane bioreactor,MBR)中膜污染作用之间的关系,使用人工污水进行了活性污泥过滤实验。结果发现:吐温20吸附量大约是100～200μmol/g时可以明显地提高膜在MBR中的抗污染能力。     

Enhancement of the flux for polypropylene hollow fiber membrane in a submerged membrane-bioreactor by surface modification

IntroductionThe combination of membrane separation withthe process of biological reactor is called membranebioreactor (MBR). Studies on MBRs have receivedconsiderable attentions due to the deterioration of thewater environment and the advantages they poss…     

亲水聚合物改性微滤膜在膜生物反应器中的膜污染研究

采用经过聚合多巴胺和氨基聚乙二醇(mPEG-NH_2)表面改性的PVDF微滤膜,通过浸没在膜生物反应器(MBR)中验证改性微滤膜的抗污染性能.同时,采用多种分析手段对改性膜进行表征,包括膜表面微观形貌、润湿性、粗糙度和表面官能团等.实验同时考察了改性膜在MBR中运行的水通量衰减、污染膜的阻力分布,以及对膜面污染物的胞外多聚物组分的影响.结果发现,所采用的膜改性方法明显改善了膜表面的亲水性.短期过滤实验结果表明,多巴胺涂覆膜的稳定通量比原膜高47%,PEG改性膜则在水通量方面有进一步提高;在长期恒通量过滤阶段,多巴胺涂覆膜和PEG接枝膜的比膜通量分别比原膜高37%和88%.实验还发现,改性膜表面滤饼层中蛋白质和多糖含量均低于原膜.     

共存物及其投加方式对Tween 80 在中砂上吸附损失的影响

通过静态吸附实验,研究了25℃条件下,表面活性剂冲洗液Tween 80在中砂上的吸附,以及CaCl2、SDS和木质素磺酸盐(木质素磺酸钠和木质素磺酸铵)对其吸附量的影响.结果表明,向Tween 80溶液中加入CaCl2和SDS都可以显著增加其吸附量.投加量越多,吸附量越大,当投加量达到一定程度后,吸附达到饱和,不会继续增大.SDS以预吸附的方式注入同样会导致Tween 80吸附量升高.而木质素磺酸盐与Tween 80共混则可大大降低Tween 80的吸附量.随着投加量的增加,Tween 80吸附量明显下降.在低投加比例(1:10)时,木质索磺酸铵效果较好,可以减少20%-75%的吸附量.而木质素磺酸钠只能减少10%-60%.当投加较高比例(1:2)时,两者都口1以明显降低Tween 80的吸附量,可达70%-90%.而采用木质素磺酸盐预吸附的方式注入的效果较混合注入要好,相同投加最的情况下,所降低Tween 80的吸附量是混合注入时的1.2-1.8倍.因此.在表面活性剂原位冲洗过程中用木质素磺酸盐进行预冲洗,能够减少表面活性剂吸附量,降低冲洗成本,可以作为原位冲洗过程中降低吸附损失的一种手段.     

环境水体中肠道病毒的膜吸附-洗脱浓缩方法研究

在膜吸附-洗脱和洗脱液浓缩相结合的基础上,建立了一种简便实用的水中肠道病毒浓缩方法.通过实时定量RT-PCR检测,比较了不同材料和不同孔径的微孔滤膜对病毒的吸附效果;对膜洗脱方式进行了改进;研究了在洗脱液浓缩过程中,PEG浓度对于病毒回收率的影响.最后确定了最佳的浓缩方法.选择效果好而且来源广泛的0.22 μm孔径的混合纤维素酯微孔滤膜,采用磁力搅拌来洗脱滤膜上吸附的病毒;洗脱液浓缩步骤中,PEG最佳质量浓度为130　g/L.系统比较了不同病毒接种量下,方法中各步骤的病毒回收率.对接种已知量的肠道病毒的生活污水、二级处理出水和地表水等样品的试验结果表明,该方法效果稳定,适合不同水样中肠道病毒的浓缩分离.     

气升循环分体式膜生物反应器再生回用厕所污水的研究

研究了分体浸没式膜生物反应器及其应用于厕所污水的再生回用.试验结果表明,在人水浓度COD440～970mg/L、BOD₅ 307～612mg/L、NH₃-N59～111mg/L的情况下,出水水质稳定,平均COD＜47mg/L、BOD₅＜8.5mg/L、NH₃-N＜20mg/L,处理水质达到建设部颁布的生活杂用水回用标准.研究了动力学参数污泥负荷、容积负荷和HRT对出水COD的影响,确定本试验较佳的污泥负荷和容积负荷分别为0.1kg/(kg·d)和1kg/(m³·d),HRT为7～8h.本文对污泥浓度、温度和产水时间与间歇时间比对膜通量的影响进行了测定与探讨.     

水中悬浮物测定方法探讨

根据国家测试废水中悬浮物浓度的分析标准,在采用不同生产厂家生产的微孔滤膜（孔径0.45？m,直径50mm）测试煤矿矿井水时,常碰到比较清洁的水样容易出现负值的现象。通过对微孔滤膜的反复实验并深入分析,提出了如何改进＂滤膜准备＂的操作步骤建议,对更加真实反映水体中悬浮物浓度具有一定意义。     

旋转切向流聚丙烯管式膜微滤能耗分析

设计了一种新型旋转切向流聚丙烯管式膜器,实验研究了聚丙烯PA管式膜器的能耗通过建立的旋转切向流强化微滤实验装置系统,测定了聚丙烯PA管式膜器在旋转切向流和轴向流下的膜通量与能量有效利用率.实验结果表明,旋转切向流管式膜微滤比一般轴向流膜微滤的有效利用率要高得多,是一种非常有效的强化膜分离技术在实验条件下,直线切向流膜微滤和圆弧切向流膜微滤的稳态能量有效利用率比轴向流稳态能量有效利用率分别高11.185倍和14.591倍.     

膜生物反应器中污染物去除途径及膜过滤性能

采用一体式悬浮生长型和附着生长型膜生物反应器(MBR)处理微污染水源水,主要考察了两种MBR对污染物的去除途径和膜过滤性能。结果表明,两种MBR对主要污染物高锰酸盐指数和NH4+-N均有良好的去处效果,去除率分别达到66%和94%以上。悬浮生长型MBR的去除效果稍强于附着MBR,因为前者的生物量要高于后者。两种MBR的生物去除和膜去除对去除效果都有重要贡献,而膜去除是获得良好的出水水质的保证。曝气量对两种MBR的污染物去除效果没有明显影响,一定范围内增大曝气量会提高生物去除的比例。悬浮生长型MBR的膜污染速率要比附着生长型快得多,但运行稳定后,两者的膜比通量大致相当。     

基于HBPs接枝的PVDF膜亲水改性及抗污染性能

在聚偏氟乙烯（PVDF）微滤膜表面接枝超支化聚合物聚乙烯亚胺（HPEI）,并通过环氧丙醇与氨基的开环反应在PVDF膜表面形成高密度的多羟基结构,实现PVDF膜的亲水改性.实验对膜的表面亲水性、抗粘附性能和抗污染性能进行表征,并采用原子力显微镜（AFM）测量膜与污染物探针之间的粘附力以进一步探究改性膜的抗污染机理.实验结果显示,改性后,PVDF膜的接触角从85°减小至42°,润湿时间从20s缩短至10s,表面亲水性显著提高;在静态吸附实验中,改性膜表面粘附的蛋白质和多糖数量明显减少;在动态污染实验中,改性膜的水通量恢复率（FRR）较高,不可逆通量下降率（IFR）较低,说明其较强的抗污染性能.AFM界面粘附力的测试结果表明污染物探针与改性膜面的粘附力较弱,进一步证实改性膜表面丰富的亲水基团以及超支化结构的位阻效应可以有效改善PVDF膜的抗污染性能.     

平板膜-生物反应器中膜的优选

将膜特性与膜-生物反应器(MBR)运行状况相结合,进行3种膜的优选. 对3种膜进行膜表面形态、孔径、孔隙率及水通量、临界通量的测定,同时将其置于MBR中进行短期高通量连续恒流运行及长期低通量间歇恒流运行,考察2种运行模式下的跨膜压差(TMP)平均增长率(Δp). 结果表明:具有平整表面、最小孔径、高孔隙率、高水通量以及高临界通量的A膜在MBR长期运行中表现出最低的膜污染速率,因此确定A膜为3种膜中的最优膜;在优选具有工程适应性的膜时,应采用长期间歇恒流运行的方法.      

膜-生物反应器处理微污染水源水的运行特性

考察了悬浮生长型MBR和3种附着生长型MBR处理人工模拟微污染水源水时的运行特性.结果表明,4种MBR对氨氮的去除率均可达到85%～90%.投加块状填料和粉末活性炭(PAC)的MBR对有机污染物去除率较高;投加沸石粉的MBR和悬浮生长型MBR有机物去除效果较前两者低.当水力停留时间(HRT)为2～4h时,HRT对MBR有机物和氨氮的去除效果影响很小.PAC投加量及其饱和程度会影响PAC-MBR系统对有机物特别是UV₂₅₄的去除率.当PAC投加量提高到1000mg/L以上时,PAC饱和前UV254的去除率可较块状填料-MBR提高约25%; PAC饱和后,两系统对有机物的去除效果相差不大.对于连续运行中膜的过滤性能,投加PAC和块状填料的MBR与悬浮生长型MBR相差不大,而沸石粉-MBR最低.改变PAC投加量对PAC-MBR中膜过滤性能的影响不大.     

温度对膜生物反应器运行特性及膜污染的影响

温度对膜生物反应器（MBR）污染物去除效果和膜污染速率都有很大的影响。采用两套相同的MBR蓑置在冬季运行,其中一套维持20℃的恒温,另一套水温与周围环境相同。对两套装置处理效果及膜污染速率进行对比,并通过反应器中溶解性微生物产物（SMF）、胞外聚合物（EPS）含量、污泥粒径分布扣膜面污染物的比较,分析温度对MBR运行的影响。研究结果表明膜对污染物的截留能有效补偿低温时微生物作用的不足,因此低温对出水水质并没有显著的影响。此外,低温时虽然SMP和EPS的释放增加,但并没有引起膜污来的加剧。相反地,低温时污泥粒径较高温时小,而粒径较大的颗粒更易沉积于膜表面,因此低温时膜面固体物质含量较低,膜污染速率反而比高温时低。     

旋转切向流与轴向流PA管式膜微滤对比试验研究

设计了一种新型旋转切向流聚丙烯管式膜器。通过建立的旋转切向流强化微滤实验装置系统 ,测定了聚丙烯PA管式膜在不同SiO2 悬浮液浓度和不同流体压力下的膜通量及其相应的时间 ;同时还测定了与旋转切向流相同工况下轴向流PA管的膜通量。实验研究结果表明 ,旋转切向流强化微滤不但系统结构简单 ,而且PA管式膜稳态通量是轴向流稳态通量的 1 6 5～ 2 5倍     

Test of membrane bioreactor for waste water treatment in a petrochemical complex

Membrane bioreactor (MBR) used in water and waste water treatment is a developing technique for water pollution control and water reuse. This paper describes a membrane-bioreactor for treatment of waste water in a petrochemical complex. The experimental MBR was a lab scale one composed of an activated sludge bioreactor unit and an ultrafiltration membrane unit. The relationship of COD removal with MLSS and HRT in this MBR was studied. The effects of crossflow velocity, backwash interval and volume of flush liquid on the flux were discussed. The results showed that average removal of COD, oil, SS and turbidity in petrochemical waste water by the MBR was 91%, 86%, 92% and 99% respectively. The average removal of NH3-N and total phosphorous was 85% and 82%. A coefficient of COD removal, k, was 0.017-0.080 L/(mg.d). The membrane flux maintained higher than 60 L/hm2 bar for 34 days without chemical cleaning when the velocity of crossflow was 3.5-3.9 m/s and the backwash interval was 30 minutes and backwash duration at 20 seconds. The results indicated that it is feasible for MBR technology to be used in petrochemical waste water treatment. The treated water could be considered as a source used to make up water for industrial cooling system or to be reused for other purposes.     

PES/PAN膜在MBR中膜污染机理及抗污染性能

采用液-固相转化法,以聚醚砜(PES)、氯化锂(LiCl)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为原料制备PES膜,并在体系中添加聚丙烯腈(PAN)制备PES/PAN膜。在操作温度25℃,操作压力90KPa条件下制得的PES/PAN膜、自制PES膜和商品PES超滤膜分别为222L/(m·2h)左右,130L/(m·2h)左右,82L/(m·2h)左右。通过膜生物反应器中膜阻力的测定,表明膜污染主要由沉积层引起的,另一方面长期运行膜孔堵塞也是阻力增大的原因。在MBR中运行时,PES/PAN膜、自制PES膜和商品PES超滤膜膜通量的衰减速率分别为0.2559L/(m·2h·min)、0.3366L/(m·2h·min)、0.3539L/(m·2h·min),PES/PAN膜通量衰减最慢;在MBR中运行15d后,经过化学清洗,PES/PAN膜、自制PES膜和商品PES超滤膜纯水通量恢复率分别为83.75%、63.58%、61.32%,PES/PAN膜通量恢复率最大,抗污染性优于PES膜。     

颗粒活性炭对膜生物反应器脱氮性能的影响

为了考察投加颗粒活性炭(GAC)对膜生物反应器(MBR)运行过程和处理效果的影响,研究了MBR和GAC-MBR透膜压差、膜通量的变化情况和脱氮性能,并采用ASM1模型对2个反应器进行数学模拟.结果表明,MBR和GAC-MBR的运行周期分别为75,150h,说明GAC的加入能够显著减缓MBR膜污染的速度,延长MBR的运行周期.MBR和GAC-MBR氨氮浓度分别为0.5,6mg/L;硝氮浓度分别为4.5,2mg/L;总氮浓度分别为5,10mg/L,出水COD均低于20mg/L,出水能符合《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918-2002)》中的一级A标准.采用ASM1进行工艺数学模拟,模拟出水与实际测量值基本吻合,2个反应器中主要微生物为异养菌和氨氧化菌,异养菌在MBR和GAC-MBR中的质量分数分别为95.5%和97.7%;好氧氨氧化菌分别为4.4%和2.3%,说明投加颗粒活性炭能有效的缓解膜污染,并对污染物具有良好的处理效果.     

Test of membrane bioreactor for waste water treatment in a petrochemical complex

Membrane bioreactor (MBR) used in water and waste water treatment is a developing technique for water pollution control and water reuse. This paper describes a membrane-bioreactor for treatment of waste water in a petrochemical complex. The experimental MBR was a lab scale one composed of an activated sludge bioreactor unit and an ultrafiltration membrane unit. The relationship of COD removal with MLSS and HRT in this MBR was studied. The effects of crossflow velocity, backwash interval and volume of flush liquid on the flux were discussed. The results showed that average removal of COD, oil, SS and turbidity in petrochemical waste water by the MBR was 91%, 86%, 92% and 99% respectively. The average removal of NH₃-N and total phosphorous was 85% and 82%. A coefficient of COD removal, k, was 0.017-0.080 L/(mg.d). The membrane flux maintained higher than 60 L/hm2 bar for 34 days without chemical cleaning when the velocity of crossflow was 3.5-3.9 m/s and the backwash interval was 30 minutes and backwash duration at 20 seconds. The results indicated that it is feasible for MBR technology to be used in petrochemical waste water treatment. The treated water could be considered as a source used to make up water for industrial cooling system or to be reused for other purposes.     

奥林匹克公园网球中心污水处理工程中不同组件的膜生物反应器对比研究

奥林匹克公园网球中心污水处理工程主体处理工艺为两套膜生物反应器,两套膜生物反应器并联运行,膜组件分别采用板式膜和管式膜。对两套不同组件的膜生物反应器进行对比研究,结果表明:出水水质均较好;与板式膜膜生物反应器相比,管式膜膜生物反应器流程复杂、清洗过程繁琐、膜分离单元电费和药剂费高,但是维修更换简便。