基于电场控制的SMP与EPS分布和迁移

将微生物燃料电池（MFC）与膜生物反应器（MBR）进行耦合,构建了MFC-MBR一体化系统。基于MFC-MBR一体化系统,研究分析了MFC微电场对MBR膜组件周围溶解性微生物代谢产物（SMP）和胞外聚合物（EPS）的分布和迁移的影响。研究结果表明:MFC-MBR一体化系统可提供的最大输出电压为0.78 V。在此电场作用下,MBR的跨膜压差（TMP）达到30 kPa所需时间为14 d,比无外加电场所用时间长6 d。与此同时,扫描电镜显示:在长期运行后,有电场情况下,膜表面覆盖物较无电场少。通过对MBR膜组件周围SMP与EPS进行检测分析,发现在外加电场作用下,SMP与松散胞外聚合物（LB-EPS）会远离膜组件,其浓度会随着与膜组件距离的增加而增大;而紧密胞外聚合物（TB-EPS）不受电场影响,呈均匀分布状态。此外,SMP与LB-EPS在微电场作用下能够进行远离MBR膜表面的定向移动,从而可以有效减缓MBR膜污染,为MBR降低运行成本提供参考。     

水中污染物对阳离子交换膜分离去除Cu2+的影响

基于Donnan dialysis原理,在无外加电压作用下采用阳离子交换膜分离去除原水中的Cu2+,研究原水中可能出现的无机颗粒物,有机物质,EDTA酸、氨水、Fe3+、表面活性剂等对阳离子交换膜分离去除Cu2+效果的影响.研究表明:原水中添加二氧化硅、腐殖酸、EDTA酸、氨水、Fe3+、表面活性剂等物质,在长时间运行后均会对离子交换膜去除Cu2+有不同程度的影响;二氧化硅和非离子表面活性剂等污染物不会和膜及Cu2+发生物理化学反应,对膜去除Cu2+效果影响较小,相比空白样,Cu2+去除率下降约4%;氨水、阴离子表面活性剂等会导致Cu2+发生沉淀反应,腐殖酸会吸附Cu2+,使原水中游离态Cu2+浓度显著降低约50%;EDTA酸、氨水、阴离子表面活性剂等会与Cu2+形成络合物,对去除Cu2+有严重影响,相比空白样, Cu2+去除率分别下降约100%(EDTA酸)、78%(氨水)、56%(阴离子表面活性剂);阳离子表面活性剂存在时,其会大量占据膜内空间,Cu2+基本无去除;Fe3+在弱酸性或中性水中会水解生成氢氧化铁胶体,对去除Cu2+有一定影响,相比空白样, Cu2+去除率下降约12%.     

一体式铝盐絮体-超滤膜净水效能与机制

一体式膜工艺以其占地面积小、污染物去除效率高等优点在水处理工艺中逐渐应用.然而,长期运行后,传统颗粒性吸附剂存在加剧膜表面损伤的风险,同时大多数研究所用吸附剂价格较高,如纳米铁、碳纳米管等.针对上述问题,本文将铝盐混凝剂水解后形成的松散絮体直接注入膜池,基于腐殖酸(HA)和密云水库原水,考察了一体式絮体-超滤膜工艺运行效能及膜污染行为.结果表明,仅HA过膜时,第12 d跨膜压差(transmembrane pressure,TMP)急剧增至76. 4 k Pa,将膜组件取出经自来水清洗膜表面后TMP降为10. 1 k Pa (13 d),表明滤饼层是膜污染的主要形式,并且运行期间HA平均去除率仅为23. 3%.絮体注入频率、曝气强度及溶液pH能显著影响该工艺运行效能,尤其溶液pH.当采用连续投加方式将43. 2mmol·L-1铝盐絮体注入到pH为6. 0、曝气速率为0. 3 L·min-1膜池内时,膜污染程度显著降低,第12 d时TMP仅增长到19. 5 k Pa,清洗之后TMP降为5. 6 k Pa (13 d),此时HA平均去除率提高至61. 2%.此外,密云水库原水实验表明,当原水直接过膜时,TMP也急剧增加,运行12 d时TMP达到38. 0 k Pa,而清洗膜表面后TMP降低至3. 8 k Pa (13 d),滤饼层仍然为主要污染方式,同时有机质平均去除率为7. 5%.在上述最佳工艺条件下(曝气0. 3 L·min-1、溶液pH 6. 0)投加43. 2mmol·L-1铝盐絮体时,TMP增长也极其缓慢,12 d时仅增至6. 1 k Pa,膜表面清洗后TMP降至2. 3 k Pa (13 d),有机质平均去除率高达58. 6%.本研究表明一体式铝盐絮体-超滤膜在水处理中具有潜在的应用价值.     

玻璃纤维编织管覆膜改性及其动态膜生物反应器研究

对玻璃纤维编织管进行了覆膜改性,并依托于玻璃纤维编织管开发了一种新型的栅式膜组件及其动态膜生物反应器.研究表明,覆膜改性前,玻纤编织管动态膜组件的稳定通量仅为4 L/(m2.h),跨膜压差为0.02 MPa;覆膜改性后,玻纤编织管动态膜组件的膜通量可达到16 L/(m2.h),跨膜压差为0.01 MPa;经过水力清洗和碱洗后再次运行,膜通量可达到17.1 L/(m2.h),而跨膜压差最低仅为0.003 MPa.覆膜膜液浓度为1∶4时反应器在膜通量为14.29 L/(m2.h)时稳定运行长达51 d.按阻力增长速率计算,膜通量可保持稳定运行275 d左右.同时出水效果良好,COD和NH4+-N的处理效果平均值分别为81.96%和83.66%,其中动态膜的去除率分别为21.01%和3.61%.此外,覆膜改性的玻纤编织管估算价格约为40~60元/m2,低于传统有机膜.     

平片膜生物反应器中膜污染特性的实验研究

采用聚偏氟乙烯平片膜生物反应器 ,通过测定不同运行条件下的水通量研究其污染特性 ,重点考察了运行时间、操作压力、曝气状况对膜污染的影响。实际结果表明 ,在曝气量为 3m3 h、操作压力为 0 .0 2MPa条件下运行 6h后 ,膜水通量从2 4 0mL min·m2 降至 5 5mL min·m2 ,下降率超过 77%。     

在线超声对膜生物反应器膜污染的控制

构建在线超声-膜生物反应器(US-MBR),利用间歇超声辐照控制膜污染.结合跨膜压差的上升和污染膜表面微观形态的变化,在不同超声间隔时间条件下对 US-MBR 中膜污染过程进行了分析.结果表明,超声时间 2min 和膜通量 12.0L/(h⋅m2)时,在超声间隔时间分别为8,12,16h 的条件下,US-MBR 的运行周期比未施加超声的普通膜生物反应器(Control-MBR)分别延长17,13,5d 左右,在线超声有效抑制了由上清液有机物导致的凝胶层污染.膜表面污染层阻力分布显示,超声可降低凝胶层阻力.场发射扫描电镜-能谱分析仪分析表明,超声通过减少有机物附着而延长膜运行时间.2 套反应器出水水质基本没有差别,超声未造成出水水质的恶化.     

PVDF复合膜在循环冷却排污水回用处理中的应用

采用自制PVDF亲水/疏水性复合膜,对循环冷却排污水回用处理进行真空膜蒸馏实验。结果表明:膜通量随原水温度和冷侧真空度提高而明显上升,在原水温度70℃、冷侧真空度0.09 MPa、料液流速4 cm/s条件下,膜通量达到19.65 L/(m2.h);原水温度、冷侧真空度对产水电导率影响较小,系统的产水电导率稳定在5μS/cm左右,除盐率保持在99.8%以上;随着浓缩倍数的增加,膜通量逐渐降低,产水电导率有所上升;采用药剂软化预处理,有利于提高膜通量和高浓缩倍数下的稳定运行;自制PVDF复合膜表面疏水性(接触角130°)强,膜通量大,产水水质优良、机械强度(爆破强度0.54 MPa,抗拉强度26.8 MPa)大,用于循环冷却排污水回用处理中实用性较强。     

微滤过程中腐殖酸与膜表面黏附特性的试验研究

为了进一步研究微滤过程中腐殖酸对微滤膜的污染机制,通过运用原子力显微镜(AFM),结合自制的PVDF胶体探针考察了不同的pH、离子强度以及钙离子浓度等水质条件下膜-腐殖酸与腐殖酸-腐殖酸之间微观黏附力的变化趋势以及与膜的通量衰减幅度之间的相关性.结果发现,微观黏附力是膜面污染产生的根本原因.由于pH的电性中和以及离子强度的电性屏蔽作用,膜-腐殖酸以及腐殖酸-腐殖酸之间黏附力随着pH的减小或离子强度的增大都呈增大趋势;而随着钙离子浓度的增大,由于少量钙离子的"架桥"作用以及过量时的电性中和作用,两种黏附力先增大后减小.各条件下,膜-腐殖酸与腐殖酸-腐殖酸之间黏附力都呈相同的变化趋势,且与对应污染膜的通量衰减幅度具有正相关性,为更加深入了解膜污染的形成机制提供了一定的理论支持.     

跨膜压差和膜面流速对磁絮凝延缓陶瓷微滤膜通量衰减的影响

为克服陶瓷微滤膜净化微污染水体时产水量不高、通量衰减迅速的难题,采用磁絮凝预处理工艺延缓陶瓷膜的污染。对比了磁絮凝预处理与传统絮凝预处理对陶瓷微滤膜膜污染的影响,结果显示:磁絮凝预处理后陶瓷膜的稳定产水量高于传统絮凝预处理,验证了磁絮凝预处理工艺延缓膜污染的可行性。同时,研究了跨膜压差和膜面流速对2种组合工艺膜通量的影响,结果表明:随着跨膜压差和膜面流速的增加,膜通量均提高但增幅逐渐放缓,其优化运行参数如下:跨膜压差为0.20 MPa,膜面流速为2.0 m/s。     

膜分离-光催化组合工艺中膜污染的控制

文章主要研究膜分离-光催化组合工艺中膜污染的控制措施。研究表明,该体系中,膜可逆阻力是造成膜污染的主要因素。通过减小抽吸压力,提高曝气强度,间歇抽吸等措施可以有效地减小膜可逆污染。实验表明:最佳抽吸压力为0.02MPa,经济曝气量为0.4 m3/h,采取抽吸13min、停抽2min的运行模式。膜不可逆污染可通过化学清洗加以去除。     

水质环境条件对恒流超滤过程的影响研究

研究了用聚丙烯腈中空纤维超滤膜组件净化含腐殖酸类有机物模拟废水的恒流膜过程,考察了水中的Ca2+浓度、离子强度、pH值等水质环境条件对超滤膜过滤性能的影响。试验结果表明,增加水中Ca2+浓度,增大溶液离子强度,以及降低pH值均能增大跨膜压差的增加速率;增加水中Ca2+浓度和降低pH值的效果较明显。Ca2+、离子强度变化基本不影响有机污染物的去除率,而pH值的升高降低了膜对水中有机污染物的去除率。     

厌氧膜生物反应器处理含盐废水运行效能及膜污染特性

采用厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactor,An MBR)处理模拟含盐有机废水,研究盐度变化对反应器运行效能及膜污染特性的影响.结果表明,当进水盐度逐渐增加但低于9. 1 g·L~(-1)时,反应器运行稳定,出水效果良好;当盐度增加至10 g·L~(-1),反应器COD去除率、产气量及甲烷含量都明显下降;污泥浓度、污泥体积指数(SVI)、溶解性微生物产物(SMP)和胞外聚合物(EPS)均随盐度增加而先升后降,污泥絮体紧密,沉降性良好.中空纤维膜组件在118 d内运行了3个周期,随着盐度增加膜运行周期由31 d延长为48 d,膜污染有所减缓.用SEM-EDX分析发现膜面污染物中有类似结晶状物质,Na、Mg、Al、Si、Cl、K、Ca和Fe为主要无机元素.三维荧光光谱(EEM)分析表明,蛋白质与腐殖酸是膜面有机污染物的主要成分.     

不同pH值下腐殖酸反渗透膜污染中的界面相互作用解析

应用extended derjaguin-landau-verwey-overbeek (扩展DLVO) 理论评价不同pH值下范德华力、静电力、疏水性力3种界面相互作用对腐殖酸反渗透(reverse osmosis, RO)膜污染的贡献,探究pH值影响腐殖酸RO膜污染的主控机制.对3种常规RO膜的理论分析结果表明,静电力对腐殖酸RO膜污染的贡献很小,范德华力使膜污染加剧;疏水性力会减缓膜污染.与前期粘附阶段相比,后期粘聚阶段中范德华力的贡献有所增大,疏水性力在2个污染阶段中均起主导作用.膜污染随pH值的降低而加重,疏水性力作用能的改变是pH值影响系统界面自由能的主控机制.相应pH值下3种RO膜过滤实验数据及其相关性分析结果表明,扩展DLVO理论能定量评价3种界面相互作用的贡献,界面自由能和膜污染之间有很好的相关关系,RO膜纯水接触角的数值不宜作为评价膜污染的指标.     

腐殖酸溶液对超滤膜污染的原因研究

针对腐殖酸溶液对超滤膜污染的原因,对超滤膜在过滤腐殖酸溶液时受到污染的变化进行了探讨,通过测试的数据比较了待测腐殖酸溶液与膜通量的关系,同时对腐殖酸溶液和添加钙离子后,对超滤膜污染的影响状况,同时还对超滤膜在过滤过程中的UV254变化规律进行了探讨。结果表明,不同质量浓度的腐殖酸溶液,它们对膜通量的影响比较显著,在相同的过滤时间内,膜通量分别下降了不同的百分组成。在腐植酸溶液中添加钙离子后,膜通量下降更大。     

预涂动态膜-生物反应器处理生活污水试验研究

采用孔径56um的工业滤布制作膜组件,以PAC作为预涂剂,组成预涂动态膜一生物反应器．对比预涂膜、未预涂膜和0．4um中空纤维膜的污染物去除效果和膜污染状况．试验结果发现,预涂动态膜．生物反应器不仅污染物质去除效果更好,而且预涂膜可以防止污染物质与微生物向膜材料表面和内部扩散,从而减轻膜污染,运行1128h后,操作压力仅上升至6kPa,并且只需刷洗,膜通量就可以恢复．无须消耗化学试剂．     

XDLVO理论解析钙离子对腐殖酸反渗透膜污染的影响机制

以XDLVO（extended Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek）理论定量解析腐殖酸反渗透（reverse osmosis,RO）膜污染过程中的界面相互作用,分析3种界面相互作用力在膜污染过程中的贡献,重点探究不同溶液pH条件下Ca2＋对腐殖酸RO膜污染的影响.结果表明,无论Ca2＋是否存在,对膜污染起促进作用的范德华力在pH 3时为主导作用力,而减缓膜污染的极性作用力在pH 7及pH 10时成为主控因素.静电力在所有测试条件下作用微弱,因此对膜污染贡献很小.Ca2＋主要通过改变极性作用力影响腐殖酸RO膜污染行为,且其影响随溶液pH值的降低而凸显,多数情况下Ca2＋会促进腐殖酸RO膜污染.界面自由能与膜污染程度相关性分析表明,XDLVO理论可以合理预测不同溶液条件下腐殖酸RO膜污染行为.     

不同因素对平板膜污泥浓缩工艺膜污染演变的影响研究

以临界通量表征膜污染趋势,利用响应面模型考察污泥浓度、膜间距和曝气量对上下层膜组件的膜污染影响,发现响应面模型具有较好的显著性和拟合性,且污泥浓度、膜间距和曝气量均对上下层膜组件膜污染有显著影响。同时发现,随着污泥浓度的增加上下层膜组件临界通量大幅下降;而在不同污泥浓度下,曝气量和膜间距的变化对上下层膜组件膜污染的变化有不同的影响。利用模型模拟获得了不同污泥浓度下的最优化参数,在四段式平板膜污泥浓缩中试运行中获得了较好的效果。     

Ultrafiltration with in-line coagulation for the removal of natural humic acid and membrane fouling mechanism

Experimental and theoretical analysis were made on the natural humic acid removal and the membrane fouling of ultrafiltration （UF） with in-line coagulation. The results showed dissolved organic carbon （DOC） and UV254 removals by the UF with in-line coagulation at pH 7 were increased from 28% to 53% and 40% to 78% in comparison with direct UF treatment respectively. At the same time, the analysis of high performance liquid chromatography showed that UF with coagulation had significant improvement of removal of humic acid with molecular weights less than 6000 Da in particular. Compared to direct UF, the in-line coagulation UF also kept more constant permeate flux and very slight increase oftransmembrane pressure during a filtration circle. Two typical membrane fouling models were used by inducing two coefficients Kc and Kp corresponding to cake filtration model and pore narrowing model respectively. It was found that membrane fouling by pore-narrowing effect was effectively alleviated and that by cake-filtration was much decreased by in-line coagulation. Under the condition of coagulation prior to ultrafiltration at pH 7, the cake layer formed on the membrane surface became thicker, but the membrane filtration resistance was lower than that at pH 5 with the extension of operation time.     

纳滤膜过滤MBR出水的污染原因与清洗方法

为研究膜-生物反应器(MBR)出水对纳滤膜的污染原因及清洗方法,使用场发射扫描电镜、傅立叶变换红外光谱仪、原子力显微镜和接触角仪对经MBR出水污染的纳滤膜表面污染层进行了检测,结果表明,纳滤膜表面污染物包括有机物和无机物,所含元素包括磷、镁等,对经过不同清洗步骤的膜表面进行的检测表明,柠檬酸清洗可以去除镁和大部分磷,这些物质主要以无机形态存在于膜面污染物中;后续NaOH清洗可以进一步去除磷,这部分磷主要来自有机酸、有机磷或蛋白质等膜面污染物.污染使膜表面粗糙度由79.5 nm增大至111.2 nm,但接触角由55.6°变为62.1°,表明亲水性变化不大;酸洗后表面粗糙度显著减小至51.9 nm,接触角变为96.0°,表明有机污染物暴露出来,膜面呈现疏水性;再经碱洗后,膜面粗糙度与亲水性均接近于新膜.这些结果说明,先酸洗后碱洗的方法可以去除绝大部分的膜面污染物,进一步推知膜污染初期主要为有机污染,之后无机物的作用使污染进一步加重.     

碳纳米管预涂覆低压膜去除水中腐殖酸的机理研究

以腐殖酸（Humic Acid,HA）为研究对象,通过压力辅助过滤技术将碳纳米管（Carbon Nanotubes,CNTs）预涂覆在聚醚砜（Polyethersulfone,PES）平板膜表面,制备了CNTs预涂覆低压膜,分别考察了该膜在恒压和恒流实验中对HA的去除情况及其对膜污染的缓解作用.研究表明,CNTs预涂覆膜可以有效缓解基膜的污染,保证CNTs的分散性,增加PES膜表面预涂覆CNTs的投加量,有助于缓解膜污染的发生;采用径向尺寸小的CNTs制备出的预涂覆低压膜,其抗污染能力更佳.研究进一步采用恒流膜滤装置对膜滤过程的3个阶段（新膜过滤阶段、膜污染加速阶段、堵塞膜截留阶段）进行了模拟,考察了CNTs预涂覆低压膜对HA的去除机理.结果表明,新膜过滤阶段,CNTs预涂覆低压膜运行初期,CNTs的吸附性能对HA的去除起主导作用,HA去除率随过滤时间的增加而不断减小,吸附阶段CNTs预涂覆膜的跨膜压差（Transmembrane Pressure,TMP）始终保持在较低水平（不高于15 kPa）,降低CNTs的径向尺寸和提高CNTs投加量,均有助于吸附去除HA;膜污染加速阶段,随着CNTs预涂覆膜进入膜污染加速阶段,HA的去除率由吸附阶段的不断降低开始出现上升拐点,TMP由于CNTs预涂覆膜的加快堵塞而不断升高;堵塞膜截留阶段,CNTs预涂覆低压膜在一定程度堵塞后,表现出截留去除HA的效能,且TMP仍保持在低压膜运行范围内,降低CNTs的径向尺寸,制备的预涂覆膜孔径小且分布均匀,有助于其提高截留去除HA的效能.整个恒流实验过程中,未负载CNTs的基膜对HA仅有微弱的吸附作用,且由于其较大的孔径,对HA的截留作用十分有限.本文通过对CNTs预涂覆低压膜吸附阶段和截留阶段的划分,明确了CNTs预涂覆低压膜在吸附饱和之后,能够有效截留水中HA,可作为水中腐殖质类污染物去除的一种有效手段.