混凝-微滤膜净水工艺的膜污染特征及其清洗

 通过对膜表面形貌的观察、不同清洗方法对膜通透性恢复效果的评价以及化学洗脱液的成份分析,对混凝-微滤膜工艺中的膜污染特征和膜污染的清洗进行了研究.结果表明,污染膜的外表面是微生物污染、有机污染和无机污染相互作用而形成的,内表面以微生物污染为主.碱洗能去除大部分的微生物和有机污染物,对膜内、外表面的清洗效果显著;而酸洗对膜表面的无机垢体清除效果较为显著.膜面溶解性有机污染物以小分子量为主,无机污染元素主要是Ca.     

膜-生物反应器处理高盐废水膜面污染物特性研究

研究MBR在低有机负荷条件下处理高盐废水的膜面污染物特征.结果表明,稳定运行121 d后,MBR对有机物和NH+4-N去除率稳定,出水效果良好;污泥性质发生较大变化,挥发性固体含量(VSS)/固体含量(SS)的下降,污泥体积指数(SVI)下降,表明污泥中无机成分含量增加,絮体更为紧密,沉降性能变好;污泥溶解性微生物产物(SMP)和胞外聚合物(EPS)成分发生较大变化,蛋白质所占比例降低,腐殖酸所占比例增加;扫描电子显微镜-X射线能谱仪(SEM-EDX)结果表明膜面存在无机污染物,其主要组成元素为Na、Al、Mg、Ca、K、Fe、Ti、Cr、W、Si和Cl;凝胶过滤色谱(GFC)分析表明,SMP中的大分子有机物被膜截留并累积是形成膜污染的原因之一;傅立叶红外(FTIR)光谱和三维荧光光谱(EEM)分析表明,膜面有机污染物的主要成分为糖类、蛋白质和腐殖酸;膜污染物组分质量分析说明在处理高盐废水时无机膜污染不可忽略.     

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.     

纳滤膜深度处理垃圾渗滤液的研究

以膜生物反应器二级处理后的出水为研究对象,考察了操作压力、pH、运行时间和进水流量对纳滤膜分离性能的影响以及对COD的去除情况.结果表明,操作压力为0.6MPa,pH为7是最佳运行条件,纳滤膜对COD去除率可以达到90%以上,出水完全达到国家二级排放标准.此外,实验还表明运行4小时后膜的性能就可以达到稳定,进水流量越大,膜通量和COD截留率也越大.文章最后探讨了膜污染的原因,并在膜通量降至膜初通量的16%时进行了水力清洗和化学清洗,结果表明水力清洗最大只能使膜通量恢复至膜初通量的40%,而化学清洗最大可达到85%.     

印染废水反渗透脱盐系统运行性能及膜污堵特性

反渗透(RO)脱盐工艺对实现印染废水再生利用具有重要的意义.膜污堵却制约了RO工艺应用.对广东省某工业园区印染废水RO脱盐系统运行性能及膜污堵特性进行了研究.结果表明,印染废水生化处理出水经臭氧氧化-砂滤-超滤(UF)预处理后,RO进水COD平均浓度为12.4 mg·L~(-1),浊度1 NTU.RO系统脱盐率稳定在98%,RO产水高锰酸盐指数约为0.7 mg·L~(-1),浊度约为0.12 NTU.但RO系统运行3 a后,跨膜压差高达0.6 MPa,产水量下降至120 m~3·h~(-1),且不能通过化学清洗恢复,在RO膜面沉积了不可逆的污堵物.RO膜面的有机物占总污堵物干重的(53.5±0.2)%,无机物占(46.5±0.2)%,RO膜面有机污堵与无机污堵贡献相近.Si、Al与Ca是RO膜面主要的无机元素.碱液(Na OH溶液)对沉积在RO膜面的Si与Al及有机物提取效果较好.     

纳滤膜处理乳制品废水过程中的膜污染清洗方法的研究

针对纳滤过程中乳制品废水污染的纳滤膜,选用不同的清洗剂进行清洗实验,讨论了清洗剂浓度、清洗温度、清洗时间对膜通量恢复率的影响,确定了适宜的清洗方案。实验结果表明,单纯使用一种清洗剂不能达到通量恢复的要求,确定的清洗方案为:先用35～40℃,pH=10.5的NaOH溶液清洗30min,再用0.3%H2O2碱液清洗20min,最后用2%柠檬酸清洗30min,能取得很好的清洗效果,适合清洗和环保的要求。     

超滤处理微污染地表水的膜污染化学清洗研究

针对超滤处理微污染地表水时产生的膜污染,利用电镜扫描和能谱技术分析其膜丝内表面污染物的组份,并考察了几种化学清洗剂对污染膜的清洗效果。试验结果表明,膜丝内表面的污染层是由有机物、微生物和无机物组成,其中有机物覆盖着无机物,以有机污染为主;膜清洗宜先碱洗后酸洗;单一清洗剂中NaOH、NaC1O和H2O2均有较好的清洗效果,但并不能使膜通量完全恢复,而复合清洗剂H2O2+柠檬酸具有显著的清洗效果,膜通量恢复率高达98%。     

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。     

地下水源膜法给水厂长期运行过程中膜性能演变

大庆油田水务公司西水源水厂以地下水作为主要水源,采用臭氧/活性炭+超滤膜（UF）处理工艺;自2014年投产至2019年底已经运行5年,水厂出水浊度、有机物（COD_Mn）和菌落总数等水质指标均稳定达标,但超滤膜污染导致膜性能变化。为了探究5年运行过程中超滤膜处理性能演变情况,对膜出水水质、膜通量、跨膜压差和膜污染层等进行分析。结果表明:超滤膜对浊度和微生物的去除率保持在90%以上,对COD_Mn平均去除率维持在9%。运行5年过程中,超滤膜的比通量每年下降2.1%~4.6%,恢复性化学清洗（CIP）对超滤膜的通量与比通量恢复率分别维持在73%~91%和85%~92%。污染层分析结果表明,超滤膜的有机污染物主要是腐植酸和蛋白质等;无机污染物包括锰、铁、硅、钙和铝等。高价金属元素与有机物形成络合污染物,在污染层中起到支配作用;另外,钙和硅的无机盐垢也不可忽视。     

高压膜表面性质对膜污染的影响机制

围绕纳滤膜和反渗透膜在水处理应用中的膜污染问题,论述了膜表面亲疏水性、荷电性、官能团和粗糙度4种关键性质对包括有机污染、无机污染、结垢污染和生物污染在内的不同污染类型的影响,分析了研究中由膜表面性质耦合性和污染物性质差异所导致的不同结论,并总结了膜表面各性质对膜污染的影响机制以及存在不确定性的原因,可为针对膜表面性质与膜污染相关性的研究和抗污染膜的研发提供建议。     

煤化工废水反渗透处理系统的运行效果及膜污染分析

针对煤化工废水反渗透（RO）膜处理系统夏季严重污堵的问题,本研究以实际某煤化工污水处理厂一级两段式RO系统为考察对象,分析了系统运行效能及膜污染特征.研究发现,生化段稳定地实现了有机物的削减,离子交换树脂进一步保障了产水的脱盐率,促进实现高水回收率,是煤化工废水零排放的重要保障.但对膜系统而言,脱盐及有机物去除的主要负荷集中在RO过程,一段/二段RO脱盐率分别为94.16%和96.16%,COD去除率分别为68.12%和87.4%;相对进水,一段RO有机物浓缩了9倍,二段RO盐浓缩了5倍.因此,两段膜过程都出现显著的膜污染,一段RO以有机-微生物-硅污染为主,形成致密的污染层,由进口到出口逐渐增厚,主要为蛋白质、多糖、腐殖酸;二段RO以Ca、Mg等的无机结垢为主,污染层结构相对松散,由进口到出口片状结晶逐渐增大.因此,预处理工艺的稳定运行及对污染物的去除以减轻RO过程的污染负荷是膜污染控制的关键;同时,针对RO系统中膜污染分布特征,制定杀菌、阻垢和化学清洗等膜污染控制策略以防止形成微生物抗性及"清洗剂抗性"具有重要意义.     

太湖原水中膜污染物质的确定与表征

采用混凝沉淀和浸没式微滤膜联用技术处理太湖原水,考察组合工艺中的有机物亲疏水性和分子量分布变化,并分析化学清洗水的有机物组分,以期确定造成膜污染的主要物质成分.结果表明,混凝预处理可有效去除大分子的亲水性有机物,这类有机物仅能导致可逆污染,而中等和小分子的有机物会导致不可逆污染.此外,三维荧光光谱表明与膜污染关系最密切的2个区域为:λex=230nm/λem=330~350nm (区域Ⅰ)和λex=280nm/λem=300~350nm (区域Ⅳ),其对应的胞外蛋白质类有机物和溶解性微生物产物(SMP)是造成微滤膜不可逆污染的主要物质.     

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.     

高锰酸盐复合药剂预氧化缓解超滤膜藻类污染的中试研究

通过中试试验考察了高锰酸盐复合药剂(PPC)预氧化强化混凝/沉淀/超滤的组合工艺的除藻效能以及PPC预氧化对藻类引起的膜污染的缓解作用,并对其机理进行了探讨.试验结果表明,投加0.6mg·L-1PPC能使预处理阶段对藻类的平均去除率提高约28%.组合工艺处理高藻水时,PPC预氧化通过强化预处理,降低膜表面的污染负荷,对藻源污染物引起可逆和不可逆污染均具有一定的缓解作用.化学清洗试验结果表明,碱洗对超滤膜TMP恢复效果远远强于酸洗,因而有机物是超滤膜处理高藻水时的主要污染物质.     

Fouling distribution in forward osmosis membrane process

Fouling behavior along the length of membrane module was systematically investigated by performing simple modeling and lab-scale experiments of forward osmosis （FO） membrane process. The flux distribution model developed in this study showed a good agreement with experimental results, validating the robustness of the model. This model demonstrated, as expected, that the permeate flux decreased along the membrane channel due to decreasing osmotic pressure differential across the FO membrane. A series of fouling experiments were conducted under the draw and feed solutions at various recoveries simulated by the model. The simulated fouling experiments revealed that higher organic （alginate） fouling and thus more flux decline were observed at the last section of a membrane channel, as foulants in feed solution became more concentrated. Furthermore, the water flux in FO process declined more severely as the recovery increased due to more foulants transported to membrane surface with elevated solute concentrations at higher recovery, which created favorable solution environments for organic adsorption. The fouling reversibility also decreased at the last section of the membrane channel, suggesting that fouling distribution on FO membrane along the module should be carefully examined to improve overall cleaning efficiency. Lastly, it was found that such fouling distribution observed with co-current flow operation became less pronounced in counter- current flow operation of FO membrane process.     

膜-生物反应器中荧光物质对膜污染的影响

采用三维荧光(EEM)技术对膜-生物反应器(MBR)运行过程中进出水、膜面溶解性污染物、溶解性微生物(SMP)和胞外聚合物(EPS)进行分析,并对各运行条件下荧光强度与膜污染速率进行比较.结果表明:各工况膜污染顺序为工况1(0.55 kPa/d)<工况3(1.37 kPa/d)<工况2(1.71 kPa/d)<工况4(3.69 kPa/d),SMP中的类蛋白质和类富里酸,以及EPS中的类蛋白质和类腐殖酸,均与各工况膜污染速率呈一致的变化趋势,而膜面溶解性污染物中的类蛋白质荧光峰则与膜污染速率没有明显的关系,说明在膜表面积累的荧光物质可能与其他有机物共同作用影响了膜污染速率.      

超滤膜材料对SiO2-有机物膜污染行为的影响

选用聚偏氟乙烯（PVDF）及乙烯乙烯醇共聚物（EVOH）2种超滤膜,针对SiO₂-牛血清蛋白（BSA）及SiO₂-腐殖酸（HA）2种无机-有机混合污染物,通过单种及混合污染物过滤实验,结合各污染物与膜之间作用力的测定,考察膜材料对SiO₂-有机混合污染物膜污染行为的影响机制.结果表明：与单种有机污染物HA或BSA相比,SiO₂-HA/BSA混合污染物对PVDF及EVOH超滤膜的污染会出现加剧和减缓2种相反的现象.结合作用力结果发现：当膜-SiO₂之间的作用力大于膜-有机污染物之间作用力时,与单种有机污染物相比,SiO₂的存在会加剧膜污染;相反,当膜-SiO₂之间作用力小于膜-有机污染物之间作用力时,SiO₂的存在会有效减缓膜污染.上述结果说明膜材料是控制无机-有机混合污染物膜污染行为的关键因素.     

Chemical cleaning of fouled PVC membrane during ultrafiltration of algal-rich water

Cleaning of hollow-fibre polyvinyl chloride (PVC) membrane with di erent chemical reagents after ultrafiltration of algal-rich water was investigated. Among the tested cleaning reagents (NaOH, HCl, EDTA, and NaClO), 100 mg/L NaClO exhibited the best performance (88.4% 1.1%) in removing the irreversible fouling resistance. This might be attributed to the fact that NaClO could eliminate almost all the major foulants such as carbohydrate-like and protein-like materials on the membrane surface, as confirmed by Fourier transform infrared spectroscopy analysis. However, negligible irreversible resistance (1.5% 1.0%) was obtained when the membrane was cleaning by 500 mg/L NaOH for 1.0 hr, although the NaOH solution could also desorb a portion of the major foulants from the fouled PVC membrane. Scanning electronic microscopy and atomic force microscopy analyses demonstrated that 500 mg/L NaOH could change the structure of the residual foulants on the membrane, making them more tightly attached to the membrane surface. This phenomenon might be responsible for the negligible membrane permeability restoration after NaOH cleaning. On the other hand, the microscopic analyses reflected that NaClO could e ectively remove the foulants accumulated on the membrane surface.