絮体性质对纳滤膜污染的影响

混凝过程产生的絮体会对后续膜过滤性能产生一定的影响。实验中利用激光粒度仪研究2种混凝剂(AlCl3和PAC)在不同投加量下的絮体性质,混凝出水(不经过沉淀)直接进入纳滤膜(NF270)装置进行过滤实验。研究表明,投加量低(<0.20 mmol/L)的情况下,混凝出水反而使纳滤通量衰减发生恶化,随着投加量的增加,纳滤膜通量衰减得到有效的减缓。直接过滤腐殖酸(HA)的膜通量衰减(J/J0)为0.65,投加量为0.50 mmol/L时,AlCl3和PAC 2种混凝剂产生的通量衰减(J/J0)分别为0.78和0.75。滤饼层阻力受到絮体尺寸的影响较大,絮体尺寸越大,形成的滤饼层透水性更好。通过污染模型分析,混凝出水的纳滤膜污染机理主要是滤饼层阻力。     

正渗透膜过滤特性及污染物截留性能

采用Na Cl为汲取液溶质,研究正渗透膜分离过程中膜朝向、汲取液溶质浓度和错流速率对膜过滤性能的影响,以及正渗透膜对Na Cl、生活污水和垃圾渗滤液的污染物截留性能。结果表明,活性层朝向汲取液(AL-DS)时水通量(Jw)明显大于活性层朝向原料液(AL-FS)时,但随时间下降较快;Jw和溶质反向扩散通量(Js)均与汲取液溶质浓度正相关,但非线性增加,原因与内浓差极化有关;Jw同样与错流速率正相关,但随错流速率增加不明显。以葡萄糖为汲取液溶质时,正渗透膜对Na Cl的截留率能够达到90%以上。相同汲取液浓度下,处理生活污水时的Jw略大于垃圾渗滤液。正渗透膜对2种废水的污染物截留效果均较好。处理生活污水时,总有机碳和总氮的平均截留率分别为82%和90%以上;处理垃圾渗滤液时则分别能达到77%和95%以上。正渗透膜对渗滤液中的二价离子(钙、镁)的截留率达到98%以上。     

硅藻土预涂动态膜对海水中有机物的截留及膜污染特性

膜有机污染问题严重制约超滤在海水淡化预处理领域的推广应用。通过硅藻土预涂覆强化超滤膜对海水中有机物的截留,利用三维荧光光谱考察了硅藻土预涂动态膜对海水中典型有机污染物的净化作用,并对比分析了直接超滤和硅藻土预涂动态膜过滤海水过程中膜通量变化及污染特性。结果表明:硅藻土预涂动态膜对海水中DOC和UV254的去除率分别为65.25%和92.68%,较直接超滤分别提高了26.26%和31.10%。通过硅藻土预涂覆能够强化超滤膜对海水中蛋白质类有机物的截留,硅藻土预涂覆后超滤膜纯水通量略有降低。硅藻土在超滤膜表面形成的滤饼层结构避免了膜与有机污染物直接接触,在海水过滤过程中预涂动态膜的膜通量均高于直接超滤。硅藻土预涂动态膜更易清洗,膜通量更易恢复,能够有效减缓超滤膜的不可逆污染。     

3种正渗透膜对水中卡马西平的截留

采用3种商业正渗透膜对污水中的卡马西平进行截留,研究了膜活性层朝向、汲取液浓度、流速和汲取液溶质对卡马西平截留效果的影响。结果表明,活性层朝原料液的正渗透(FO)模式对卡马西平的截留效果要优于活性层朝向汲取液的模式。3种膜对卡马西平的截留率随着汲取液浓度的升高有所提高,但高浓度的汲取液时增幅并不显著且会引起严重的盐返混。NaCl是截留卡马西平最适合的汲取液溶质,对卡马西平的截留率随着水通量增加而增加,但是过高的盐返混可能导致卡马西平截留率的下降。醋酸纤维素聚酯网膜是所选3种膜中对卡马西平的截留率较高的膜。这些实验结果可为FO应用于卡马西平废水的处理提供参数。     

高岭土对不同污染物微滤过程的影响

本研究采用原子力显微镜(AFM)结合自制的膜探针以及Zeta电位仪通过分别测量不同有机污染物,即腐殖酸(HA)、牛血清蛋白(BSA)和海藻酸钠(SA)与微滤膜之间的粘附力以及相应污染物的Zeta电位,对高岭土在不同有机物微滤过程的影响进行了系统性研究。结果表明,高岭土对污染膜通量衰减的影响主要发生在膜过滤的初期阶段,其存在使HA污染膜的初期通量衰减幅度增加,BSA和SA污染膜的初期通量衰减幅度减缓;清洗后HA污染膜的通量恢复率降低,而BSA和SA污染膜的通量恢复率增大。而且,高岭土的存在使膜-HA之间的粘附力变大以及HA溶液的Zeta电位变小,膜-BSA、SA之间的粘附力变小以及相应污染物的Zeta电位都增大。因此,膜-污染物之间粘附力以及溶液的Zeta电位的变化可以指示膜污染的变化趋势。     

混凝剂品种对混凝-超滤联合工艺膜污染的影响

本实验以工业化学合成聚合硫酸铁混凝剂和自制生物聚合硫酸铁为例,考察了铁系混凝剂品种对地表水浊度、TOC和UV254的去除效果,混凝剂品种对混凝-超滤联合工艺处理地表水过程中超滤膜污染的影响。混凝实验结果表明,在10 mg/L(以Fe3+计)最佳投加量下,两类混凝剂对浊度、TOC和UV254的去除率基本相同。超滤膜污染实验结果表明,生物聚合铁预处理水样通量衰减速度略大于化学聚合铁预处理水样;膜污染阻力分析结果显示,随着循环次数的增加,工业化学合成聚合铁预处理水样造成的不可逆污染阻力逐渐增加,而生物聚合铁预处理水样造成的不可逆污染阻力却略有下降;膜污染机理分析表明,2组过滤过程的膜污染类型基本相似,由最初的膜孔堵塞过渡到最终的滤饼层污染。SEM分析表明,生物聚合铁预处理水样的膜污染较为严重。     

温度对正渗透工艺性能的影响

正渗透技术是一种以渗透压差为驱动力的新型膜分离工艺。温度是影响正渗透过程的关键因素。为考察温度在工艺运行中的重要作用,研究了温度对正渗透膜特性及工艺性能的影响,探讨通量衰减机制。结果表明,温度影响汲取液动态稀释、浓差极化和膜污染等的效应程度,进而影响正渗透性能。高温能够明显增加水通量和回收率,且汲取液温度影响比原料液显著。因此,合理优化温度条件是降低能耗提高正渗透性能的有效途径。     

膜生物反应器中新型无纺布膜过滤特性及膜污染特征

通过无纺布和聚偏氟乙烯平板膜组件在相同操作条件下的对比实验,研究无纺布膜的过滤特性。结果表明,2种膜的膜生物反应器COD、氨氮平均去除率均＞90%。过膜压力变化表明在长期运行条件下,无纺布可适于作为膜生物反应器的过滤介质,其过滤机理为膜表面滤饼层形成动态膜,从而增强了膜截留能力。膜污染研究表明,无纺布膜阻力主要来自滤饼层（占总阻力的83.6%）,经清洗后膜通量可恢复至94%。扫描电镜显示膜表面滤饼层较厚,结合膜阻力分析结果认为,该滤饼层对膜污染和可逆性影响较大。对膜表面和膜孔中胞外聚合物（EPS）的红外分析证实,其中含有蛋白质和多糖物质,而且组分分析表明蛋白质是膜污染物EPS中的主要组分,在膜孔中的含量比滤饼层中还高。     

基于海水和盐田水的正渗透驱动液

采用海水和盐田水作为驱动液,研究正渗透过程中的通量变化和膜污染特征,探索其作为驱动液的可行性。结果表明,海水和盐田水含有大量的盐离子,具有高的渗透压,海水、2#、5#和9#盐田水与0.42、0.8、2.2和4.2 mol/L的氯化钠具有同样的通量行为。随海水和盐田水浓度增加,通量增加,同时污染也越严重。扫描电子显微镜观察和荧光光谱分析发现,盐田水中的硅酸盐和有机物会沉积在膜表面,引起比较严重的膜污染,尤其是高浓度的盐田水。海水和盐田水作为正渗透过程中的驱动液需要进行一定的预处理。     

MBR的临界膜通量及其影响研究

采用通量阶梯式递增法测定了MBR的临界膜通量,研究了膜面气液两相流流速对临界膜通量影响,并考察次临界膜通量下MBR处理垃圾渗滤液的运行特性。试验结果表明,膜面气液两相流流速对临界膜通量影响较大,膜面气液两相流流速由0.9 m/s增至1.8 m/s,临界膜通量由12～14 L/(m²·h)增加至16～18 L/(m²·h),两者呈显著正相关关系,相关系数为0.997。次临界膜通量下运行时,膜污染包括不可逆污染和可逆污染2个阶段：不可逆污染阶段以凝胶层污染为主,占总量的72%,而可逆污染阶段以滤饼层形成的阻力为主,占总阻力的68.5%。     

盐类对模拟胞外聚合物(EPS)膜污染的影响

实验旨在研究盐类对模拟胞外聚合物(EPS)溶液在超滤和微滤过程中膜污染影响,通过添加与无添加盐类的模拟溶液的比较,研究盐类对EPS膜过滤在死端过滤过程的影响。实验考察了不同模拟溶液的膜通量衰减情况和滤饼比阻,并利用Hermia模型对实验数据进行拟合分析验证膜污染机理。实验结果表明,在超滤过程中,Ca2+和Al3+能在一定程度上提高膜通量,降低滤饼比阻,延缓膜污染;在微滤过程中,两者的添加反而降低了初始通量,添加Ca2+后滤饼比阻值反而有所增大;Na+对超/微滤过程影响很小。通过Hermia模型拟合分析发现,在超滤过程中,添加盐和无添加的溶液均以滤饼堵塞机理为主,而在微滤过程中则是以中间堵塞和滤饼堵塞机理为主。     

草甘膦模拟废水的纳滤分离过程研究

为研究草甘膦纳滤分离过程的影响因素及变化规律,选用GE Osmonic的DK膜对草甘膦模拟废水进行纳滤分离过程的研究。实验表明,20℃、浓度500 mg/L、pH=2.96的草甘膦模拟废水,其截留率随跨膜压力升高而略有升高,其渗透通量随跨膜压力的升高几乎线性增加;随操作温度升高渗透通量增加,但截留率下降;渗透通量和截留率均随料液初始浓度的增加而降低;在pH值为3~5的范围内,草甘膦的截留率随pH值升高而下降,在膜的等电点附近达到最低,该pH值范围内渗透通量在膜的等电点附近较高;在pH值为5~11的范围内,草甘膦的截留率随pH值升高而升高,在该pH值范围内渗透通量随pH值升高而降低;由于屏蔽效应,草甘膦的截留率随NaCl浓度的升高而降低。     

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。     

超滤法预处理L-乳酸发酵液

以白酒酒糟乳酸发酵液为研究对象,采用截留分子量为100 kDa的中空纤维超滤膜（聚偏氟乙烯PVDF膜）去除其中的蛋白质等杂质,为后续电渗析分离提纯L-乳酸提供合格的料液。研究表明,操作压力、温度、pH值和进料速度对蛋白质截留率、乳酸回收率和发酵液的膜通量均有影响;乳酸回收率与蛋白质截留率基本呈负相关关系,是因为被截留的蛋白质等在膜面形成滤饼层,有吸附并截留乳酸的作用。通过单因素实验,确定了在操作压力为20 kPa,温度为27℃,pH为3.9,进料速度为280 mL/min的情况下处理效果最好,蛋白质截留率可达到98.01%,乳酸回收率可达到97.78%,发酵液的膜通量为7.26 L/（m2·h）。     

混凝-超滤过程中絮体形态对膜污染的影响

以常规混凝-浸没式中空纤维超滤膜工艺为研究对象,考察了原水中不同混凝剂种类、混凝剂投加量、破碎强度等条件下产生的絮体对膜污染的影响。采用牛血清蛋白、腐殖酸与高岭土人工配制水样。Al Cl_3和PACl作为混凝剂,监测不同条件下絮体粒径、分形维数等絮体结构特性的同时,考察膜通量的变化趋势以及超滤膜的形貌特征。结果表明,通过对混凝剂的投加量加以控制,可以有效地缓解膜污染的程度。在相同投加量和破碎强度下,混凝剂所含的Al_a直接影响着絮体粒径的大小。蛋白质为造成膜污染的主要有机物。当破碎强度越大,滤饼层更疏松,膜污染越轻。     

减压膜蒸馏法处理石煤提钒废水

利用减压膜蒸馏设备处理石煤提钒废水,分别比较了废水经预处理前后,料液温度、流量、渗透侧真空度等操作条件对膜通量和截留率的影响。测定了不同浓缩倍数情况下膜通量的变化。实验表明,进料温度升高会使膜通量增加,温度为65℃时,热效率最高为70．1％。提高料液流量或真空度都会使膜通量增加。废水经VMD处理产出的淡水电导率均在10μS／cm以下,脱盐率可达99．98％以上。在温度为70％、流量为60L／h、真空度为0．095MPa时,石煤提钒废水经预处理后的废水膜通量为11．359kg／（m^2·h）,浓缩10倍时,膜通量仍有3．185kg／（m^2·h）。     

浸没式超滤膜处理再生水过程中的膜污染与化学清洗

以超滤膜处理再生水过程为对象,对膜污染的主要有机物、污染膜的清洗效果以及清洗前后表观形态的变化进行了分析,了解膜污染物的主要有机物。结果表明,污染物会在PVDF超滤膜表面不断累积,形成滤饼层。同时污染物能够进入膜孔内部,在外截面层造成严重的堵塞,导致通量下降,污染严重。随着运行时间的增加,膜表面污染程度越来越严重,化学清洗对污染物的去除效果有限。利用体积排阻色谱、三维荧光光谱和红外光谱等手段对洗脱液进行分析发现,蛋白类有机物是造成超滤膜污染的主要有机物。     

不同氨氮浓度对混凝-超滤组合工艺水质处理效果及膜通量的影响

我国地表水源污染物中氨氮是普遍存在的,且难以处理,实验选择混凝-超滤组合工艺,腐殖酸为NOM的代表物,通过考察污染物中氨氮不同含量水平的变化,考察氨氮含量对出水水质、通量下降和污染类型这3个方面的影响。结果表明,在给定实验条件下,氨氮含量由0.1 mg/L增大至0.5 mg/L时,加快了污染物在膜表面的沉积,最终导致出水有机物含量降低。PVDF和PVC膜的TOC去除率分别提高17.31%和23.21%,UV254去除率分别提高2.78%和11.72%,膜组件通量分别下降了3.51%和10.17%。考察膜污染类型,发现氨氮促进了标准孔堵塞和滤饼层形成,同时削弱完全孔堵塞和中间孔堵塞。     

PTFE中空纤维膜直接接触式膜蒸馏过程抗污染性能

通过研究不同原水对直接接触式膜蒸馏过程的影响,考察了聚四氟乙烯膜对无机盐、胶体和有机物的抗污染性能。研究表明,在35 g/L氯化钠溶液的4倍浓缩过程中,PTFE膜的相对通量降低至0.72;与碳酸钙饱和溶液的浓缩过程相比,由于溶解度的差异,硫酸钙饱和溶液浓缩过程中晶体析出量更多,通量衰减也更为严重;浓缩硅溶胶时,二氧化硅单体聚合并吸附于膜面从而引起膜通量的衰减,随着浓缩的进行,料液p H值不断上升,使得胶体体系愈加稳定,浓缩到2.6倍后相对通量没有随着浓缩倍数的增加出现明显下降,维持在0.73左右;腐殖酸在水中表现出的亲水性和电负性使其难以在具有较强疏水性的聚四氟乙烯膜表面上形成滤饼层,浓缩过程中相对通量始终保持在0.9以上。     

正渗透复合膜的制备及表征

通过在聚砜铸膜液中加入混合添加剂氯化锂和聚乙烯吡咯烷酮(PVP),用相转移法制备出多孔支撑层,然后通过界面聚合制备聚酰胺正渗透复合膜,重点研究了添加剂和聚砜浓度对膜结构和性能的影响。结果表明,氯化锂使得膜支撑层指状孔更加均一,提高孔隙率,并降低海绵层的厚度,提高了水通量;PVP增强了膜的亲水性,并易于成膜,在保持截盐率的同时提高了水通量;随着聚砜浓度增大,支撑层孔隙率变小,海绵状孔层变厚,生成的聚酰胺层更加致密,加重过程内浓差极化,水通量降低。采用质量分数为9%聚砜同时添加氯化锂和PVP的膜支撑层结构均一,孔隙率较大(68.0%),表面亲水性较强(接触角48.5°),优于2种商用三醋酸纤维素正渗透膜的孔隙率(32.6%和25.4%)和接触角(76.5°和73.5°);在正渗透过程中的自制膜水通量为21.9 L/(m2·h),均高于2种商用三醋酸纤维素正渗透膜(9.5和14.4 L/(m2·h))和文献报道的正渗透复合膜通量水平,并维持了一定的截盐率(盐通量为19.9 g/(m2·h)),表现出优异的正渗透性能。