不同原水中膜污染物质的表征与确定

本文采用有机物的组分分析、相对分子质量分布及三维荧光等分析手段,研究了青草沙水库和滆湖原水的膜过滤通量的表现,探讨了膜污染的机理.试验结果表明,中亲组分有机物造成的微滤膜和超滤膜的通量下降最为严重,而疏水性有机物对通量的影响甚微.滆湖水对微滤膜的通量下降较青草沙水库水严重,而青草沙水库水对超滤膜的通量下降较滆湖水严重.膜污染机理的分析表明,微滤膜污染主要由膜孔堵塞造成,而超滤膜的通量主要受大分子有机物形成的滤饼层的影响.三维荧光分析表明,蛋白质类的有机物是造成膜污染的主要物质.     

天然有机物的相对分子质量分布及亲疏水性对微滤膜组合工艺中膜污染的影响

研究采用混凝沉淀+粉末活性炭吸附+高锰酸钾+浸没式微滤膜的组合工艺对太湖水进行中试试验,通过高效凝胶色谱(HPSEC-UV-TOC)和三维荧光(3DEEM)的测定方法,着重考察有机物的相对分子质量(Mr)分布和亲疏水性对膜不可逆污染的影响.凝胶色谱分析表明:预处理可几乎完全去除大分子有机物(Mr>10×103),但仅能去除部分的中等分子(10×103>Mr>1×103)和小分子(Mr<1×103)有机物.研究发现化学清洗水中的有机物相对分子质量多为中等分子和小分子,说明导致膜不可逆污染的主要是中等分子和小分子有机物.此外,洗膜水中强疏和中性亲水组分含量远高于弱疏和极性亲水,说明强疏和中性亲水组分是不可逆污染的主要物质.三维荧光分析表明,芳香族蛋白质和溶解性微生物产物是造成膜不可逆污染的主要污染物.     

厌氧膜生物反应器中亲疏水性有机物的膜污染特征

采用树脂吸附脱附的方法对厌氧膜生物反应器（AnMBR）中溶解性微生物代谢产物（SMP）的6种亲疏水性有机物进行了分离,其中,亲水中性物质是SMP的主要成分,占总有机物的74.84%.多糖、蛋白质和腐殖质类物质在亲疏水性有机物中均有分布.采用恒压死端过滤的方式对比分析了6种亲疏水性有机物的微滤特性,发现在TOC浓度相同的条件下,亲水性碱（HIB）是造成膜通量下降最快的物质,其次是亲水中性物（HIN）和疏水性酸（HOA）,膜通量下降速率与有机物平均粒径呈指数相关关系（R²=0.9965）.采用过滤模型对微滤过程进行拟合,HOA、HIN和HIB的过滤过程分别符合标准堵塞模型、中间过滤模型和滤饼过滤模型的特征,与其粒径分布特征相对应.试验进一步对比了亲疏水性有机物污染层的可逆性,结果表明HIN造成的膜污染不易通过物理反冲洗得到恢复.     

城市污水二级出水有机物分子量分布和亲疏水特性对纳滤膜污染的影响

分别采用分子量分级膜和XAD-8树脂,研究了污水厂二级出水中有机物分子量分布特征及不同分子量分布区间亲疏水有机物的相对含量,考察了分子量分布及亲疏水特性对纳滤膜透水性能的影响.结果表明,二级出水有机物中,小分子亲水性有机物含量最高,小于2k的有机物占总有机物含量的45.61%,其中亲水性物质占28.07%,疏水性物质占17.54%;不同特征的原水分别经纳滤膜过滤,分子量分布对膜污染影响较大,分子量小于30k时,分子量区间越小,比通量衰减越快,分子量大于30k时,分子量区间越大,比通量衰减越快,且分子量较小的有机物通量衰减程度大于分子量较大有机物;在分子量分布相同区间内,亲水性有机物的比通量衰减较慢,说明相同分子量时,膜对亲水性物质的截留率较低,而疏水性物质是引起膜通量衰减的主要原因.     

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。     

水中藻类溶解性有机物特性研究

试验从分子量分布、三维荧光光谱和亲疏水特性3个方面研究了水中藻类(鱼腥藻、小球藻和小环藻)溶解性有机物(AOM)的特性。结果表明,3种AOM有机物在分子量分布上大分子和中小分子有机物各占一定比例。鱼腥藻AOM和小球藻AOM均表现出大分子和小分子有机物所占比例较大,中等分子有机物所占比例较小;小环藻AOM所含大分子有机物的比例相对较小,中小分子有机物是小环藻AOM的主要组成部分。荧光光谱分析得出,鱼腥藻AOM的大分子有机物主要是大分子蛋白类和腐植酸类有机物,中小分子有机物主要是小分子糖类和大分子疏水性腐殖类有机物的分解产物。小球藻AOM大分子有机物以大分子蛋白质类为主,中小分子有机物含有较多的蛋白类和腐殖酸类物质。而小环藻AOM大分子有机物主要以大分子腐殖酸类为主,中小分子有机物腐殖酸类物质含量也较多。亲疏水性分析表明,藻类AOM呈现较强的亲水特性,其SUVA值较低,主要是由亲水性的多糖和蛋白类有机物组成,疏水性腐殖类有机物质的含量相对较少。     

混凝处理防止膜污染的作用与机理

通过膜过滤混凝上清液的方法 ,并比较膜进水和透过水中有机物相对分子质量分布的变化 ,探讨了混凝防止膜污染的作用和机理 .结果表明 ,相对分子质量大于 10 0 0的有机物是造成膜污染的主要因素 ,而相对分子质量小于 10 0 0的有机物对膜污染的影响较小 .尽管混凝能有效地去除相对分子质量较大的有机物 ,但混凝防止膜污染的效果与其投加量有密切的关系 .较低的混凝投加量 (2 5mg·L- 1 )防止膜污染的效果较差 ,较大的投加量 (>5 0mg·L- 1 )防止膜污染的效果较好 .UV2 54能更好地反映有机物对膜污染的影响程度 ,如何有效地去除这类有机物是防止膜污染的关键 .混凝防止膜污染的效果与去除相对分子质量大于 10 0 0的UV2 54的程度密切相关 .试验结果表明 ,混凝去除这类有机物的效果达到 5 0 %时 ,可有效地防止膜污染     

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.      

附加电场对中空纤维膜污染的减缓作用

通过对新型附加电场的中空纤维膜组件的实验室研究,探讨了电场对缓解微滤膜污染的作用.在恒定流量下过滤含有20mg/L腐殖酸的原水,无电压时,跨膜压力从0.0200MPa上升到0.0300MPa耗时2h,而施加60V电压时该时间段延长至10h.研究表明,原水中的腐殖酸在电场中发生电泳迁移,减少了向膜表面的移动,其对膜的污染被减缓;同时腐殖酸在电场中发生凝聚现象,沉积在膜表面形成疏松的滤饼层,是跨膜压力增加缓慢的另一原因.     

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。     

污泥性质对动态膜形成和膜污染的影响

以一体式尼龙筛网动态膜生物反应器（DMBR）为研究体系,探讨了正常污泥、膨胀污泥和解体污泥的动态膜形成和膜污染特点,并从胞外聚合物（EPS）、相对疏水性（RH）、污泥混合液粘度（μ）、接触角这些物化性质角度定量研究膜污染机理.研究结果表明,膨胀污泥由于丝状菌累积导致严重的泥饼层污染;解体污泥由于胶体颗粒和可溶性物质沉积...     

浸没式膜-生物反应器膜污染物中胞外聚合物的提取与分析

研究了胞外聚合物对膜生物反应器中膜污染物的贡献和影响,通过对膜表面的EDX分析,发现膜污染物以有机污染物为主;采用碱液离心提取法提取反应器污泥和膜污染物中的EPS,发现二者的EPS主要由相对分子量在12000以上的大分子物质组成,而且这些大分子物质基本上都是难降解的;以TOC表征EPS总量,并对其中多糖、蛋白质、DNA等组分进行测定,发现膜污染物中的EPS浓度是反应器污泥中的4倍左右,多糖类物质是首要的膜污染物,蛋白质对膜污染也起着重要的作用;反应器内DNA含量要高于膜污染物中,可证实DNA不是主要的膜污染物;通过电泳分析发现,二者大片段区间内的DNA的分子量几乎相同.     

胞外聚合物对浸没式膜-生物反应器膜过滤性能的影响

通过浸没式膜-生物反应器（SMBR）处理上海市城市内河水的试验,研究了反应器混合液中和2种疏水性不同的膜上污泥胞外聚合物（EPS）的量、组成、污泥特性及对膜过滤性能的影响.结果表明,混合液污泥中的溶解性EPS和固着性EPS比膜上污泥多,不同污泥的固着性EPS组分中蛋白质（EPSP）/多糖（EPSC）的大小顺序依次为混合液污泥〈亲水膜污泥〈疏水膜污泥.疏水膜污泥中溶解性EPS比亲水膜多,溶解性EPS和固着性EPS量及组分均有很大差异.混合液污泥的EPS流动性大,疏水性膜上污泥EPS的流动性较大.溶解性EPS对污泥特性及膜过滤性能影响较大.SMBR中亲、疏水性膜片上黏附的污泥的相对疏水性分别为53%、59%.比较2种膜片通量的变化发现,疏水性膜污染严重.     

膜-生物反应器中活性污泥沉降性能与膜污染相关性研究

结合连续流小试，对膜．生物反应器运行过程中，活性污泥沉降性能的变化及其对膜污染的影响进行了研究．结果表明，随着运行时间的增长，该系统内丝状菌大量繁殖，活性污泥沉降性能变差，SVI值升高．随之，膜过滤压差(过滤阻力)平均上升速率有所增加，膜过滤周期缩短．膜过滤压差的“两阶段性(平缓上升期和加速上升期)”变化规律趋于明显，平缓上升期和加速上升期的膜过滤压差上升速率随污泥SVI值的升高分别呈现下降和上升的趋势．污泥沉降性能的变化对膜污染过程产生明显影响．电镜观察表明，污泥沉降性能对膜过滤压差的影响与膜面污染层的结构和厚度有关．     

Mechanism of calcium mitigating membrane fouling in submerged membrane bioreactors

Two parallel membrane bioreactors (MBRs) were operated under different calcium dosages (168.5, 27 mg/L) to gain a better understanding of the mechanism of retarding membrane fouling by adding calcium. The results showed that the particle size of sludge flocs increased and the particle size distribution tended to be narrow at the optimum dosage (168.5 mg/L). Calcium was effective in decreasing loosely bound extracellular polymeric substances (LB-EPS) in microbial flocs and soluble microbial products (SMP) in the supernatant at the dosage of 168.5 mg/L by strengthening the neutralization and bridging of EPS with flocs. Furthermore, the amount of COD_S and COD_C decreased in both the mixed liquor and the fouling cake layer on the membrane surface. In order to compare the filtration characteristics of cake layers from the MBRs with the two calcium dosages, the specific cake resistance and the compressibility coefficient were measured. The specific cake resistance from the MBR with optimum dosage (168.5 mg/L) was distinctly lower than that with low dosage (27 mg/L). The compressibility coefficient of the cake layers under two dosages were respectively attained as 0.65, 0.91. Scanning electron microscopy (SEM) and three-dimensional confocal scanning laser microscope analysis (CLSM) images were utilized to observe the gel layer directly.     

Relationship between sludge settleability and membrane fouling in a membrane bioreactor

The evolution of activated sludge settleability and its relationship to membrane fouling in a submerged membrane bioreactor were studied at a lab-scale equipment fed with synthetic wastewater. It was found that sludge volume index (SVI) gradually increased and the sludge settleability was reduced, which was caused by the propagation of filamentous bacteria. With increasing SVI, the average increasing rate of trans-membrane pressure increased, the stable filtration period was shortened, and the two stages (smooth stage and accelerating stage) of the trans-membrane pressure were more obvious. At the same time, the increasing rate of trans-membrane pressure at the smooth stage decreased and the rate at the accelerating stage increased with SVI, respectively. The observation by using scanning electronic microscopes showed the cake layer with loose structure and large thickness formed on the membrane surface due to the appearance of filamentous bacteria and high SVI in sludge. Influence of the sludge settleability on the trans-membrane pressure was related to the structure and thickness of the cake layer on the membrane. Translated from ACTA Scientiae Circumstantiae, 2005, 25(3): 396–400 [译自: 环境科学学报]