纳滤膜截留特性与膜基本特征之间关系的研究

选择DF10、DF30、DF90 3种纳滤膜对无机盐(NaCl和CaCl_2)、微量有机物(药物及个人护理品)、富里酸溶液进行纳滤实验,考察具有不同物理化学特性的膜对不同种类溶质的截留能力差异.结果表明,膜孔大小和带电量共同决定了纳滤膜对无机物的截留率,而微量有机物和天然有机物的截留率主要由膜孔径决定.膜活性层厚度很大程度上影响了膜的透水系数;膜的透水系数与NaCl截留率呈现负相关;膜的截留分子量越小,其对有机物的截留率越高;脱盐(NaCl)能力不一定正相关于有机物截留率,也不正相关于CaCl_2截留率.研究发现,DF30具有低无机物截留、高有机物截留的特性,这与其截留分子量适中、膜表面电荷密度低、活性层厚度小等物化性质密切相关.     

纳滤膜去除饮用水中微量三唑磷的研究

分别采用NF200、NF90纳滤膜去除饮用水中的微量三唑磷,研究了操作压力、原水中三唑磷浓度、pH和离子强度等因素对其去除效果的影响,并探讨了两种纳滤膜截留三唑磷的机理.结果表明:两种纳滤膜均可有效去除饮用水中的微量三唑磷,NF200膜的去除率在90%左右,NF90膜的去除率可达97%以上;操作压力对NF200、NF9...     

纳滤在水处理与回用中的应用现状与展望

纳滤(nanofiltration,NF)作为一种分离效果介于超滤和反渗透之间的膜过滤技术,在过滤过程中同时兼具物理孔隙产生的筛分效应和膜面电荷产生的道南效应作用.纳滤对水中的大多数有机物和多价盐离子具有很高的截留率,而对单价离子截留率较低,因而对单价多价盐具有良好的选择分离特性,近年来在饮用水软化、污水深度处理与回用、工业过程浓缩分离等方面得到了较为广泛的应用.据估计,到2019年纳滤膜的全球市场份额将达到4.451亿美元,同时在2015—2019年间将保持高达15.6%的年复合增长率(compound annual growth rate,CAGR).本文总结了目前市场上的纳滤膜品种、产品性能以及纳滤膜在水处理与回用中应用情况,并针对纳滤膜在应用中存在的问题提出了可行的方法和建议,最后对纳滤膜未来的发展方向提出了展望.     

藻类对纳滤膜去除萘普生的影响

传统的饮用水处理工艺不能有效地去除水中痕量有机物PPCPs,纳滤(NF)膜工艺对其有较好的去除效果。水中有机物(DOM)的存在对NF膜去除PPCPs有较大的影响,藻类有机物(AOM)的组成及特性不同于天然有机物,它在膜处理工艺中对膜污染有重要的影响。试验研究了2种藻类(鱼腥藻、小球藻)AOM对纳滤膜去除萘普生(NPX)的影响效果。结果显示2种藻类AOM均能促进NF膜对NPX的分离,提高NPX的去除率,但会显著降低膜通量。AOM的分子量分布和亲疏水性与其对NPX去除率的影响有关,AOM中亲水性的多糖和蛋白类有机物质是造成膜污染和影响NPX去除率的主要物质。滤饼层的形成改变了膜表面的亲疏水性能和截流分子量(MWCO),也是造成膜通量衰减和NPX去除率提高的重要原因。     

NF270截留17α-乙炔基雌二醇过程

研究了操作压力、电解质及pH等因素对聚酰胺复合纳滤膜组件NF270截留水溶液中100 μg/L 17α-乙炔基雌二醇(EE2)过程的影响,同时考察了NF270对葡萄糖配水中100 μg/L EE2的截留情况.结果表明:NF270能实现对微量甾体雌激素EE2的有效截留;截留初始阶段,EE2在膜面的吸附作用增强了NF270的截留效能,组件运行6 h后膜截留性能稳定. 出水ρ(EE2)随着操作压力的增大略有增大,当操作压力为0.5 MPa时,出水ρ(EE2)为31.09 μg/L. 加入MgSO₄和CaCl₂等电解质,截留率略有提高,出水ρ(EE2)为27.10 μg/L. 酸性条件对NF270截留EE2影响较小,当pH为11时EE2稳定截留率为88.81%,比中性条件高19.91%. 0.5 MPa条件下NF270对葡萄糖配水中EE2截留效果明显提高,出水ρ(EE2)仅为11.96 μg/L.      

溶液特性及共存物对纳滤膜去除水中全氟辛酸的影响

利用聚酰胺复合纳滤(NF)膜去除水中的持久性有机污染物—全氟辛酸(PFOA),分别研究了PFOA浓度、溶液离子强度、pH值、典型大分子有机物—牛血清蛋白(BSA)以及BSA与Na+共存对PFOA截留率的影响.结果表明,在0.8MPa下过滤24h,随着PFOA浓度增大,PFOA截留率提高;溶液离子强度、pH值越高,PFO...     

纳滤去除水中痕量有机物的影响因素研究进展

痕量有机物在水环境中普遍存在,具有长期残留性、生物积累性和强毒性等特点,对水生生态环境和人类健康产生了严重威胁。控制水环境中痕量有机物污染是当前环境领域的热点。纳滤膜技术在去除痕量有机物方面具有广泛的应用前景,但其去除效果受诸多因素的影响。结合国内外研究,文章总结了水质特性、操作条件以及膜表面性质对纳滤膜截留痕量有机物的影响,分析了以往研究中纳滤膜在不同影响因素的条件下得出的不同结论,并对未来纳滤膜技术的研究进行了展望。     

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.     

纳滤膜净化受污染地下水的效能与膜污染特性

分别建立了以活性炭、锰砂及石英砂过滤为预处理的纳滤膜组合工艺系统净化受污染地下水以活性炭为预处理的纳滤膜通量衰减速率最小[0.0592L/(m2·h2)],说明由地下水中有机物造成的纳滤膜污染作用明显大于铁、锰及硬度引起的无机污染;预处理出水经终端纳滤膜处理后,地下水中COD、UV254等有机物综合指标去除率达50%以上,并能保留水中的部分矿质元素,而且经终端纳滤膜处理后地下水中的有机物种类减少了28种,同时色谱总峰面积减少了94.6%;结合扫描电镜、色质联机及傅立叶红外-拉曼光谱分析,主要有26种烃类、苯类、醛类等有机物污染物附着在膜上,无机污染物则以CaCO3和CaSO4成分为主.     

基于可解释性机器学习的纳滤膜去除有机微污染物研究

纳滤膜对微污染物去除效率受膜特性、微污染物性质和实验条件等因素影响,优化这些影响因素对纳滤工艺的成功应用至关重要,然而实验优化过程不能同时兼顾多因素对去除效能的交互影响.为此,基于线性、非线性和集成学习算法,开发了4种纳滤膜对有机微污染物去除效率的预测模型,并验证了模型的预测性能和可行性.在拟合程度、稳健性和外部预测能力等方面对开发的模型进行了对比分析研究,结果表明,用集成学习算法开发的XGBoost模型能够准确识别影响膜分离过程中的关键因素,在预测纳滤膜对微污染物的去除效率方面表现出强大的潜力(R_adj²=0.977,Q_ext²=0.877,Q_LOO²=0.875).此外,利用SHAP解释方法定量解析了各驱动因素对纳滤膜去除微污染物效率的贡献,证明纳滤膜的截留分子量、膜表面接触角和污染物的尺寸是微污染物去除过程中重要的影响因素.首次将模型解释方法应用于特征变量的选择过程,使集成算法(XGBoost)模型的性能得到进一步优化.所开发的机器学习模型,有利于优...     

Effect of water matrices on removal of veterinary pharmaceuticals by nanofiltration and reverse osmosis membranes

This study explored the removal of five veterinary pharmaceuticals (VPs) (sulfamethoxazole (SMETOX), trimethoprim (TMP), ciprofloxacin (CIPRO), dexamethasone (DEXA) and febantel (FEBA)) from different water matrices (Milli-Q water, model water, tap water and real pharmaceutical wastewater using four types of nanofiltration (NF) membranes (NF90, NF270, NF and HL) and two reverse osmosis (RO) membranes (LFC-1 and XLE). All VPs were added to different water matrices at a concentration of 10 mg/L. Rejections of VPs and water flux were measured. The rejection increased with increase of molecular weight. The highest rejections were obtained with RO membranes (LFC-1, XLE) and tight NF (NF90) membrane. In general, the rejection of VPs was higher in model water and tap water than in Milli-Q water, but the water flux was lower. This was mainly explained by ion adsorption inside the membranes pores. Narrower pore size counteracted the effect of presence of low concentration of natural organic matter (NOM) in tap water. The NOM was assumed to enhance the adsorption of VPs onto membrane surface, increased the size exclusion and electrostatic repulsion also appeared during the transport. Investigated water matrices had influence on water flux decline due to their complexity.     

DOM纳滤膜污染及对膜截留卡马西平性能的影响

研究了天然原水中溶解性有机物(DOM)对HL和ESNA1-K两种纳滤膜造成的膜污染及其对膜截留卡马西平(CBZ)性能的影响.结果表明,DOM的存在造成了严重的膜污染和通量衰减.膜污染对CBZ截留率的影响与膜本身的特性和污染物特性有关,DOM通过在膜表面形成污染滤饼层和进入膜孔内部造成的膜孔堵塞,影响弱疏水性的CBZ从水中的分离,青草沙水库原水中的DOM引起的膜污染提高了两种纳滤膜对CBZ的截留效果,而太湖DOM造成的膜污染会降低CBZ的截留效果.研究还发现,中等相对分子质量(1 500~10 000)有机物会紧密地黏附在膜表面形成滤饼层,从而改变膜表面的疏水性能,小分子主要通过进入膜孔导致膜孔径堵塞.滤饼层的疏水性和浓差极化作用以及膜孔径的堵塞造成膜通量衰减并影响CBZ去除率.应用XDLVO理论对DOM造成的膜污染的分析结果表明,太湖DOM的疏水性明显强于青草沙DOM,其分子间的聚合自由能更负,与膜的黏附自由能更负,因而造成的膜污染和通量衰减更严重.     

纳滤膜在地下水除氟中对Cl^-／F^-的选择性分离

荷负电型纳滤（NF）膜在地下饮用水除氟中,对离子F^-的截留率（65％-78％）要高于对离子Cl^-的截留率,且表现出较好的Cl^-／F^-的选择性（离子选择性系数S〉1．5）和Donnan排斥作用。当水溶液中离子F^-和Cl^-单独存在时,随原水F^-浓度增加,NF膜对F^-的截留率由64．3％增至73．0％,当原水F^-浓度小于3．3mg／L时,NF膜出水F^-浓度小于1．0mg／L;而随Cr浓度增加,NF膜对Cl^-截留率由44．7％减小至20％以下。当F^-和Cr共存时,受F^-浓度增加的影响,NF膜Cl^-的截留率逐渐减小;受Cl^-浓度增加的影响,NF膜F^-截留率同样表现出减小的趋势。由S值随r浓度的增加而增大,可知NF在地下水除氟中F^-与Cl^-之间存在明显的竞争关系。     

Effects of ion concentration and natural organic matter on arsenic(V) removal by nanofiltration under different transmembrane pressures

The removal of As(V) from synthetic water was studied using four different nanofiltration (NF) membranes (ESNA-1-K1, NF270, ESNA-1-LF, and HODRA-CORE). The influences of ion concentration, transmembrane pressure (TMP), and the presence of natural organic matter (humic acid, HA) on the arsenic removal efficiency and permeate flux were investigated. The arsenic rejection of ESNA- 1-LF was higher than those of the other membranes in all experiments (> 94%), and the HODRA-CORE membrane gave the lowest removal of arsenic (< 47%). An increase in the ion concentration in the feed solution and addition of HA decreased the arsenic rejection of the HODRA-CORE membrane. However, both increasing of the ion concentration and addition of HA made the rejection increased for the other membranes (ESNA-1-K1, NF270, and ESNA-1-LF). With increasing TMP, for all four NF membranes, increases in both arsenic rejection and permeate flux were observed. The permeate fluxes of the four NF membranes decreased to some extent after addition of HA to the solutions for operating time of 6 hr.     

Arsenic (V) removal from groundwater by GE-HL nanofiltration membrane: effects of arsenic concentration, pH, and co-existing ions

A laboratory-scale investigation was performed to study arsenic (As (V)) removal by negatively charged GE-HL nanofiltration (NF) membrane in simulated drinking water. Effects of As (V) concentration (0–200 μg·L⁻¹), pH, and co-ions and counter-ions were investigated. The NF membrane presented good stability, and the rejection rates exceeded 90%. The rejection rates of As (V) decreased with the increase of As (V) concentration, while it increased with the increase of pH (reached 96% at pH 6.75). Moreover, a negative relationship was observed between the co-existing ions of Cl⁻, Na⁺, SO₄²⁻, and Ca²⁺ and the removal of As (V), in which bivalent ions presented more significant effects than monovalent ions.     

新型纳滤膜在水处理与水回用中的研究进展

近年来,纳滤膜（NF）以其较高水渗透性能、良好水/盐选择性和相较于反渗透膜（RO）低工作压力等优势被广泛应用于水处理和水回用中。然而传统的商品NF的分离性能具有局限性,例如对人体有益的矿物质去除率过高、对污染物去除率偏低,而且渗透性能-选择性能的制衡等问题严重制约了NF的发展及潜在的应用。详细介绍了NF膜在水处理和水回用中的应用及NF结构优化和改性的最新进展;回顾了通过对NF膜除盐层的孔隙率、亲水性、表面官能团及表面带电性等改性方式来提高NF的渗透性、选择性、抗污染、抗菌和耐氯能力等取得的研究成果;最后展望了新型NF膜在水处理和水回用领域的发展。     

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。     

光催化/活性炭/纳滤组合工艺处理二级出水及对膜污染的控制

污水的资源化与回用可作为城市和各类建筑的非传统水源,必须满足相关水质标准,其中有机物一直是广泛关注的重要指标.本文采用华北某市大型污水厂的二级出水,研究了二氧化钛光催化氧化(UV-TiO_2)和颗粒活性炭(GAC)技术对溶解性有机物的去除特性以及对纳滤(NF)的膜污染控制特性,构建了UV-TiO_2/GAC/NF组合工艺,评价了组合工艺的有机物去除效能和膜污染控制作用,解析了影响NF膜污染程度的有机物种类和相对分子质量分布特征.结果表明,UV-TiO_2和GAC技术均可不同程度地缓解NF膜的不可逆污染、降低膜通量衰减速率; UV-TiO_2/GAC联用的不可逆膜污染程度比单独UV-TiO_2或GAC技术分别降低了48. 7%或61. 4%.类蛋白质和类腐殖质等有机污染物是不可逆膜污染的主要组分;相对分子质量为小于3×10~3和30×10~3～100×10~3的有机物是造成纳滤膜通量下降的主要因素. UV-TiO_2/GAC/NF组合工艺的COD、DOC和UV_(254)去除率为45. 7%、74. 5%和89. 2%,出水中COD、DOC和UV_(254)等有机物指标均得到有效去除.研究成果为城市和各类建筑非传统水源的深度净化与多途径回用提供了技术支持.