混凝预处理及膜面流速控制对微滤膜污染的影响研究

为研究膜面流速和混凝预处理对微滤过程膜污染的综合影响,用旋流式膜混凝反应器进行了不同流量、入口管径、混凝剂投加量下的除浊试验。结果表明,直接微滤时,高膜面流速加剧了初期膜的孔堵污染,但抑制了滤饼层的累积,适于长期运行;在质量浓度为0~18 mg/L范围内增大聚合氯化铝（PAC）投加量可显著抑制膜过滤阻力的增长;以速度梯度（G）表征絮体状态,由于絮体尺寸和错流的综合作用,投加混凝剂后,G在20~70 s-1范围内,414.64 s-1时微滤膜污染较轻。     

微污染水源水中有机物的分布特征及微滤膜对其的影响作用

本试验是在微污染水源水中有机物分布调查的基础上,采用聚偏氟乙烯(PVDF)微滤膜(MF)过滤微污染地表水,考察微滤膜对天然水中有机物的影响作用.试验结果表明,黄浦江微污染水源水中的有机物分子质量主要集中在3~5 k Da和0.2 k Da附近,且疏水性有机物和亲水性有机物所占的比例相当.有机物季节性分布特征明显,冬季溶解性有机碳(DOC)的值偏高,而UV254和比紫外吸光度值(SUVA)则在夏季偏高.黄浦江原水经微滤膜过滤后,有机物构成发生明显变化,膜出水中的亲水性有机物的比例增加,而疏水性有机物的比例降低,DOC和UV254的平均去除率分别为17.73%和15.75%.黄浦江原水及经0.45μm滤膜过滤以去除悬浮物的黄浦江原水分别进行微滤膜过滤,膜比通量的对比发现,在较短时间内两者的膜比通量下降都很明显,而后膜比通量都趋于平缓,变化趋势及结果基本一致,可见,黄浦江水中造成膜通量下降的物质并不是悬浮物,而是溶解性的有机物质.     

微絮凝对腐殖酸超滤过程膜污染的减缓特性

以硫酸铝[Al_2(SO_4)_3·18H_2O]为絮凝剂,腐殖酸(humic acid,HA)和高岭土(Kaolin)水溶液为原水,研究微絮凝过程产生的不同絮体形态,对自制聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜过滤过程的影响.主要考察了微絮凝过程中絮体的特性(粒径大小及分布,分形维数)以及不同条件下形成的絮体形态对膜通量的影响,利用扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对污染膜的表面形貌进行表征,并测定了PVDF膜与有机污染物之间黏附力大小,来解析不同絮体形态对超滤膜的膜污染影响机制.结果表明,Al~(3+)以电性中和作用水解去除有机物,随着絮凝剂投加量的增加,絮体粒径不断增大,絮体的分形维数减小.膜通量衰减速率与絮体的粒径呈负相关,絮体粒径越大,膜通量衰减速率越小,超滤过程中形成的滤饼层越疏松,同时,较小分形维数的絮体引起的膜污染较轻,其膜通量恢复率也较高.PVDF-有机污染物之间的相互作用力大小与运行初期相应污染膜通量衰减速率呈正相关.当Al~(3+)投加量为5 mg·L~(-1),初始pH=7时,HA去除率为96.7%,膜通量衰减最小,通量恢复率达到88%.     

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.     

磁场强化絮凝减缓膜污染的影响因素分析

研究磁场及磁致效应对磁强化絮凝膜过滤工艺(Magnetic enhanced flocculation membrane filtration,MEFMF)处理地表水中膜污染的影响;运用Design-Expert7.0软件进行试验设计,考察了磁化时间、混凝剂浓度和磁粉浓度对磁强化絮凝膜过滤工艺中膜污染变化的影响,结果表明磁化时间、混凝剂浓度以及两者的协同作用是影响磁强化絮凝膜过滤工艺中膜污染的主要因素.磁化时间和混凝剂浓度的协同作用影响着磁絮体的粒径和膜表面滤饼层形态,磁絮凝工艺形成的絮体粒径大且分型维数高,减弱了膜孔堵塞,减缓了膜污染.磁强化絮凝减缓膜污染最佳试验条件是磁化时间为6 min,Fe3O4浓度为8 mg·L-1,FeCl3浓度为44 mg·L-1.     

不同组分的有机物对膜过滤通量下降的影响

采用DAX-8、XAD-4、IRA-958型树脂将自来水中有机物分离成强疏水性、弱疏水性、极性亲水性、中性亲水性有机物,以聚偏氟乙烯、聚醚砜、醋酸纤维3种材质的膜对各组分水样进行膜过滤试验,研究不同组分的有机物对膜过滤通量的影响.结果表明,过滤原水时,PES膜、PVDF膜和CA膜的通量分别比初始通量下降了67%、 59%和19%,表明疏水性越强的膜,越容易造成污染.就各种组分对通量的影响而言,过滤中性亲水性组分的通量下降为初始通量的41%～75%,而弱疏水性组分为6%～33%,表明中性亲水性组分对膜过滤通量的影响最大.3种膜中,CA膜对中性亲水性组分的截留率最高,达14.69%,但通量下降程度却最小,说明膜通量下降的程度并不与有机物截留总量正相关.对膜污染机制进行探讨后发现,对于截留分子量较大的超滤或微滤膜,相对分子质量>3×10⁴的中性亲水性组分通过堵塞膜孔内部,从而造成严重的膜污染;而对于截留分子量较小的超滤膜,中性亲水性组分由于无法进入膜孔,主要在膜表面形成滤饼层,从而对膜通量的影响较小.     

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.     

预臭氧化对MF膜处理黄浦江水的影响研究

采用预臭氧化处理黄浦江原水后进行微滤（MF）膜过滤试验,考察预臭氧化对有机物的作用,进而考察其对MF膜过滤特性的影响.结果表明,臭氧投量在0.5～3.0 mg/Ｌ范围内时,臭氧对DOC的去除率最高仅为10%,而对UV254的去除率最高可达71%.随着臭氧投量的增加,相对分子质量在2×10³～7×10³的有机物逐渐减少,而相对分子质量＜0.5×10³的有机物则几乎没有改变.臭氧可把部分疏水性有机物氧化成亲水性有机物,只有很少部分转变成无机物,这种有机物组成结构的改变影响了膜过滤阻力,进而改善了膜透水通量的效果.臭氧投量在0.5～3.0 mg/Ｌ范围内,存在一个最佳的臭氧投量1.5 mg/Ｌ,使膜通量达到最大值.这主要是由于在该臭氧投量下,臭氧化对有机物的组成结构的改变使膜过滤阻力达到最小.     

混凝对微滤膜处理含磷废水的影响

采用直接微滤和混凝-微滤2种工艺对高浓度含磷废水进行了处理.结果表明,混凝预处理减轻了膜孔堵塞污染,改善了膜表面沉积层的存在形态,提高了膜的渗透通量;与原水直接微滤相比,混凝-微滤组合工艺改进了出水水质,磷酸盐的去除率从11.0%提高到99.7%,出水满足国家一级排放标准;经过相同方法清洗后,混凝-微滤工艺的膜通量能恢复到初始通量的90%以上,而直接微滤工艺的膜通量只能恢复到初始通量的72%.     

曝气膜生物反应器运行过程中污泥活性特征变化及其对膜污染的影响

研究了曝气膜生物反应器运行过程中活性污泥主要活性特征变化及其对膜污染的影响.通过排出剩余污泥的办法维持活性污泥浓度在4000 mg·L-1左右,并连续运行75 d.运行期间,每日检测活性污泥的各项性质指标便于反映污泥特性的变化.结果表明,随着反应器运行时间的延长,污泥脱氢酶活性逐渐增加,其对反应器的运行有着两方面的作用,一方面会强化微生物对污染物的去除,但另一方面则导致了胞外聚合物的增加,并加速膜污染.而污泥表观产率则随着运行时间的延长先增加后有所减少,其粒径逐渐减小,且胞外聚合物呈现增加的趋势,总的出水水质情况逐渐提高,与此同时,反应器内原生动物及后生动物在运行前期较少,而在后期大量出现.膜污染分析结果表明运行后期膜污染速度明显加快,其原因在于:污泥粒径的减小以及胞外聚合物的增加导致细小颗粒及胞外聚合物堵塞或在膜表面沉积数量增加.     

膜堵塞机理研究与膜阻力测定

对膜污染堵塞机理进行了深入的研究 ,提出了膜内部的生物堵塞机理 ,指出膜表面的浓差极化、膜表面与膜孔内的污染、膜内部的生物堵塞是造成膜通量下降的主要原因。同时对膜阻力进行了测定 ,得出实验所用超滤膜组件的自身阻力Rm 为 5 4 4× 10 1 2 m- 1 ,膜污染产生的总阻力RZ 为 19 88× 10 1 2 m- 1 ,RZ 约是Rm 的 3 6倍 ,是导致膜通量下降的主要因素。     

空气隙膜蒸馏膜污染控制实验研究

采用空气隙膜蒸馏组件,采用美国进口膜,以自来水、伞盖3号原水和苦咸水为工质,实验分析了膜污染情况,结果显示:料液无旋转时,自来水间歇累计运行32 h后出现污染;质量分数分别为20%和50%的盐水8 h后传质通量降低到最初通量32%和12%;3号原水瞬时产生污染,经砂滤处理后为苦咸水,传质通量比原水提高4倍～5倍,运行8h后通量下降到初始通量的6%。削弱膜污染方法采用最优参数的三向旋转入流组件(α=70°、δ=2 mm、β=45°),自来水进入污染期由32 h推迟到65 h,传质通量比无旋转增大近20%;采用具有分水盘的并接式空气隙膜组件,开槽2 mm膜污染较严重,开槽3 mm的膜通量比无旋转入流传质通量平均增大60%,两种组件设计形式均可提高膜通量,一定程度缓解了膜污染的产生。     

臭氧-活性炭投加对MBR混合液特性及膜污染的影响研究

通过对比实验考察了O_3和PAC投加对MBR工艺中陶瓷膜污染及污泥混合液特性的影响,并探讨了O_3/PAC投加抑制陶瓷膜污染的机理。结果表明:单独O_3、单独PAC及O_3/PAC的联合投加将MBR系统的单周期运行时间分别延长了30%、22%、43%,有效降低了MBR系统跨膜压差的增长速率;O_3和PAC的单独作用及协同作用均有效控制了MBR混合液中EPS、SMP的累积,降低了混合液黏度,在一定程度上减缓了陶瓷膜污染;此外,O_3/PAC的投加改变了膜表面上由EPS和SMP形成的凝胶层特性,从而有效地抑制了MBR系统陶瓷膜污染。     

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。     

SMBR工艺处理废水时操作方式的研究

膜生物反应器(MBR)在废水处理中必须能保证长期稳定运行,而操作方式与MBR运行性能密切相关。通过对小试规模的浸没式MBR(SMBR)恒流和恒压两种操作方式的短期以及长期实际运行研究,发现次临界区恒流操作和经济操作压力TMP以下的恒压操作有利于MBR的长期稳定运行;并从理论上分析了对应于不同的操作区域的膜污染机理。     

MBR中胞外聚合物对膜污染影响的研究进展

膜污染问题直接影响MBR工艺的稳定性和经济性,是制约其发展的一个重要因素,而胞外聚合物则被认为是MBR膜污染中的优先污染物。在分析胞外聚合物组成特征与生理功能的基础上,阐述了底物、pH、温度、DO、SRT和污泥负荷等不同反应条件对胞外聚合物生成特性的影响及其膜污染机制,并总结了优化操作条件、调控混合液、清洗膜组件等减缓胞外聚合物所引起的膜污染的措施。     

曝气压力对MABR中同步硝化反硝化脱氮的影响

以模拟生活污水为研究对象,探讨膜曝气生物反应器(MABR)推流运行时不同曝气压力下不同点位分布的溶解氧值特征;利用MABR可形成好氧/缺氧/厌氧的环境特性,针对曝气压力对MABR同步硝化反硝化脱氮效果的影响进行研究,借助微生物鉴定手段对MABR的群落结构进行分析。研究结果表明:相同曝气压力下的DO值,轴向上波动较大,径向上以曝气膜为中心向外部逐渐降低;随着曝气压力的增加,不同点位分布的DO值均提高,同步硝化反硝化效率先升高后降低。当曝气压力为0.04MPa时出水的同步硝化反硝化脱氮效果最佳为74.67%。在此曝气压力下,微生物群落鉴定证明生物膜内出现了好氧-兼氧的分层现象,生物膜内由好氧菌、兼氧菌共同完成硝化、反硝化过程,主体液料由厌氧菌作为优势菌群进行反硝化作用,并且根据未检测出厌氧氨氧菌的鉴定结果排除发生厌氧氨氧化的干扰。