A fouling suppression system in submerged membrane bioreactors using dielectrophoretic forces

A novel method was developed to suppress membrane fouling in submerged membrane bioreactors. The method is based on the dielectrophoretic (DEP) motion of particles in an inhomogeneous electrical field. Using a real sample of biomass as feed, the fouling-suppression performance using DEP with different electrical field intensities (60–160 V) and different frequencies (50–1000 Hz) was investigated. The fouling-suppression performance was found to relate closely with the intensity and frequency of the electrical field. A stronger electrical field was found to better recover the filtrate flux. This is because of a stronger DEP force acting on the biomass particles close to the membrane's surface. Above an intensity and frequency value of 130 V and 1 kHz, respectively the permeate flux was reduced due to an electrothermal effect.     

Membrane fouling reduction through electrochemically regulating flocs aggregation in an electro-coagulation membrane reactor

Coupling coagulation and applied electric field is an efficient method to regulate cake layer porosity and hydrophilicity for alleviating ultrafiltration membrane (UF) fouling. However, the Al/Fe flocs aggregation behavior are induced from electric field and determine the cake layer structure, which has not been studied comparatively yet. Herein, the anti-fouling performance in an efficient electro-coagulation membrane reactor (ECMR, in which UF membrane modules are placed between electrodes) was investigated with Al/Fe anode and various electrochemical parameters from the viewpoint of regulating flocs aggregation. Both the cake layers formed from Al and Fe flocs under an electric field were more porous and hydrophilic in comparison with that formed without electric fields, resulting in an enhanced water flux under higher electric field strength. Comparing with Fe flocs, Al flocs had a faster growth rate and larger size, facilitating membrane pore block resistant, which was more pronounced in a higher current density. Furthermore, the cake layer formed from Al flocs was more porous than that formed from Fe flocs. Therefore, the anti-fouling performance of ECMR with Al anode was superior to that of ECMR with Fe anode. When the electric field strength increased from 0 to 10?V/cm, the normalized specific flux was improved from 71.2% to 89.4% for ECMR (Al) and from 48.1% to 70.1% for ECMR (Fe) at 30?min.     

Membrane flux dynamics in the submerged ultrafiltration hybrid treatment process during particle and natural organic matter removal

Exponential relationship was developed to quantify the normalized membrane flux dynamics during the filtration period and fitted the results well.     

邻苯二甲酸酯及邻苯二甲酸在碳管上的吸附

以邻苯二甲酸（PA）和邻苯二甲酸二乙酯（DEP）为目标污染物,碳纳米管（CNTs）为吸附剂,通过不同pH值条件下单、双溶质的吸附实验,结合能量分布理论,分析PA对DEP在CNTs上的竞争和取代吸附.结果表明,在同一pH值下,DEP在CNTs上的吸附性强于PA.对于DEP,pH值改变导致的CNTs分散稳定性的变化是影响其吸附的决定因素.对于PA,溶液pH值会影响CNTs的表面电荷及PA的解离程度,两者均会产生影响.双溶质体系下,PA对DEP在CNTs上的吸附存在竞争和取代效应.在不同pH值条件下,PA对DEP在CNTs上的竞争和取代的程度与CNTs的分散稳定性和PA的解离程度有关.基于能量分布的分析表明,虽然PA的加入导致DEP在CNTs上可利用的高能吸附位点数量显著下降,但是其可利用的低能吸附位点数量增加.     

超滤-反渗透集成膜技术深度处理酒精废水

采用超滤-反渗透集成膜技术对酒精废水二级生化处理出水进行深度处理,考察了不同超滤膜对废水的预处理性能,研究了超滤-反渗透集成膜技术对废水污染物的去除效果,并探索了不同清洗方式对反渗透膜通量恢复的影响。试验结果表明:超滤能有效地去除废水浊度和大分子有机物,为反渗透提供良好的进水水质;超滤-反渗透膜系统产水浊度、硬度、总铁均小于0.1 NTU、0.03 mmol/L和0.03 mg/L,电导率处于60~120μS/cm之间,可回用作锅炉补充水;酸洗+碱洗组合清洗方式能有效恢复反渗透膜通量,其废水膜通量可恢复为新膜废水通量的93.75%。     

Effects of different Ca2+ behavior patterns in the electric field on membrane fouling formation and removal of trace organic compounds

The effects of Ca²⁺on membrane fouling and trace organic compounds(TrOCs) removal in an electric field-assisted microfiltration system were investigated in the presence of Na+alone for comparison. In the electric field, negatively charged bovine serum albumin(BSA)migrated towards the anode far away from the membrane surface, resulting in a 42.9% transmembrane pressure(TMP) reduction in the presence of Na+at 1.5 V. In contrast, because of the stronger charge shielding of Ca²⁺     

低频通信系统天线近场辐射危害研究

目的 为低频通信系统电磁辐射危害控制方法提供数据支撑。方法 基于IEEE-Std-C95.1—2005、GJB 5313A—2017以及GB 8702—2014，通过试验详细地获取不同功率和频率条件下低频通信系统天线近场综合场强值，并将工作区域划分为危险区、短时活动区和安全工作区。结果 以甚低频菱形天线为中心，40 m半径范围内为危险区，其峰值场强高于70 V/m，40~70 m半径范围内为短时活动区，70 m半径外为安全工作区。结论 甚低频天线近场电磁辐射危害试验验证和区域划分，为低频通信系统电磁辐射危害有效控制提供技术支撑。     

有机膜的无机改性及其性能研究

以无机纳米氧化铝粒子作为无机添加剂与聚偏氟乙烯（PVDF）共混,采用相转换法合成了有机-无机共混超滤膜.通过测定膜与纯水的接触角,表征膜的亲水性;用激光共聚焦显微镜(CLSM)、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）观察了膜的表面结构、表面孔分布和断面孔的结构及纳米颗粒在膜中的分散情况;利用杯式超滤装置对改性膜的透过性能、截留性能以及抗污染性能进行了测试;用强度测定仪测定了膜强度.结果表明,纳米Al₂O₃ 的加入改善了PVDF膜的表面亲水性、通量、强度和抗污染性.     

亲水荷电超滤膜的制备及对腐殖酸的分离性能

为改善聚醚砜(PES)超滤膜的抗污染性能和提高对腐殖酸(HA)的截留率,以介孔二氧化硅(MS)为添加剂,采用相转化法制备了亲水性PES/MS复合超滤膜,并对膜表面进行荷电改性.研究了MS对膜的断面结构、表面化学性质和过滤性能的影响,考察了荷电改性PES/MS超滤膜对水中HA的分离性能以及溶液pH值、离子强度和钙离子浓度等因素对荷电膜超滤过程的影响.SEM表征结果显示,MS颗粒在PES/MS复合膜的表面分散均匀,膜孔的连通性改善.亲水荷电改性后,膜表面接触角由68°降至57°,zeta电位由-6.31mV降至-11.45mV,膜对HA的去除率由72%提高到95%,通量衰减率由29.8%减小到4.9%.结果表明,对PES超滤膜进行亲水荷电改性可有效提高对HA的截留率,同时减轻膜污染;另外,溶液的pH值、离子强度和钙离子浓度对荷电超滤膜的过滤性能有较大影响,调节合适的溶液环境可在提高截留率的同时,减轻膜污染.     

驻极体磁纤维捕集荷电Fe基细颗粒数值模拟

为了进一步实现超低排放,针对钢铁冶金以及铸造行业生产过程中产生的Fe基细颗粒,提出驻极体磁纤维提高对微细颗粒捕集的方法.本文基于计算流体力学-离散相模型（CFD-DPM）分别研究了纤维荷电量、颗粒预荷电电场强度、纤维磁感应强度以及颗粒磁化率对驻极体磁纤维捕集性能的影响.结果表明：在驻极体磁纤维周围颗粒所受到的磁场力相对于库仑力受距离影响更加明显,磁场力只在纤维附近极短距离内作用明显.捕集效率与纤维荷电量以及预荷电电场强度呈线性关系,对于0.5 μm颗粒,捕集效率随纤维荷电量以及预荷电电场强度的增长速率低于2.5 μm的颗粒.当颗粒粒径为0.5~1.0 μm时,增大驻极体磁纤维的磁感应强度以及提高颗粒磁化率对于捕集效率的提高作用较小.当颗粒粒径为1.5~2.5 μm时,增大驻极体磁纤维的磁感应强度以及提高颗粒磁化率能够明显提高纤维的捕集效率.     

膜分离-光催化组合工艺的应用研究

文章主要对膜分离-光催化组合工艺进行了研究。通过对悬浮体系中二氧化钛粒径的分析,选择合适的中空纤维膜。在不同的条件下对二氧化钛悬浮体系的研究结果表明,二氧化钛粒子的分离性能受粒子粒径、抽吸压力、曝气量、温度、pH值、料液环境等因素的影响,而在光催化反应常用的二氧化钛浓度范围内(1～4g/L),浓度对分离性能的影响不大。     

环境浓度下邻苯二甲酸二乙酯对秀丽隐杆线虫的生态毒理效应

DEP (diethyl phthalate,邻苯二甲酸二乙酯)是一种在环境中普遍存在的具有潜在神经和生殖毒性的增塑剂,其会干扰环境生物的发育水平、运动行为及生化水平.以秀丽隐杆线虫的体长、体宽、头部摆动频率及生化指标作为测试终点,评估环境中DEP对秀丽隐杆线虫的生态毒理效应.在不同环境浓度(0、0.000 2、0.002、0.02、0.2、2 mg/L)的DEP溶液中,对秀丽隐杆线虫进行不同时间(24 h、72 h和10 d)的暴露试验.结果表明:①在不同浓度DEP溶液中暴露24 h后,秀丽隐杆线虫的发育水平均未受到显著影响(P>0.05).②在不同浓度DEP溶液中暴露72 h后,秀丽隐杆线虫的发育水平受到干扰.与对照组相比,在DEP浓度最高(2 mg/L)时,秀丽隐杆线虫体长下降了3.21%(P < 0.05);在DEP浓度为0.000 2 mg/L时,秀丽隐杆线虫的体宽呈上升趋势,且头部摆动频率明显加快了5.52%(P < 0.01),秀丽隐杆线虫的发育水平受到显著抑制.③在不同浓度DEP溶液中暴露10 d后,与对照组相比,秀丽隐杆线虫的体长、体宽和头摆频率均出现下降;在DEP浓度为2 mg/L时,秀丽隐杆线虫体内活性氧自由基、脂褐素和细胞凋亡水平累积均增长显著,出现氧化应激损伤.研究显示,不同环境浓度的DEP溶液会对秀丽隐杆线虫产生一定的毒性影响,且不同暴露时间和暴露浓度产生的毒性影响也存在一定差异.      

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%.     

碳纳米管界面改性超滤膜的抗污机理解析

以碳纳米管(CNT)为核心改性材料,采用喷涂法对聚醚砜(PES)超滤膜进行界面改性,研究改性膜的抗污染性能.结果表明:改性膜经聚乙烯醇交联稳定后,呈现微弱的通透性降低和明显的亲水性提升,CNT交织网状层提高了界面粗糙度;在牛血清白蛋白(BSA)污染试验中,CNT-10改性膜的抗污性能最好,在20mg/L BSA试验后,...     

SMBR系统活性污泥性质对膜污染特征的影响

采用浸没式膜生物反应器(Submerged membrane bioreactor,SMBR),在曝气量300 L·h-1、膜通量15 L·m-2·h-1、抽吸/间歇时间为8 min/2 min的工况下,在缺氧区采用不同搅拌强度运行,研究了活性污泥特性及其对滤饼层特征的影响.试验结果表明,搅拌强度对系统主要水质指标的去除没有明显的影响.但随着搅拌强度的突然增加,会导致活性污泥上清液胶体态物质升高,胞外聚合物由(28.94±9.61)mg·g-1(以VSS计,下同)增加到(52.57±7.98)mg·g-1,膜污染速率增加2.13倍;滤饼层污染引起的跨膜压差(Trans-membrane pressure,TMP)占到总TMP的93.64%以上.     

某污水处理厂MBR膜系统新增组器运行效果分析

膜生物反应器（MBR）技术由于其占地面积小、出水水质好、生物量大、产泥率低等优点在水处理行业被广泛应用。自2010年以来,我国MBR投运水厂数量呈快速上升趋势。如今,早期投运水厂MBR产品性能衰减严重或已达使用年限,无法继续满足处理水量的要求,陆续出现新增膜组器以及更换膜组器的需求。以某水厂新增组器项目为例,评价新增膜组器后,原膜组器与新膜组器的运行情况,并对组器性能差异产生的系统运行影响进行分析。结果表明:新增膜组器在通量20.8 L/（m2·h）、曝气强度70 Nm3/（m2·h）、气水比6条件下稳定运行160 d,膜比通量衰减约30%,体现出较好的运行性能。同时,新组器吹扫能耗低于原组器,起到节能降耗的作用。此外,在回流量无法提高的前提下,新组器的高通量运行可能会导致廊道污泥浓度分布不均,回流端污泥浓缩显著。受产水管压力损失影响,廊道各组器产水量的差异性会导致各组器污染程度不同。     

亲水聚合物改性微滤膜在膜生物反应器中的膜污染研究

采用经过聚合多巴胺和氨基聚乙二醇(mPEG-NH_2)表面改性的PVDF微滤膜,通过浸没在膜生物反应器(MBR)中验证改性微滤膜的抗污染性能.同时,采用多种分析手段对改性膜进行表征,包括膜表面微观形貌、润湿性、粗糙度和表面官能团等.实验同时考察了改性膜在MBR中运行的水通量衰减、污染膜的阻力分布,以及对膜面污染物的胞外多聚物组分的影响.结果发现,所采用的膜改性方法明显改善了膜表面的亲水性.短期过滤实验结果表明,多巴胺涂覆膜的稳定通量比原膜高47%,PEG改性膜则在水通量方面有进一步提高;在长期恒通量过滤阶段,多巴胺涂覆膜和PEG接枝膜的比膜通量分别比原膜高37%和88%.实验还发现,改性膜表面滤饼层中蛋白质和多糖含量均低于原膜.     

TA修饰GO-ZIF复合纳滤膜对染料MB的去除

采用层层自组装法,在氧化石墨烯（GO）中原位生长ZIF-8,GO-ZIF复合纳滤膜中的GO层间距被成功扩大.通过单宁酸（TA）的修饰,GO-ZIF-TA复合纳滤膜的渗透通道被进一步优化以提高通量和抗污染性能.采用SEM、XRD、FTIR等对复合膜材料进行表征和死端过滤对膜性能进行测试.GO-ZIF复合纳滤膜过滤50 mg·L^-1甲基蓝（MB）时水通量达到40.01 L·m^-2·h^-1,是GO膜水通量的2.4倍,其MB截留率为92.63%.采用TA对GO-ZIF复合纳滤膜进一步改性优化,得到的复合纳滤膜过滤MB时水通量达到47.09 L·m^-2·h^-1,并保持92.13%的MB截留率.TA沉积使膜表面更光滑并改善膜的亲水性,GO-ZIF-TA复合膜表现出良好的抗污染性.     

颗粒物对混凝过程及超滤膜污染的影响

以nm-SiO₂和μm-SiO₂体系为研究对象,使用3种不同Al形态的混凝剂（AlCl₃、Al₁₃和Al₃₀）进行混凝-超滤实验,考察不同pH值下SiO₂去除率、出水余Al及混凝预处理对膜通量的影响,借助马尔文激光粒度仪、SEM、BET和AFM表征絮体性质及在超滤膜表面的分布和作用力.结果表明,nm-SiO₂体系中SiO₂去除率均低于μm-SiO₂体系,在纳米颗粒物体系中投加混凝剂后膜通量从0.68分别提升至0.96（AlCl₃）、0.86（Al₁₃）和0.87（Al₃₀）,微米颗粒物体系中投加3种混凝剂后膜通量从0.79提升至0.80~0.84.微米级颗粒物是颗粒间的碰撞,纳米级颗粒物主要以团聚态的形式碰撞.低聚态铝（Al_a）和颗粒物形成絮体的粒径均大于150μm,体系zeta电位为负与膜表面产生斥力;在中性条件下Al₁₃与颗粒物形成絮体的强度因子远高于AlCl₃和Al₃₀,中聚态铝（Al_b）将膜孔内部较小颗粒物堵塞形成的不可逆膜污染转移成膜孔表面的可逆膜污染;高聚态铝（Al_c）具有较强吸附架桥和网捕卷扫能力,无定形、不规则的团聚态小颗粒在这一过程中形成较大絮体缓解膜污染.     

基于膜特征参数变化的蛋白质超滤过程膜污染研究

为进一步研究多种蛋白质体系超滤过程的膜污染机制,采用切割相对分子质量为50×103的聚醚砜(polyethersulfone,PES)超滤膜,对溶菌酶(lysozyme,LYS)、牛血清蛋白(bovine serum albumin,BSA)、LYS+BSA等3种不同蛋白质溶液的超滤过程进行了研究.运用接触角仪、场发射扫描电镜(field emission scanning electron microscope,FESEM)、原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)测定了不同污染阶段膜特征参数的变化.结果表明,超滤膜通量变化明显呈现3个阶段:初期(约0~5min)衰减迅速、中期(约5~60 min)衰减缓慢、后期(约60~120 min)趋于稳定;整个超滤过程中,LYS污染膜的通量衰减幅度最大,LYS+BSA次之,BSA最小.膜特征参数变化表明:LYS对膜的初期污染主要以膜孔窄化为主,中期污染由膜孔堵塞和膜孔窄化共同控制;BSA初期膜污染以膜孔堵塞为主,中期污染以膜孔窄化为主;滤饼层过滤是BSA、LYS后期膜污染的主要机制.LYS+BSA二元混合溶液中的LYS对膜污染的产生起主导作用.