环境治理中膜接触器的应用研究

膜接触器可以将膜分离与化工单元操作进行有效结合,是一种先进的高效分离器,可在不同接触的情况下实现相间传质,被广泛应用于废气治理、重金属选择吸收等环境治理中。对此,本文首先对膜接触器的分类原理及结构形式进行介绍,然后对不同膜接触器在环境治理中的应用原理进行分析,并以某废水治理项目为研究对象,对膜接触器在环境治理中的应用方式进行深入研究。     

改性PVDF中空纤维膜处理压裂返排液研究

针对中空纤维膜应用于水力压裂返排液处理时存在的膜污染严重、通量衰减快、影响处理效率等问题,研究了PVDF固含量、凝固浴温度等因素对PVDF膜性能的影响,通过非溶剂致相分离法制备了PVDF中空纤维膜,并采用表面接枝技术,对PVDF中空纤维膜进行了表面亲水化改性。压裂返排液吸附实验结果表明,表面接枝降低了PVDF的接触角,提高了膜的亲水性。与未接枝改性的PVDF膜相比,亲水改性后的PVDF膜表面吸附的压裂返排液更少。将亲水性中空纤维膜用于页岩气水力压裂返排液的过滤处理,应用结果表明其对压裂返排液中的总铁、SS、浊度、细菌去除率达到90%以上,长时间运行后的通量保持率高,有较好的抗膜污染性。     

铋改性沸石粉强化超滤膜性能的研究

为进一步提高超滤工艺对废水深度处理效果、减缓超滤膜污染,研究提出铋改性沸石粉强化超滤(Bi-Z-UF),并对铋改性沸石粉投加量、粒径和反冲洗频率进行优化以获得高效的强化效果。结果表明:(1)相比直接超滤和天然沸石粉强化超滤,Bi-Z-UF更能有效减缓膜通量下降速率,经过3个过滤周期,膜反冲洗后几乎能恢复到初始膜通量。(2)Bi-Z-UF对污水处理厂二级出水中COD、254nm处吸光度(UV_(254))和TN的去除率最高分别可达26%、23%和16%。(3)铋改性增加了沸石的吸附活性中心,在超滤膜表面形成了疏松有孔的"保护层",能减少污染物与超滤膜直接接触,有利于减缓膜通量下降速率,并促进对污染物的吸附、截留与去除,强化了超滤膜性能。     

季铵盐改性聚偏氟乙烯膜抗污染性能及其对厌氧膜生物反应器微生物的潜在影响研究

将季铵盐(QAC)改性聚偏氟乙烯(PVDF)膜运用于厌氧膜生物反应器(AnMBR),评估了其抗污染性能,探讨了厌氧微生物在QAC/PVDF膜上短期暴露时的活性变化情况。结果表明,QAC/PVDF膜在AnMBR中清洗周期较长,说明QAC/PVDF膜可延缓AnMBR的膜污染形成;将厌氧微生物短期暴露于QAC/PVDF膜的环境中,QAC/PVDF膜对厌氧生物处理相关酶活性影响较小,不会引起厌氧微生物细胞破损或产甲烷性能下降。但随着直接接触的QAC浓度上升,厌氧微生物细胞破损比例上升,相关酶活性和产甲烷性能下降。     

钙离子存在下胞外聚合物及其模拟溶液在膜污染中的差异

针对膜生物反应器膜污染的问题,为探究模拟物质替代实际物质的可行性,以胞外聚合物(EPS)及其模拟溶液(BSA+SA)为研究对象,对比了钙离子(Ca~(2+))存在下胞外聚合物及其模拟溶液在膜污染中的差异,考察了EPS-Ca~(2+)和BSA+SA-Ca~(2+)在粒径分布、官能团、流变特性和膜污染行为等方面的差异。结果表明:Ca~(2+)使得溶液粒径变大,且EPS-Ca~(2+)的平均粒径大于BSA+SA-Ca~(2+)的平均粒径;不同官能团与Ca~(2+)发生作用导致红外光谱中特征峰发生偏移;BSA+SA-Ca~(2+)水胶体系结构更稳定,随着应变的增大,胶体结构被破坏的程度较轻;在微滤过程中,相同操作条件下,BSA+SA-Ca~(2+)的膜污染现象更为严重。进一步采用Hermia过滤模型拟合发现,EPSCa~(2+)和BSA+SA-Ca~(2+)分别对中间堵塞模型和滤饼层过滤模型的拟合程度最高。上述结果可为膜污染过程中胞外聚合物及其膜污染机理研究提供参考。     

CNT-PVDF复合中空纤维膜的制备及其电辅助抗膜污染性能

电辅助膜过滤是减缓膜污染的有效方法,但是受限于缺乏稳定性好、机械强度高、制备工艺简单的导电膜。通过在PVDF膜表面真空抽滤CNT制备得到了导电的碳纳米管-聚偏氟乙烯(CNT-PVDF)复合中空纤维膜,然后利用酸化CNT表面羧基与聚乙烯醇的羟基发生交联反应来固定CNT,以提高导电功能层的稳定性。抗污染实验结果表明:单纯膜过滤在5个运行周期内的膜通量衰减72%,反冲洗再生后膜通量为初始通量的58%;而在电辅助下(2 V电压,膜作为阴极),静电排斥作用可以有效降低膜通量衰减速度,减缓膜污染程度,5个运行周期内的膜通量衰减均小于10%,反冲洗再生时能完全恢复膜初始通量。以上研究结果可为推进电辅助缓解膜污染技术的实际应用提供参考。     

硝化型曝气生物滤池的挂膜与启动

近年来,曝气生物滤池广泛应用于污水硝化过程中,硝化型曝气生物滤池应运而生。采用快速排泥挂膜法和自然挂膜法相结合的复合挂膜法,考察了进水是否含有机物对硝化型曝气生物滤池挂膜的影响。在19℃、HRT=55 min、出水DO=8 mg/L、进水NH4+-N约为50 mg/L的条件下,两滤池挂膜启动时间差异较大,进水不含有机物的1#滤池挂膜成功仅需18 d,当其运行稳定时NH4+-N的去除率达到100%;而进水含有机物的2#滤池挂膜成功需24 d,当其运行稳定时,COD和NH4+-N去除率分别为84.6%和91.2%。此结果表明,与含有机物的实际生活污水相比,采用不含有机物的模拟生活污水启动硝化型曝气生物滤池挂膜启动时间可缩短6 d,这主要是由于异氧菌产率系数比硝化菌大。     

膜生物反应器中同步硝化反硝化机制及影响因子探讨

通过膜生物反应器的连续运行,研究了DO、C/N比、F/M和pH等影响因子对膜生物反应器同步硝化反硝化的影响,并对其影响机制进行了分析。实验结果表明,DO、C/N比、F/M和pH是同步硝化反硝化效果的重要影响因子;膜生物反应器中pH值的变化在7左右,DO为0.8 mg/L,C/N比为10,F/M在0.15~0.36 kg COD/(kg MLSS.d)之间时能发生比较好的同步硝化反硝化现象。