磁性生物膜载体的规模化制备、表征和应用

利用机械力化学表面改性原理设计了卧式双旋搅拌混合反应设备,通过磁铁矿粉和适量浓硫酸的球磨混合反应制备得到磁性生物膜载体,其XRD、IR、SEM和BET表征分析结果表明,磁性生物膜载体表层生成了多羟基硫酸铁为主的活性组分.进而在膜生物反应器实验装置中投加磁性生物膜载体进行了中试实验,结果表明,磁性生物膜载体能与活性污泥中的微生物聚合形成稳定的菌胶团,活性污泥SV30从实验初期89%降到了稳定期的39%,此外,磁性生物膜载体还具有稳定膜生物反应池出水COD,强化脱氮除磷的能力.     

4段式平板膜处理污泥的中试研究

4段式平板膜处理污泥及中水回用工艺是根据次临界通量的原理设计运行的。在中试装置运行25 d的过程中,发现污泥浓度逐级提升,在进泥浓度为3 g/L左右时,出泥平均可达35 g/L;同时发现,膜出水COD和氨氮浓度均在工艺运行18 d内分别保持在50 mg/L和10 mg/L;最后,研究发现,从第1段到第4段过程中,污泥的粒径逐渐减少,而污泥的粘度和毛细脱水时间是逐渐增大的。     

连续微滤系统膜垢生长过程的模型与模拟

应用分形理论中DLA模型,建立了膜垢分形生长模型。通过改变边界条件和随机粒子产生的几率,得到不同条件下膜垢形成与生长过程的模拟图像;采用显微粒子图像技术,通过量子点荧光示踪剂对不同条件下连续微滤系统膜垢的形态和流场进行同时观测与分析。结果表明,模拟与实验所获得的分形维数相近,该模型能够较好地模拟膜垢形成与生长过程;运用该模型数值模拟分析了流场和悬浮物浓度对膜垢生长过程的影响及其动态变化规律。     

AAOA-MBR工艺污水脱氮特性及脱氮机制

为了提高污水脱氮效果,在传统A2O工艺的基础上,增加后置缺氧段并与膜生物反应器相结合,构建了AAOA-MBR污水处理中试装置,进行了中试实验。实验结果表明,在进水COD浓度为100.00~280.00 mg/L、TN浓度为18.32~31.86 mg/L、NH4+-N浓度为12.78~24.44 mg/L时,COD、TN和NH4+-N的平均去除率分别达到了90.0%、72.1%和99.0%,出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)中的一级A标准;通过多点进水优化了内源配置,节约了碳源,强化了脱氮效果;采用膜池回流供氧,可在节能的同时保证缺氧池1的缺氧环境,提高了反硝化效果。本文的研究成果为实际污水处理工程市场提供了一套高效脱氮的新工艺。     

直接利用葡萄糖的液流催化燃料电池改进

液相催化燃料电池（LCFC）可直接处理生物质并产电,而电池结构等因素对电池性能有明显影响,但目前还缺乏上述方面的研究。通过系列产电实验考察了温度和酸化条件对Nafion115膜性能的影响、不同氧化条件下石墨毡的改性效果以及电池内部导流槽在不同葡萄糖浓度条件下的影响。结果表明：质子交换膜适宜以80 ℃酸化处理,该条件下电池功率密度达到5.39 mW·cm-2;石墨毡改性适宜以50 mL·min-1干空气流速在420 ℃条件下对其进行煅烧,该条件下电池功率密度进一步提升至6.21 mW·cm-2;葡萄糖浓度显著影响电池性能,当浓度为2.0 mol·L-1时,导流槽结构会降低电池性能,当浓度为1.0 mol·L-1和0.50 mol·L-1时,导流槽结构使电池性能更优,并且也更加稳定。     

复合式膜生物反应器对船舶生活污水中有机物的降解

研究了复合式膜生物反应器(HMBR)中生化反应及膜自身对船舶生活污水中浓度较高的有机物的去除作用。当进水COD浓度为1 000 mg/L左右,反应器容积负荷为2.4 kg COD/(m3·d)时,HMBR曝气池内生化反应对COD的去除率平均可达91.63%,膜本身去除率平均为5.09%。可见,曝气池内生化反应对有机物的去除起到了主要作用,而膜则维持了系统出水水质的稳定。对曝气池内有机物降解动力学模型进行了研究,曝气池内有机物降解遵循一级反应,其相应动力学参数为vmax=2.79 d-1,Ks=395 mg/L,所得动力学方程可用于指导船用膜生物反应器的设计及运行维护。     

臭氧预处理制备PVDF接枝SSS离子交换膜

为了降低离子交换膜的制膜费用,同时为后期微生物燃料电池中的应用提供依据和参考,实验研究了用臭氧预处理过氧化苯甲酰（BPO）引发条件制备聚偏氟乙烯（PVDF）接枝对苯乙烯磺酸钠（SSS）聚合物（PVDF-g-SSS）。傅里叶红外分光光度计（FT-IR）确认了产物的化学组成,用溶剂挥发法制得离子交换膜（PS膜）。通过X射线衍射仪（XRD）和X射线光电子能谱仪（XPS）分析了膜的结晶形态及膜面元素组成,并考察SSS单体用量对膜的离子交换容量、电导率及亲水性等性质的影响。结果表明：接枝反应对PVDF晶型影响较小,PS膜表面有S元素生成;臭氧处理后PVDF易与SSS发生接枝聚合反应,且离子交换容量与SSS单体用量成较好的线性关系,当PVDF/SSS的配比为1：5,PVDF-g-SSS占铸膜液含量的5%时,PS膜的最高离子交换容量可达2.5 mmol·g-1,电导率可达0.046 s·cm-1。     

GO/PAN复合正渗透膜制备的影响因素及性能分析

以聚丙烯腈(PAN)为制膜基材,采用界面聚合法制备复合正渗透膜,研究了不同基膜组成、界面聚合条件对复合膜性能的影响及抗污染性能,并进一步添加氧化石墨烯(GO)进行共混改性,优化复合正渗透膜性能。结果表明,最佳基膜组成为,以16%的PAN为聚合物,以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂。最佳界面聚合条件为,将基膜浸没在2%的间苯二胺(MPD)水相溶液(pH=9)中120 s,然后与0.1%的均苯三甲酰氯(TMC)进行界面聚合反应60 s从而生成活性层,且活性层正面附着,最后于60 ℃下热处理3 min,所得复合膜具有较好的渗透性能。此外,经GO改性后,复合膜表面形成一种具有不同含氧官能团的层层堆叠式GO片层,导致膜的水通量上升了26%,截留率依然保持在99.90%以上,并且复合膜的抗污染能力得到明显提高。     

BPAC-UF对二级出水中抗生素抗性基因的去除及膜污染缓解机制

采用生物粉末活性炭(BPAC)-超滤(UF)组合工艺去除控制二级出水中抗生素抗性基因(ARGs),并对ARGs的去除和BPAC缓解膜污染机制进行了探讨。结果表明：与直接超滤工艺相比,组合工艺对水中四环素类抗性基因(tetA、tetW)、磺胺类抗性基因(sul Ⅰ、sul Ⅱ)以及溶解性有机碳(DOC)的去除效果均有较大的改善,这主要是由于BPAC对ARGs的吸附降解作用所致;水中16S rDNA、int Ⅰ 1和DOC含量与不同种类ARGs浓度具有显著相关性,强化上述指标的去除可有效促进ARGs的削减;在BPAC投加量较低时,组合工艺的膜比通量较直接UF有所提高,膜污染状况明显改善;直接UF时,膜污染状况与滤饼层过滤模型的拟合度最好,而组合工艺的膜污染状况与标准膜孔堵塞模型和滤饼层过滤模型拟合度均较好。BPAC-UF组合工艺是一种较好的去除ARGs的工艺。     

热电厂双膜法中水深度处理回用系统膜污染机制分析

以某热电厂实际规模的双膜法中水回用系统为考察对象,对膜污染结构、形貌、组成与特征进行了研究。结果表明：污染物以有机-无机-微生物复合形式存在,形成致密的膜污染层,无机物主要以P、S、Ca、Si、Mg为主,存在垂直分布特征;有机污染物以腐殖质类、蛋白质、微生物代谢产物为主,且研究发现RO过程富里酸类物质主要为微生物源。碱性清洗液具有更佳的膜污染清洗效果。通过分析可知：微生物污染是膜污染暴发的关键原因,其以杆菌和球菌为主,且具有显著的垂直分布特征;表层微生物主要是α和β变形菌,底层中γ变形菌丰度显著增加。微生物污染垂直分布的主要原因是杀菌和化学清洗过程的选择作用,γ变形菌是先锋微生物,是形成稳定膜污染层的关键物种。因此,控制微生物的滋生是RO中水深度处理的关键,这个过程主要包括预处理工艺的选择和优化杀菌、阻垢和化学清洗策略等。