MBR的工艺优势及应用发展

MBR被认为是21世纪最有发展前景的高新技术之一,被研究用于各种污水的治理。但MBR存在缺点,那就是膜污染问题,膜污染问题是阻碍MBR发展和更广泛使用的最大障碍。     

Nonpolar cross-stacked super-aligned carbon nanotube membrane for efficient wastewater treatment

● A novel nonpolar super-aligned carbon nanotube (SACNT) membrane was prepared. ● SACNT membranes achieved smoother and more uniform structures. ● SACNT membranes have inert chemistry and unique nonpolar wetting feature. ● SACNT membranes exhibit superior separation and antifouling capabilities. ● SACNT membranes achieved superior oil/water separation efficiency. Membrane separation technology has made great progress in various practical applications, but the unsatisfactory separation performance of prevailing membrane materials hampers its further sustainable growth. This study proposed a novel nonpolar super-aligned carbon nanotube (SACNT) membrane, which was prepared with a layer-by-layer cross-stacking method. Through controlling the number of stacked SACNT layers, three kinds of SACNT membranes (SACNT_200, SACNT_300, and SACNT_400) were prepared. Systematic characterizations and filtration tests were performed to investigate their physico-chemical properties, surface wetting behavior, and filtration performance. Compared with two commercial membranes (Com_0.22 and Com_0.45), all the SACNT membranes achieved smoother and more uniform structures. Due to the hexagonal graphene structure of CNTs, the surface chemistry of the SACNT membranes is simple and inert, thereby potentially eliminating the covalent-bonding-induced membrane fouling. Besides, the SACNT membranes exhibited a typical nonpolar wetting behavior, with high contact angles for polar liquids (water: ~124.9°–126.5°; formamide: ~80.0°–83.9°) but low contact angles for nonpolar diiodomethane (~18.8°–20.9°). This unique nonpolar feature potentially leads to weak interactions with polar substances. Furthermore, compared with the commercial membranes, the SACNT membranes obtained a significantly higher selectivity while achieving a comparable or higher permeability (depending on the number of stacked layers). Moreover, the SACNT membranes exhibited superior separation performance in various application scenarios, including municipal wastewater treatment (> 2.3 times higher cleaning efficiency), electro-assistant fouling inhibition (or even self-cleaning), and oil/water separation (> 99.2 % of separation efficiency), suggesting promising application prospects in various fields.     

在线超声对流化床膜生物反应器污泥混合液性能影响的研究

在流化床膜生物反应器中引入在线超声辐射来控制膜污染,超声功率为300 W、频率分别为中频(50 kHz)和中低频(50 kHz和25 kHz)混合频率,考察了在线超声对反应器内混合液性能的影响及对膜污染的控制效果。结果表明,中频超声辐射不会对反应器内混合液的污泥浓度和粘度产生显著影响,而中低频超声辐射会降低混合液的污泥浓度并造成混合液粘度的升高。2种频率的超声辐射对污泥混合液的过滤性能和污泥活性都有一定的改善作用。连续运行26 d和29d后,在中频和中低频超声辐射的作用下,超声流化床膜生物反应器比普通流化床膜生物反应器的跨膜压差分别低8 kPa和14 kPa,说明2种频率的在线超声均可显著延缓膜污染。     

投加ABS颗粒对MBR膜过滤特性的影响

向膜生物反应器(MBR)中投加ABS颗粒,以干扰膜表面泥饼层的形成和减轻膜污染的发生。结果表明,向MBR中投加粒径为1 mm的ABS颗粒,发现颗粒的最佳投加量为1.5 kg/m3,投加颗粒的膜运行时间是对照实验运行时间的3倍。颗粒对膜表面泥饼沉积层抑制明显,与对照实验泥饼层重量最大相差290 g,颗粒使膜上泥饼层的分布也不同。颗粒的投加也改变了污泥EPS含量,相比对照实验,多糖、蛋白质含量分别提高了17.2%和8%,污泥粘度提高了17.6%。细格栅与颗粒使MBR对TN、TP去除效果分别提高了8.5%和9.7%,对COD的影响不大。     

微滤膜垢分形生长的过程模拟

基于微滤膜系统污垢形成机制和分形理论,建立微滤过程膜表面混合垢生长DLA模型,并通过实验验证了模型模拟的可行性和准确性。选取不同运行周期条件下微滤膜系统中的受污染膜丝,进行膜垢污染生长的实时测试,并与不同运行条件下模型的动态模拟结果进行实际比较分析,结果表明两者分形维数相近,且分形维数与膜污染程度呈正相关,说明该模型能够动态表征膜污染水平,可揭示出微滤过程中膜垢生长的动态变化规律,预测出膜材料的受污染水平。     

超滤膜的清洗及污染防控

针对污水超滤过程中的膜污染问题,比较了不同清洗剂及清洗顺序对污染膜的清洗效果,考察了超滤运行条件对超滤膜污染的影响,为超滤膜污染的防控提供参考。实验结果表明:各种清洗剂对污染超滤膜清洗效果的优劣顺序为盐酸草酸柠檬酸,氢氧化钠次氯酸钠碳酸钠;强酸—强碱的清洗效果好于弱酸—弱碱;强酸—强碱顺序清洗的通量恢复率(91.88%)大于强碱—强酸顺序清洗的通量恢复率(90.05%);最优运行工艺为运行压力0.04 MPa,进水pH 8.0,膜面流速1.947 m/s,运行周期2 h。     

改性PES膜在MBR中膜阻力分析及膜污染机理研究

以聚醚砜(PES)、醋酸纤维素(CA)和纳米二氧化钛(TiO2)为膜材料,采用L-S相转化法制备共混改性PES膜。在24℃、0.2 MPa的操作条件下,制得的PES膜纯水通量为300 L/(m2.h)左右,CA改性PES膜为660 L/(m2.h)左右,TiO2改性PES膜为840 L/(m2.h)左右。通过膜生物反应器中膜阻力的测定,表明膜污染主要由浓差极化层及凝胶层引起的;通过活性污泥对膜污染机理的研究,判断出污泥的过滤过程基本符合沉积过滤定律。在MBR中运行时,改性PES膜稳定通量高于未改性膜,总阻力低于未改性膜;TiO2改性膜稳定通量高于CA改性膜,总阻力低于CA改性膜;通过扫描电镜分析,改性PES膜沉积层的厚度均比未改性膜薄,TiO2改性膜沉积层厚度小于CA改性膜,表明改性膜的抗污染性能提高了,TiO改性膜抗污染性能更优。     

厌氧膜-生物反应器中超声控制膜污染研究

研究了利用超声在线控制厌氧膜-生物反应器(MBR)膜污染发展的方法.结果表明,对于不使用超声而单纯采用水力控制的方法,当膜表面错流速度超过1.0 m/s时,可以有效控制膜污染的发展.对于利用超声控制膜污染,适于本试验系统的超声电功率范围在60～150 W之间.在150 W的电功率和0.75 m/s的错流速度下,利用超声可以有效控制厌氧MBR的膜污染发展,膜过滤阻力∑R可以稳定在5×1011 m-1左右一周以上,达到和单纯水力控制时,1.0 m/s以上的错流速度相当的污染控制效果.     

分置式膜-生物反应器凝胶层膜污染模型研究

通过紊流条件下阻力模型和凝胶极化模型对膜生物反应器的阻力进行分析,结果表明,膜面流速在3～10 m/s,运行时间在5h之内时,阻力模型可以很好地符合凝胶模型.通过分置式膜-生物反应器对染料废水超滤膜阻力进行了分析,膜的总阻力随着运行时间增加而增加,在所有阻力中,凝胶阻力占比重最大.     

PVC合金超滤膜在油田采出水回用中的应用研究

试验采用改性的PVC合金超滤膜法对油田采出水进行深度处理,其处理出水水质达到榆树林油田特低渗透油层要求的回注水水质指标,通过超滤膜组件的运行,采用死端过滤,运行周期为12min,正冲线速度为0.4m/s,时间为10s,反冲洗通量为150L(/m2.h),时间为10s,进水压力为0.1MPa最佳;化学清洗时,采用表面活性剂+酸洗+碱洗,可以获得最佳的清洗效果。