纳滤处理燃机电厂清洗废液及膜污染研究

采用NF 90、NF 270、NF 2001、NF 5001 4种纳滤膜对燃机电厂压气机清洗废液进行处理，考察操作压力、初始COD_Cr、温度和pH等因素对纳滤膜性能的影响。结果表明，操作压力为0.7 MPa时，4种纳滤膜对废液中低分子质量的难生物降解溶解性有机物截留效果均较好，产水水质满足纳管标准(COD_Cr≤500 mg/L)。操作压力在一定范围内增加，4种纳滤膜膜通量和COD_Cr截留率呈不同幅度的上升趋势，压力由0.6 MPa增加至1.0 MPa时，NF2001产水COD_Cr降幅最大(70.73%),NF 5001膜通量增幅最大(28.14%)。初始COD_Cr增加使膜通量下降而对COD_Cr的截留效果提高，且随着温度由20℃升高至40℃，及pH由3升至10，各膜通量均有一定程度的提高。此外，较低温度(20℃)下NF 270膜通量较大且不可逆污染值较小，因而在处理压气机清洗废液中具有良好的应用前景。     

正渗透膜过程中临界通量的影响因素

临界通量是膜过程中一种重要的污染特性指标。采用阶梯汲取液浓度递增法测定不同污染物、架桥离子浓度及膜面流速对正渗透(FO)膜过程临界通量的影响。结果表明,海藻酸钠(SA)、腐殖酸(HA)及二氧化硅(SiO2)污染时FO膜临界通量值分别为29.32, 46.35和32.17 L/(m2?h);随Ca2+浓度由0 mmol/L增大至10 mmol/L,SA污染下FO膜的临界通量由29.22 L/(m2?h)显著降低至9.48 L/(m2?h),原因为Ca2+与SA分子中的羧基的螯合作用及Ca2+在膜?污染物之间的架桥作用;此外,当膜面流速从5 cm/s增至15 cm/s时,SA-Ca2+污染下的FO膜临界通量由9.48 L/(m2?h)提高至31.59 L/(m2?h),表明改善膜表面湍动有利于提高临界通量,扩大操作通量范围。     

天然有机物对国产纳滤膜的污染及清洗效果研究

为考察水体中天然有机物(NOM)对纳滤膜性能产生的影响,以腐殖酸(HA)、牛血清蛋白(BSA)和海藻酸钠(SA)分别模拟水中常见NOM,腐殖质、蛋白质和多糖,对国产NF-1812纳滤膜进行单组分及其混合物定性定量有机污染及清洗实验。结果表明,有机污染造成膜通量下降,膜污染程度为SA>HA>BSA;NOM截留率可稳定在99.2%~99.6%;膜污染阻力主要为浓差极化阻力,其次是凝胶层阻力和内部污染阻力,有机污染液综合黏度和综合含量越大,浓差极化阻力的比例越高;对多组分有机污染膜进行错流速度9 cm/s的物理水力清洗和pH=10.0的质量分数分别为0.1%的NaOH+0.025%Na-SDS化学药剂清洗,膜通量、NOM截留率、苦咸水截留率、SEM成像均恢复至原膜状态,纳滤膜清洗效果良好,适用于中国西北苦咸水地区。     

絮体表面形态对膜污染预测的影响

现有对混凝-膜过滤过程中膜污染的预测分析，一般采用XDLVO理论对光滑界面的作用能进行计算，但混凝絮体表面形态会对预测结果产生较大的影响。利用正弦波球体模型对粗糙腐殖酸(HA)絮体表面进行模拟，并通过表面元素积分法(SEI)结合XDLVO理论与复合辛普森规则，对不同粗糙程度的混凝絮体与聚偏氟乙烯(PVDF)膜的界面作用能进行量化模拟；并将结果与传统XDLVO理论模拟的光滑界面作用能进行了比较。实验结果表明，该模型适用于混凝-膜过滤体系中絮体界面作用能的模拟，同时在模拟过程中，由于粗糙度的不同会导致界面作用能在数值上存在1~2个数量级的差异；并且粗糙的絮体较完全光滑的絮体与膜污染趋势的拟合程度更高，即引入絮体表面形态对利用絮体与膜界面间相互作用能表征膜污染趋势的置信度更高。     

纳滤分离中性溶质的截留分子量参数细孔模型

基于纳滤膜截留分子量（MWC）所对应的分子Stokes半径(rs)与膜的等效细孔半径(rp)相等的假设，通过建立rs与分子量(MW)之间、rp与MWC之间的定量关系方程，并以立体阻碍－细孔模型（SHP）和Spiegler-Kedem模型为基础，组建了一个以截留分子量为特征参数的纳滤分离中性溶质的细孔模型（MWC-SHP）。通过NF270纳滤膜对葡萄糖和蔗糖的透过实验，采用MWC-SHP模型对NF270纳滤膜的开孔率与膜厚之比（Ak/Δx）和rp进行了估算，估算结果同SHP模型一致。应用MWC-SHP模型预测中性溶质分子的截留率随透过通量的变化关系，与实验结果吻合.因此，MWC-SHP模型同SHP模型一样，可用于纳滤膜结构评价和分离性能预测。与SHP模型相比，MWC-SHP模型的求解更方便，具有较好的实用性。     

新型聚芳醚砜酮超滤膜污染与膜阻力研究

采用新型聚芳醚砜酮(PPESK)超滤膜为分离介质,以炼油污水为研究对象,测定了膜污染和膜阻力.结果表明,PPESK超滤膜在100 kPa下的初始通量为480 L·m-2·h-1,自身阻力为0.78mm-1;在超滤膜运行过程中,溶液通量随运行时间呈指数衰减,通量衰减由60%增加到95%时,膜污染阻力由0.69nm-1增大到5.68 nm-1,膜污染阻力占总阻力的分数从43.95%增大到86.72%,其中不可逆膜污染阻力大小为0.20nm-1.PPESK超滤膜对迭标炼油污水过滤时,因膜污染造成通量衰减,经化学清洗能够得到较大程度的恢复.     

碟管式纳滤膜在生活用水处理中的膜污染特性

采用碟管式纳滤膜对生活用水进行深度处理，研究了不同操作条件对元件分离性能及产水水质的影响，得到最佳运行条件为运行压力1MPa、进水温度为25℃以上、最小浓水流量300L/h。对原水水质进行分析，有效预测了污染物成分及膜污染情况，提出了预处理系统的设计及清洗方案。运用扫描电镜、EDS能谱、红外光谱及三维荧光光谱分析出，从进水端至出水端膜污染逐渐加剧，污染物成分主要以有机污染为主，并且含有难溶盐析出结晶的无机污垢及一定程度的生物污染。对碟管式纳滤膜在生活用水处理中膜污染特性的研究，分析污染成因为难溶盐随浓度增加在膜表面析出形成无机结垢，大量有机物在膜表面吸附形成有机污泥层，而水中微生物或细菌等在膜表面滋生造成生物污染，污染形成顺序为有机污染率先在膜表面形成，随后形成无机污垢，并且会发生相互作用，其结果导致膜通量下降、产水水质变差。本研究借助中试试验探究了碟管式纳滤膜元件的污染特性，为这种新型膜元件在实际生产中如何高效使用及有效控制纳滤膜污染提供依据。     

XDLVO理论在膜污染解析中的应用研究

膜分离过程中存在的膜污染问题严重制约了膜分离技术的大规模应用。扩展的XDLVO（Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek）理论可以为膜污染机理的阐述提供理论支撑,它不仅可以用来解析及预测膜污染,还可为膜污染控制提供理论指导。介绍了XDLVO理论的分析计算方法,综述了XDLVO理论在不同污染物的膜污染行为解析中的应用,讨论了膜面性质及操作条件对膜污染行为的影响以及XDLVO理论对膜污染控制的指导作用,并提出了XDLVO理论在膜污染行为研究中存在的问题以及对未来研究方向的展望。     

XDLVO理论分析混合有机污染物的膜污染

通过XDLVO理论分析了混合有机污染物的膜污染状况,对腐殖酸、海藻酸钠、牛血清蛋白这3种典型的模型污染物及其不同比例的混合物及PVDF膜的界面自由能进行了定量分析,从而判断膜污染性能,并通过过滤实验对预测结果进行了验证。结果表明,混合污染物和单一污染物界面性质完全不同,但根据界面自由能判断膜污染程度与过滤实验相符;溶液pH对混合污染物的溶液性质影响较大,最终影响膜过滤实验的污染程度,当pH较大时,膜污染程度相对较轻;添加不同的金属盐会影响混合污染物的界面性质,进而影响膜污染程度,添加钙离子相对镁离子和钠离子更容易导致膜污染。     

高盐度卤水纳滤除硝的研究

对NF1、NF2、NF3纳滤膜进行恒压力条件试验,证明:平均通量和平均截留率较适宜的为NF2膜,硫酸根的质量浓度小于5 g/L。NF2膜连续稳定性试验结果表明:NF2膜在不同的Na Cl浓度下运行,通量和截留率的稳定性都比较好。     

纳滤回收头孢拉定母液的实验研究

考察了NF270、NF90、DL纳滤膜对头孢母液脱盐浓缩的性能,NF270适合头孢母液的脱盐浓缩。考察了直接浓缩、预浓缩-渗滤-浓缩的方式对NF270膜浓缩头孢过程的影响,并用不同的清洗方法对膜进行通量恢复,而且用2-萘酚对浓缩母液和原始母液进行螯合回收进行了比较。实验结果表明,直接浓缩将导致膜通量迅速衰减,达不到理想的浓缩效果。采用预浓缩-渗滤-浓缩的方式能有效的对头孢母液进行脱盐浓缩,而且采用含NaOH的清洗剂能有效的回复膜的通量。用2-萘酚对浓缩母液进行螯合回收头孢的得率大于原始母液。     

天然有机质污染对纳滤膜去除水中邻苯二甲酸酯的影响

选用具有不同特性的2种纳滤膜NF90和NF270,采用错流试验研究了被天然有机质污染前后纳滤膜对水中邻苯二甲酸酯的去除效率和渗透通量。结果表明,NF90对邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)和邻苯二甲酸二丁酯(DBP)具有较高的截留率,分别为87.9%、95.3%和100%,且截留率随着有机物分子量的增大而增大;NF270对DMP、DEP和DBP的截留率分别为32.1%、50.4%和50%,较NF90的截留率低,且对分子量较大、较疏水的DBP未呈现较高的截留率。在进料液中添加海藻酸钠后,2种纳滤膜的渗透通量明显下降;污染后2种纳滤膜对DMP的截留率分别提高了5.9%和2.4%,对DEP的截留率略有下降,对DBP没有显著影响。改变离子强度(10 mmol/L到20 mmol/L)使NF270对DMP、DEP和DBP的截留率分别下降了2.4%、1.5%和1.5%,而NF90对3种邻苯二甲酸酯的截留率没有明显变化。     

PTFE超滤膜对水中三种典型天然有机物的去除及其膜污染机制

研究聚四氟乙烯(PTFE)超滤膜对水中天然有机物的去除效果以及膜污染机制。天然有机物是膜污染中的主要污染物,其中腐植酸(HA)、海藻酸钠(SA)和牛血清蛋白(BSA)为典型的代表。过滤试验采用序批式,配制特定浓度的天然有机物水样进行死端过滤。通过采用紫外分光光度计和TOC-L仪测定水样的UV和总有机碳的值来评估PTFE对三种天然有机物的去除效果,同时采用扫描电子显微镜(SEM)对污染后的膜表面进行观察以推断其污染机制。此外,在HA原料液中添加钙离子(Ca~(2+))和鸡蛋白溶菌酶(LYS,带正电)进行过滤试验,探究PTFE对带不同电荷有机物的去除效果和超滤膜的污染机制。PTFE超滤膜对三种典型的天然有机物去除率以及膜污染情况不尽相同,对HA和SA的去除率远高于BSA,而对HA的去除率稍高于SA。HA和SA对PTFE的膜污染机制是先膜孔阻塞而后形成滤饼层,BSA则为膜孔吸附。PTFE对LYS的去除率几乎为零,但混合了HA和Ca~(2+)后的去除率显著升高,加入Ca~(2+)升高更明显,原因是Ca~(2+)与LYS不但有静电吸附作用,还有架桥作用,形成了更致密的滤饼层。     

亲水化改性PVDF超滤膜的抗污染特性研究

以不同通量的自制亲水化纳米SiO2改性PVDF超滤膜(PS)和聚乙烯醇改性PVDF超滤膜(PA),对城市污水二级出水(EfOM)和牛血清蛋白(BSA)水溶液进行了过滤试验,通过对比未添加改性剂的PVDF超滤膜,考察通量衰减率、膜污染阻力构成、通量恢复率等指标,分析水质与膜材料间的相互关系对超滤膜抗污染能力的影响.结果表明,在BSA料液中,3种通量下,低通量的膜抗污染能力好于高通量膜.20 min内PA膜表现出最低的膜通量衰减,而P膜在过滤初期通量就急剧下降.在EfOM料液中,各通量下,P膜通量衰减严重且产生了不可逆的堵孔阻力,亲水化改性后膜通量衰减率降低,稳态通量高,膜污染阻力主要来自于浓差极化和滤饼层阻力,其中PS膜通量下降率最低,而PA膜清洗后通量易恢复.     

纳滤膜对不同水源中无机物处理效果及膜污染特性分析

针对不同水源地(引黄水库、微污染湖泊、河流)水质差异问题,分别选取了不同典型水体(鹊山水库、南阳湖和沂河)开展纳滤实验,探究了NF1、NF2两种纳滤膜对不同水源中无机污染物的去除效能与膜污染情况。结果表明,3种原水经过预处理和纳滤处理后pH值略有下降,浊度均在0.186 NTU之下,总硬度、溶解性总固体(TDS)的含量均较低。NF1和NF2对一价离子平均去除率分别达到92.35%,42.35%以上,对二价离子的平均去除率分别可达97.87%,85.67%以上;NF2在处理南阳湖原水后,无机污染情况较为严重;酸碱联合冲洗对污染膜的修复效果更好。     

渗透模式影响纳米涂层修饰陶瓷微滤膜分离性能的研究

研究了膜分离技术处理含油废水存在因油滴变形引起的膜堵塞问题.为减少膜污染,使用在市场上销售氧化铝微滤膜孔道表面制备纳米ZrO2涂层,利用纳米涂层改变微滤膜的表面亲水憎油性,具有良好的效果.考虑其工业应用条件,重点研究了循环模式(模拟大量废水处理)和浓缩模式(模拟少量废水处理)对膜渗透通量的影响.结果表明:循环模式下料液的油浓度为恒定的,纳米涂层能有效提高微滤膜的渗透通量.膜面流速的增加在一定程度上能提高膜渗透通量,但超过一定程度后,增加不明显.当膜面流速为7 m/s时,修饰陶瓷膜的最大渗透通量为280 L/(m2·h),油截留率为96.4％.在浓缩模式下,料液的油浓度随渗透液的排出呈指数性增加,随着油浓度的增加,渗透通量持续衰减,油截留率持续上升.当油浓度达到一定程度后,修饰陶瓷微滤膜不能有效地实现稳定含油废水的油水分离.     

进水水质对纳滤膜苦咸水软化的分离性能

针对黄淮地区苦咸水,构建了小试级别的纳滤膜法软化系统,并开展了包括pH、总溶解固体含盐量(TDS)和总有机碳(TOC)等进水水质对DL、DK型纳滤膜的软化分离实验。结果表明,pH为3~10、TDS为1317~5926 mg·L~(-1)和TOC为2.72~12.24 mg·L~(-1)的进水条件下,DL和DK纳滤膜比通量随pH的增加分别呈先上升后下降和缓慢下降的趋势,随进水TDS和TOC的增加呈整体下降趋势,而纳滤膜对硬度离子(Mg~(2+)和Ca~(2+))的截留率均呈明显的上升趋势。DL膜运行至267 h时,膜比通量下降幅度超过10%,进行化学清洗,酸洗后膜比通量恢复率达到85.05%,酸洗加碱洗后该值高达97.2%,结合扫描电子显微镜和原子力显微镜表征结果,可知化学清洗对膜面污染有较好的去除效果。     

疏松纳滤膜生物反应器污水资源化处理研究

膜生物反应器（MBR）广泛应用于城市污水深度处理与水资源再生领域。为提高MBR的截留能力并减少膜孔堵塞，以PES膜为基膜采用界面聚合法制备疏松纳滤膜，构建了一种新型疏松纳滤膜生物反应器（LNF-MBR）。进行了LNF-MBR与常规纳滤膜生物反应器（CNF-MBR）、超滤膜生物反应器（UF-MBR）的对照试验，考察了工艺运行性能和膜污染情况。结果表明，LNF-MBR对生物聚合物和部分腐殖质的截留效果比UF-MBR高，在化学需氧量（COD）和溶解性有机碳（DOC）上有较高的去除率。CNF-MBR长期运行会导致盐分积累，降低膜通量，而LNFMBR和UF-MBR没有明显的积盐现象。超滤膜污染以不可逆污染为主，纳滤膜的小孔径减轻了不可逆膜孔堵塞，但易受到生物聚合物的污染。采用疏松纳滤膜能够减少污染物在膜上的附着，减缓膜污染。     

界面聚合制备PEI-SiO_2/HBPA纳滤膜及性能研究

采用端氨基超支化聚酰胺(HBPA)和均苯三甲酰氯(TMC)为功能单体,在聚丙烯腈超滤膜表面界面聚合制备纳滤膜,并将聚乙烯亚胺改性SiO_2(PEI-SiO_2)引入活性分离层中以调节膜性能。傅里叶全反射红外光谱、扫描电镜及EDS证实了活性分离层聚酰胺的形成及PEI-SiO_2的成功引入。结果表明,当PEI-SiO_2加入量在0.01~0.04 g之间变化时,膜通量均较未加样品膜有所提高,超过0.04 g后,继续增加用量,通量减小。此外,5 min的聚合反应足以在超滤膜表面形成活性分离层得到纳滤膜,继续延长反应时间,通量逐渐下降,脱盐率呈现先增加后减小的趋势。本实验范围内,当PEI-SiO_2加入量为0.02 g,HBPA浓度为1.2 wt%;TMC为0.5 wt%,反应时间为10 min时,制备所得NF8膜的性能最佳。该膜对1000 mg/L的MgSO_4和CoCl_2中钴离子的脱除率分别为84.6%和93.3%,当操作压力从0.2 MPa逐渐增加到0.8 MPa时,Co~(2+)脱除率稳定在94%左右,通量则逐渐增大。     

不同超滤膜处理二级出水的膜污染机制研究

为探究截留分子量与材质对污染物的去除效果,并分析二者对抗污染性能的影响,使用不同材料(PES、PVDF)和不同截留分子量(50,100 kDa)的超滤膜处理二级出水。结果表明,对于溶解性有机物(DOC)的去除效果,相同材料,截留分子量为50 kDa超滤膜优于100 kDa;100 kDa的超滤膜,PES材料优于PVDF。材料相同,100 kDa超滤膜膜通量下降程度小,反冲洗后,膜通量恢复程度越好,可逆污染占比较大;孔径相同,PES超滤膜的膜通量下降较慢,反冲洗效果更好,不可逆污染更轻。膜污染模型分析中,材料相同,100 kDa膜片对4种污染模型的拟合系数均高于50 kDa,4种污染模型造成的污染更加显著,膜污染过程更加复杂。