粉末活性炭吸附对超滤膜污染的影响研究

进行了粉末活性炭(PAC)吸附缓解浸没式和内压式超滤膜污染试验研究,并探讨了PAC吸附缓解膜污染的机理。浸没式超滤膜试验结果表明:PAC通过吸附溶解小分子有机物,减少了膜孔堵塞和膜孔内吸附污染,缓解了运行初期通量的快速下降;但PAC在膜表面的累积会降低浸没式超滤膜的起始通量。内压式超滤膜试验结果表明:膜前PAC吸附预处理能提高对有机物的去除效能,降低膜表面的污染负荷,从而降低TMP及其增长速度。     

运行条件对超滤膜污染的影响

为了进一步明确超滤过程中运行条件对膜污染的影响 ,以三菱造纸厂黑液经井水稀释 (10 4 ～ 10 5倍 )作为试验原水 ,用截留分子质量为 15× 10 4 的超滤膜对不同原水浓度、透水率、反冲洗方式、间隔时间、压力等条件下的膜压差变化情况进行了试验。结果表明 :原水浓度在E2 60 值为 0 .0 3～ 0 .16之间运行 ,可以控制膜压差的迅速增大 ,提高运行效率 ;相反E2 60 >0 .35时 ,可能引起膜的不可逆污染。在不影响系统压力的原则下 ,增大膜表面的流速可以起到边透水边洗膜的作用 ,即膜表面流速为 1.6m/s时能大大缓解膜压差的增加。虽然反冲洗的间隔时间和压力会影响膜压差 ,但前者并不是重要的影响因素。从水质结果可以看出 ,膜污染层起到了和膜本体同样的过滤作用。     

基于化学清洗的超滤膜污染研究

先后采用次氯酸钠和盐酸两种药剂对长期运行的超滤膜进行化学清洗,利用基于化学清洗的膜污染研究方法,分析混凝—浸没式超滤组合工艺中造成膜污染的主要物质成分.结果表明,经次氯酸钠清洗后,膜池中UV254 DOG、Al、Fe的浓度增加,增幅分别达到0.146 3 cm-1、4.14mg/L、0.058 mg/L、0.005 mg/L;继续使用盐酸进行化学清洗,膜池中UV254、DOC、Al、Fe的浓度分别增加了0.070 9 cm-、0.83 mg/L、18.293 mg/L、2.673 mg/L.化学清洗后,膜丝表面的C、O、Si、A1的相对含量分别下降5.2％、10.5％、1.8％、0.6％,F的相对含量升高17.8％.长期运行的超滤膜存在严重的有机物污染和Al、Si等无机元素沉积现象,次氯酸钠清洗可有效去除膜的有机物污染,随后的盐酸清洗可解除无机元素的沉积,同时实现有机物的进一步去除,但化学清洗后仍然存在残留污染.     

超滤膜的污染控制研究进展

以超滤技术为核心的组合工艺作为微污染水源水处理的一项新技术,引起了人们越来越多的关注,成为给水处理领域研究的热点,也为农村和小城镇水厂提供了很好的处理工艺,但膜污染一直是超滤技术在实际工程中推广应用所面临的一大障碍.总结了近年来超滤膜污染控制方面的新进展,包括膜污染的成因及机理、膜污染防治以及膜清洗等,并提出了今后超滤膜污染研究的重点和方向.     

超滤膜污染EFM清洗效果研究及污染物成分分析

以长期运行后的受污染超滤膜为研究对象,考察了采用不同维护性化学清洗（EFM）方式对受污染膜组件的清洗效果,并采用扫描电镜（SEM）和能谱仪等对造成膜污染的污染物成分进行了分析.结果表明,EFM清洗的最佳方式为以柠檬酸清洗为主,间歇采用NaCLO清洗,最佳投药量均为200 mag/L;结合SEM和能谱仪的检测结果可以得出,含有Fe、Si等元素的无机污染物是造成膜污染的主要污染成分,而EFM清洗前有机物在膜表面的沉积相对较少.     

锰离子在超滤膜有机物污染中的作用与机理研究

为了解锰及其与天然有机物的络合物对超滤膜污染的影响,通过小试研究了Mn2+在超滤膜污染中的作用与机理。研究显示,Mn2+自身并不会造成超滤膜污染,同时超滤膜对其也没有截留效果。但当水中存在有机物时,Mn2+会严重加剧超滤膜的污染。而当Mn2+含量增加至0.50 mg/L时,相对跨膜压差(P/P0)增加至2.2,相比不含Mn2+时增加了约47%。扫描电镜显示,超滤膜污染层厚达15μm且较为致密。对污染机理的研究显示,Mn2+会使得有机物的Zeta电位下降、粒度增加,从而降低腐殖酸分子之间的排斥力,使得污染层在超滤过程中更易被压实,形成更为致密的滤饼层,从而加剧了膜污染。     

紫外/次氯酸钠预处理对超滤膜污染的影响

针对污水再生超滤处理过程中的膜污染问题,以某污水处理厂深度处理出水为原水,通过对比紫外/次氯酸钠处理前后有机指标、膜通量及膜污染的变化,对该工艺作为超滤预处理措施的可行性进行研究。结果表明,紫外/次氯酸钠预处理对大分子(>100 kDa)有机物去除率为96.02%,优于其他分子量有机物;对疏水性有机物的去除率为21.32%,优于亲水性有机物及过渡亲水性酸。原水未经预处理直接采用超滤膜过滤时,膜污染阻力快速升高至2.52×10¹¹m^-1,可逆污染阻力占总阻力的69.84%;经过紫外/次氯酸钠预处理后超滤膜的总污染、可逆污染和不可逆污染膜阻力分别降低了50.40%,69.31%,6.58%,膜比通量提高了10.17%。紫外/次氯酸钠预处理措施能够有效去除原水中有机物,降低其对膜单元的污染负荷,从而缓解超滤膜污染。     

矿井水处理聚合氯化铝残留物对超滤膜污染的影响

针对矿井水混凝处理过程中投加的聚合氯化铝(PAC)残留物对超滤膜的污堵问题,采用在聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜前投加不同量的PAC对矿井水进行混凝和超滤试验,考察PAC不同投加量下浊度、污染指数(SDI)、残留铝含量、跨膜压差(TMP)和归一化膜比通量(NSF)间的相互关系及对超滤膜的影响。结果表明:当PAC投加量为35~40 mg/L时,混凝上清液中SDI最小为5. 3,残留铝含量约为0. 16~0. 23 mg/L,浊度约为6. 0~8. 0 NTU。跨膜压差随着PAC投加量、残留铝含量和pH值的增加而上升。当PAC投加量为40 mg/L、残留铝含量为0. 18 mg/L、pH值为4. 2~5. 2时,跨膜压差(TMP)最小值约为64. 8~68. 4 kPa。水中残留铝存在形态在不同pH值条件下可相互转化,其聚合态和絮凝体粒径又影响着超滤膜污染,酸性条件(pH值为4. 2~5. 2)下更有助于减少残留铝对超滤膜的污染。     

活性炭吸附受污染河水中有机物的三维荧光分析

采用活性炭吸附净化受污染河水,考察了不同吸附时间及投量下的净化效果,同时结合三维荧光光谱(EEM)技术探讨了河水中溶解性有机质(DOM)组分的变化.结果表明,宋梁路段河水中的有机物含量较高,DOM主要为类腐殖酸、类富里酸和芳香族蛋白质类化合物;河水的EEM中主要存在3个荧光峰和1个荧光峰带;活性炭对类腐殖酸和类富里酸的吸附效果较好,对芳香族蛋白质的吸附效果较差,最佳吸附时间为15 min.甘棠段河水的EEM中有2个荧光峰A和B(均为色氨酸类蛋白质)及1个峰带C(与类腐殖酸有关);活性炭最佳投量为0.5 mg/mL,此时峰带C消失,A峰和B峰强度变化率分别达到了81.31%和92.52%.     

超滤膜前强化混凝预处理微污染原水的试验研究

为了探索适合杨柳青水厂生产运行的强化混凝预处理技术,采用小试和中试相结合的方式,对比考察了FeCl3、硫酸铝(AS)以及两者复配混凝对后续超滤工艺处理效果的影响。结果表明:在相同的混凝剂投加量下,采用FeCl3进行混凝预处理时,超滤膜出水的有机物浓度最低、膜污染程度最轻;而采用AS作为混凝剂时,中试系统的运行效果最差;FeCl3与AS复配的协同作用不显著。     

二氧化氯投加点对超滤膜运行效能的影响

通过混凝/沉淀/超滤与二氧化氯氧化的组合工艺中试研究,考察了二氧化氯的混凝前投加和沉淀后投加对组合工艺的净水效能和缓解膜污染的影响,并探讨了二氧化氯投加点对超滤膜污染的影响机制.试验结果表明:二氧化氯投加点对组合工艺去除颗粒物和病原性微生物的效能无明显影响;在混凝前投加二氧化氯时组合工艺对CODMn和UV254的去除率比沉后投加的分别提高了约6.8％和7.2％.混凝前投加二氧化氯对膜污染的缓解作用大于沉后投加的,主要是因为混凝前投加二氧化氯能够强化混凝沉淀预处理,同时延长接触时间,强化对大分子有机物的氧化降解作用.     

基于XDLVO理论的亲疏水组分对超滤膜污染的影响

天然有机物的亲疏水性对膜污染的影响较大,但目前对其缺乏深入理解。以东江水为超滤原水,从界面作用角度探究不同亲疏水组分对超滤膜污染的影响。结果显示：原水中强疏水性和弱疏水性组分主要为腐殖类和蛋白类物质,而亲水组分主要为多糖类物质;相比疏水性组分,亲水性组分对超滤膜的污染较为严重。进一步采用腐殖酸（HA）、牛血清白蛋白（BSA）、海藻酸钠（SA）作为亲疏水组分的代表,研究各类污染物在不同pH条件下的污染行为。对于SA和HA,随着pH的增加膜通量衰减趋缓,对于BSA来说,在pH远离零电荷点（pH=4.7）时膜通量衰减较为缓和;整体来看,三者对膜污染的严重程度排序为SA>HA>BSA。采用XDLVO理论从界面作用能角度来理解膜污染,结果发现：不同pH条件下三类污染物对膜污染的影响与界面能垒呈现正相关性,能垒越大,膜表面对污染物的抵抗作用越强,越有利于缓解膜污染;此外,膜过滤后期的相对平稳通量值与“污染物-污染膜”界面能垒呈线性正相关。研究结果对原水预处理及水化学调配控制污染具有重要的启发。     

NOM的亲疏水性及分子质量分布对超滤膜污染的影响

采用XAD-8/XAD-4型树脂将松花江水中的有机物分离出强疏水性、弱疏水性和亲水性三种有机组分,分别研究了其对PVDF超滤膜和改性PVDF超滤膜的污染性能。分别过滤强疏水、弱疏水和亲水性有机组分时,PVDF原膜的比通量分别为60.6%、70.8%和82.0%,而改性PVDF膜的比通量为75.1%、77.6%和86.0%。表明有机物的疏水性越强则对膜的污染能力越大;而膜的污染程度与对有机物的去除率并非呈正相关。此外,还研究了不同组分有机物的分子质量分布对膜污染的影响。结果表明,与分子质量相对较大的亲水性天然有机物相比,分子质量相对较小的疏水性天然有机物产生的膜污染较重。     

基于DOM荧光光谱分析的初期雨水径流污染物溯源

初期雨水污染物质的输入逐渐成为城市地表水体污染的重要来源,对其进行溯源可为源头控制和精细化管理提供依据。为此,考察了HZ市某区域雨水径流中氮、磷、有机碳浓度的变化规律,采用初期冲刷比值FF_n分析了其初期效应,结合可溶性有机物(DOM)的荧光光谱平行因子分析(EEM-PARAFAC)与主成分分析(PCA),探究初期雨水污染的主要来源,并利用绝对主成分线性回归法(APCS-MLR)分配来源比例。结果表明,前30%的降雨径流中携带了超过50%的污染负荷(FF₃₀=1.7),径流存在一定的初期效应。初期雨水径流中的磷和有机碳污染主要来自城市绿地(74%和85%),少部分来自居民区(19%和6%);氮污染也主要来自城市绿地(52%),但有少部分来自生活污水(28%),其中氨氮主要来自生活污水(69%)。     

超滤膜处理沉淀池出水的膜污染影响因素研究

在中试规模下采用超滤膜处理供水厂的沉淀池出水,考察了供水厂原水水质期、混凝剂和助凝剂的种类、膜通量以及过滤周期等因素对膜污染的影响.结果表明,不同水质期的膜污染速度顺序为:低温低浊期>常温常浊期>高温高藻期;混凝剂及助凝剂的种类和投量对膜污染有一定的影响;膜通量越小、过滤周期越短,则膜比通量下降速率和衰减速率越小,膜污染速度越慢.     

高锰酸钾/超滤膜组合工艺处理饮用水研究

以某水厂砂滤工艺出水为研究对象,采用膜前投加高锰酸钾控制膜污染,探究膜前投加高锰酸钾缓解膜污染的机理以及对出水水质的影响。结果表明,高锰酸钾的氧化性造成膜出水中亲水性有机物和分子质量分布在3~10 ku区间的有机物含量增多;投加0.3 mg/L的高锰酸钾能够有效控制膜污染,过量则会造成出水锰离子浓度超标;膜出水中胶粒的Zeta电位由负变正,并且电量减小,这有利于胶粒的沉淀。     

浸没式超滤膜处理高藻水的反冲洗影响因素研究

膜污染是制约浸没式超滤膜高效处理高藻水的关键,合理优化超滤反冲洗策略有助于改善系统整体运行性能。为此,采用截留分子质量为150～300 ku的超滤膜过滤高藻水,探究不同反冲洗方式及排空周期等条件下跨膜压差的变化情况。结果表明,单独气洗在控制跨膜压差增长方面比单独水洗表现得更好;气洗强度越大,跨膜压差的增长速度越慢,当气洗强度为60 m³/(m²·h)时对跨膜压差的控制效果最佳。增加反冲洗强度可能会加剧藻细胞的破裂,造成膜池中蛋白质类物质和溶解性微生物代谢产物的增加。增加膜池排空周期可减缓跨膜压差的增长,当排空周期为12 h时对跨膜压差的控制效果最优。低强度的气水联合冲洗一定程度上能够有效缓解膜污染,这可能与膜表面黏附的污垢减少以及膜池中颗粒物的尺寸增大有关。     

超滤膜冲洗废水回用强化处理低温低浊水的研究

考察了超滤膜冲洗废水回用对混凝/沉淀/超滤组合工艺处理低温低浊水的影响。结果表明,膜冲洗废水回用对组合工艺的处理效果有明显的强化作用,同时可延缓膜污染。当回用比例为8%时,组合工艺出水浊度和消毒副产物前质与不回用时基本相当,而出水TOC和残余铝浓度则分别可降低0.34和0.023 mg/L;单位过滤周期内跨膜压差平均增幅为不回用时的56.78%,同时水力清洗效率可提高到84.18%;另外,膜冲洗废水回用可使超滤工艺产水率从89.73%提高到97.30%。     

浸没式超滤膜中试装置直接处理北江水的研究

为了探讨短流程绿色水处理工艺的适用性,开展了浸没式超滤膜中试装置直接处理北江水的研究。考察了超滤膜通量和连续过滤时间两种工况条件对中试装置去除COD_Mn、UV₂₅₄、浊度、氨氮和亚硝酸盐氮的影响,并分析了它们对膜污染(跨膜压差和荧光性有机物)的影响。结果表明:浸没式超滤膜中试装置处理北江水连续运行69 d过程中,出水COD_Mn和浊度指标均满足《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006),但对原水中的氨氮和亚硝酸盐氮基本没有去除效果;增加超滤膜通量和延长连续过滤时间都会显著削弱COD_Mn和UV₂₅₄去除效果,但对浊度的去除率始终保持在99%以上,这归因于超滤膜强大的筛滤作用。中试装置的跨膜压差随着超滤膜通量的增加和连续过滤时间的延长呈现恶化趋势,表明超滤膜污染程度加剧。     

活性炭/超滤复合工艺中膜污染特征的研究

分别从物理清洗、化学清洗和污染物等方面研究了活性炭/超滤复合工艺中超滤膜的污染情况。结果表明,跨膜压差(TMP)从运行初期的20 kPa上升到35 kPa,提高了75%;比通量从3.8~4.6 L/(m2.h.kPa)下降到1.8 L/(m2.h.kPa),下降了50%左右。物理清洗对不可逆污染物的去除效果较差,随着运行时间的延长,比通量下降至70%左右,跨膜压差升高幅度达100%。经过化学清洗后TMP和比通量的恢复率分别为82%~100%和86%~100%。超滤膜污染是由有机物、微生物和金属离子共同所致的综合性污染,包括Fe、A l等高价金属离子,Ca、Mg等二价离子,以及烷烃和芳香烃等小分子有机物。有机物不仅沉积在膜表面,而且也造成了膜孔堵塞;Fe、A l等高价金属离子主要吸附、沉积在膜内壁,而Ca、Mg等二价离子在膜内壁表面以及膜过滤孔隙中都有吸附、沉积。