两种膜的前端处理技术减缓膜污染的试验研究

通过超滤膜过滤粉末活性炭预处理长江水和混凝沉淀预处理太湖水的上清液试验,比较各工艺中有机物极性含量的变化,结合膜的扫描电镜照片,探讨粉末活性炭和混凝沉淀预处理技术对膜污染的减缓作用。结果表明,疏水性有机物是造成膜污染的主要因素,亲水性有机物对膜污染的影响较小。超滤膜分别过滤经20 mg/L投量的粉末活性炭预处理的长江水样和25 mg/L投量的聚合氯化铝预处理的太湖水样时,相比直接过滤2种原水,超滤膜反洗后膜通量可有效恢复。粉末活性炭和混凝沉淀预处理后,膜表面形成的滤饼层较松散,易被周期性反洗排出膜组件,滤饼层可阻止疏水性有机物直接沉积在膜表面,减缓超滤膜污染,同时也可提高超滤膜出水的化学安全性。     

UF膜组件的有机污染及清洗

近年来,超滤（UF）膜组件的污染问题主要集中在有机物污染的范围。利用几种化学药剂对聚砜超滤膜有机污染造成的堵塞的清洗方式进行了试验研究,研究了UF件的有机污染行为及膜组件污染物的去除。实验证明NaClO,H2O2和NaOH对于UF膜的有机污染去除都有一定的效果,其中H2O2的去除效果最好。控制原水的PH值有利于减轻膜污染。同时,以NaOH／NaClO及NaOH／H2O2水溶液相结合的方式对于膜的蛋白质污染的去除也有很好的效果,能够使超滤膜的渗透水通量恢复到初始值。同时还对UF膜的有机污染形成基理进行了分析。     

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.     

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。     

化学清洗对不同材质超滤膜的效能与膜污染的影响

探讨了不同材质超滤膜在化学清洗过程中膜老化的情况,并分析了膜老化过程对3种超滤膜的表面亲疏水特性、膜分离性能、机械稳定性和膜污染过程的影响。结果表明:随着化学清洗强度的增强,超滤膜的水接触角降低,亲水性能得到提升;纯水通量提高,但对腐殖酸的截留能力下降;膜的机械稳定性降低。PVDF膜表现出最佳的耐氧化性能,处理高负荷的天然水源水时,可以在多次化学清洗后维持膜性能的稳定。     

反洗水组分对超滤膜污染的影响

超滤反洗如同短时间的"死端过滤",反洗水组分对超滤膜污染进程有重要影响,以腐殖酸(HA)、Na~+和Ca~(2+)模拟反洗水中的小分子有机物、一价和二价金属阳离子,将海藻酸钠(SA)作为典型污染物,通过死端过滤的方式分析了反洗水中的不同组分对PVDF超滤膜污染的影响。同时借助质量守恒定律对膜的反洗效率和反洗后污染物的去除情况进行了定量分析。结果表明,反洗水中单独存在的小分子有机物对膜污染的影响并不显著,但小分子有机物协同金属阳离子对膜污染产生了较为明显的不利影响;一方面Ca~(2+)、Na~+等阳离子能够与带负电的HA小分子吸附结合,形成尺寸较大的聚集体,导致膜内壁污染以及反洗膜孔的堵塞,从而降低反洗效率,加剧膜面污染物的积累;另一方面,通过Ca~(2+)、Na~+等阳离子的"架桥作用"与电荷屏蔽效应,强化了膜表面污染物与膜壁之间的静电吸附作用,导致了更为严重的不可逆污染。     

不同离子对纳滤去除水中腐殖酸的影响研究

腐殖酸（HA）作为天然有机物（NOM）的主要成分之一，广泛存在与水体之中，对纳滤处理过程影响较大。本文以三种模拟配水作为研究对象，通过分析纳滤对水中腐殖酸去除率和膜通量的变化，得出了不同离子对纳滤去除水中腐殖酸的影响的变化规律，并进行了膜污染程度的比较及分析。结果表明：在纳滤处理三种模拟配水过程中，HA 配水的截留率下降54.0%；Na++HA 配水的截留率下降26.2%；HA+Ca2+配水的截留率下降30.8%。整体而言，不同价态离子对三种模拟配水通量变化影响很小。     

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XDLVO理论的超滤膜污染机理研究

应用XDLVO理论定量解析腐殖酸中不同分子质量组分在PVC和PVDF两种超滤膜污染中的界面作用,评价范德华力(LW)、极性力(AB)、静电荷作用力(EL)在腐殖酸引起的超滤膜污染中的相对贡献,确定膜污染的主要作用力。另外,取长江南京段沉后水进行臭氧氧化预处理,进一步探究XDLVO理论在实际原水膜污染中的适用性。结果表明,试验采用的PVC和PVDF膜总表面能相近,同一分子质量有机物导致两种膜污染相近;腐殖酸膜污染中AB相互作用能起主导作用,LW相互作用能次之。腐殖酸中小分子质量有机物以及臭氧氧化预处理后的长江原水,具有更强的亲水性和极性,AB、LW相互作用能降低,膜污染减轻。     

预处理对东江原水超滤过程中膜污染的控制作用

以珠江流域东江水作为原水,研究不同预处理(混凝、吸附、氧化)及其组合对水体中有机污染物的去除效果及对超滤膜污染的控制作用。试验结果表明,针对东江原水中天然有机物的去除,聚合氯化铝(PACl)、粉末活性炭(PAC)和高锰酸钾(KMnO4)的最佳投加量分别为20、30、0. 1 mg/L;三种单一预处理方法能够在一定程度上缓解膜通量衰减,而两两组合预处理则能够进一步提高膜运行通量;对于聚偏氟乙烯膜,PACl+PAC组合预处理对膜污染的控制作用最好。对于UV254和蛋白质,PACl和KMn O4对其去除效果优于PAC;对于多糖,三种预处理方法对其去除效果均不佳(<40%),其中PAC略好于PACl和KMn O4。此外,三种单一预处理方法对腐殖酸类荧光物质的去除效果高于蛋白质类荧光物质,而组合预处理能够更加显著地降低这两类荧光物质的响应强度,其中PACl+PAC组合预处理对有机物各荧光组分的去除效果最佳。通过对膜污染物成分的识别分析可知,东江原水中造成超滤膜污染的物质有腐殖酸类、多糖类和蛋白质类物质,而化学不可逆污染物主要为多糖类物质及少量的腐殖酸类物质,化学可逆污染物主要为蛋白质类物质及部分腐殖酸类物质。     

超滤膜技术处理地表水的运行参数优化

针对超滤工艺处理地表水的物理反洗条件进行优化,考察不同运行条件对超滤膜污染的控制效果,从而确定超滤膜处理地表原水的最优运行参数。结果表明:随着超滤膜运行通量的增加,跨膜压差的增长加快。在20和25L/(m~2·h)通量下处理地表原水,反冲洗强度为过滤通量的2倍、曝气强度达到80～100 m~3/(m~2·h)时,超滤膜处于最佳运行状态。     

三种有机物对超滤膜污染的界面作用研究

对腐殖酸、多糖类物质、蛋白质类物质所引起的超滤膜初期污染进行了比较,并对有机物和超滤膜的Zeta电位、接触角进行了测试,进而依据扩展DLVO(XDLVO)理论分析了三种有机物与超滤膜之间的界面自由能和界面作用力,并解释了三种有机物在相同运行条件下造成不同膜通量下降的相关机制。研究表明,三种有机物与超滤膜之间均存在较强的双电层斥力,但范德华力和酸碱力则各不相同。总界面力的作用范围不同是海藻酸钠形成较强膜污染的主要原因;蛋白质和腐殖酸与超滤膜之间总界面力的作用范围相当,但蛋白质与超滤膜之间相对较小的双电层斥力势垒可能是蛋白质相对腐殖酸更易造成膜污染的原因。应用XDLVO对超滤膜污染机制的研究会为膜污染控制策略的选择提供一定的理论依据。     

预氯化/超滤技术处理滦河水的中试研究

采用混凝/沉淀/超滤组合工艺处理滦河水并进行现场中试。结果表明,超滤膜具有良好的除浊功能,对CODMn、UV254与DOC也有一定的去除效果,出水水质稳定。预氯化能够提高超滤膜对CODMn与UV254的去除率,且有助于减缓比通量的衰减,但预氯化只是改善了超滤膜的透水通量,并没有从根本上消除膜污染。     

预处理对超滤膜产生不可逆吸附污染的影响

为测定超滤膜产生不可逆吸附污染的临界通量值,采用改进通量阶梯法和通量循环法2种方法对东营南郊自来水厂的原水、沉淀池出水、砂滤池出水进行了测定与对比,发现膜进水经预处理后可明显提高产生不可逆吸附污染的临界通量值,经预处理后的沉淀池出水和砂滤池出水作为膜进水时的不可逆吸附污染的临界通量值明显高于原水,为原水的1.7～2.0倍.从膜的不可逆吸附污染速率和污染量的形成方面考虑,改性的PVC超滤膜在高于不可逆吸附污染临界通量下运行,原水的不可逆吸附污染速率急剧增大,产生的不可逆吸附污染快速增多;而沉淀池出水和砂滤池出水的不可逆吸附污染速率和污染量的增加可维持在较低的水平.     

MIEX/超滤一体化工艺净化长江原水的研究

水体中的天然有机物是造成超滤膜污染的重要因素。考察了磁性离子交换树脂(MIEX)/超滤膜一体化净水工艺处理长江原水的效果,并通过与超滤膜直接过滤进行比较,探讨了MIEX预处理对去除有机物的影响及控制膜污染的效果。结果表明,与原水直接进行超滤处理相比,组合工艺对CODMn、DOC、UV254的去除率分别提高了40.70%、38.20%和43.90%。MIEX/超滤工艺控制消毒副产物的优势更为明显,对THMFP和HAAFP的去除率分别达62.54%和55.83%。由于MIEX预处理去除了原水中56.72%的疏水性有机物,降低了超滤膜的负荷,延缓了膜表面致密凝胶层的形成,因而减少了膜孔堵塞,可有效控制运行压力的增长速度,延长过滤时间。     

戊二醛交联PVDF/PVA共混超滤膜的制备及其抗污染性

以溶液相转化法制备PVA共混PVDF超滤膜,考察了戊二醛(GA)化学交联反应程度对PVDF/PVA共混超滤膜界面性质、微观构造及其抗污染性能的影响。结果表明:适度的交联反应有利于提高共混膜的机械强度;与超滤膜表面相比,GA交联对PVDF/PVA共混膜内部结构影响甚微; GA交联反应程度过高,会造成PVDF/PVA共混膜表面结构趋于致密,通量下降,但蛋白质截留能力提高,透水稳定性增强; GA交联能有效防止BSA在PVDF/PVA膜面的堵塞污染,减缓BSA过滤过程中的比通量下降率,提高通量恢复率,增强抗污染能力。但GA交联度的选择与PVDF/PVA共混膜组成有关:当原膜结构疏松且PVA含量较低时,宜选择较低浓度的GA溶液且交联时间不宜过长;而原膜结构较为致密且PVA含量较高时,提高GA浓度和增加交联反应时间,则有利于膜内部PVA得到交联,以保证膜结构的稳定性。     

基于Zeta电位法研究腐殖酸对超滤膜的污染

基于Zeta电位法表征膜表面的荷电性能,分析单一腐殖酸或与Ca~(2+)共存下的吸附行为对超滤膜表面Zeta电位的影响及膜通量的变化,深入了解膜与腐殖酸的作用机制,阐释超滤膜污染的作用机理,为表征超滤膜的耐污染性能提供一种新颖的有效手段。结果表明,在中性溶液中,PVDF超滤膜表面ζ0,电性为负;腐殖酸的吸附导致膜通量大幅衰减,同时Zeta电位变化明显,随着腐殖酸浓度的增加,Zeta负电位变大; Ca~(2+)加速了对腐殖酸的吸附,同时中和膜表面所吸附的负电荷,削弱膜与腐殖酸分子之间的静电排斥作用,导致吸附增加,膜通量下降,加重膜污染。     

GO-PVP/PVDF渗透膜的热质传递机理和污染特性

渗透率低和疏水性差是限制渗透膜在膜蒸馏式海水淡化运用中的关键因素。为了提高膜的疏水性且保持高渗透性能，对自制的超疏水氧化石墨烯-聚乙烯吡咯烷酮/聚偏氟乙烯(GO-PVP/PVDF)复合膜进行了热质传递的分子模拟和污染物为腐殖酸(HA)、半胱氨酸(LC)、Ca²⁺的耐污染实验，并通过Materials Studio(MS)软件建立了膜的传热传质模型。结果表明，GO含量越大膜表面的裂纹越少。左右堆叠形态下复合膜的渗透性能最好且热导率最高，上下堆叠形态下膜性能最差。氢键作用能(E_el)为负值，并导致污染物和膜表面的相互作用能为负值，是污染物富集在膜表面的主要作用力。此外，Ca²⁺离子会加重膜污染。     

中空内压超滤膜丝的双端给水运行分析

运用中空内压超滤膜丝的运行数学模型与模拟软件,计算得出了稳定状态与污染状态下膜丝透水系数的衰减程度。明确了稳定状态与污染状态下,膜丝长度和给水温度对膜丝单位通量能耗与通量均衡程度的影响。分析了长膜丝或长组件采用双端给水运行方式,对于提高通量均衡程度的优势。     

MBR处理印染废水的膜污染及清洗研究

膜生物反应器（MBR）是一种新型反应器，处理印染废水时除污效果很显著，但长时间的运行会造成膜的严重污染，为此对A／OMBR（厌氧—膜生物反应器）处理印染废水时的膜污染情况和清洗效果做了研究。结果表明，膜污染主要是由膜表面凝胶层造成的；化学清洗的效果优于物理清洗（化学清洗能恢复膜通量约90％以上，而物理清洗仅能恢复膜通量约70％）；NaOH的清洗效果优于NaOCl。