正渗透膜生物反应器运行过程中溶质反渗对微生物群落的影响

以氯化钠为驱动溶质,采用正渗透膜生物反应器(forward osmosis membrane bioreactor,FOMBR)处理生活污水,考察其在运行过程中溶质反渗对系统内微生物群落造成的影响。稳定运行状态下的第7、14、20天的混合液污泥样品分别称为A1、A2、A3,并对微生物群落物种丰度、群落结构、聚类等进行了分析。结果表明:正渗透膜生物反应器运行20 d内水通量从9.5 L/(m~2·h)下降到8.17 L/(m~2·h),反向盐通量从29.52 g/(m~2·h)增加到35.06 g/(m~2·h)。整个运行过程中溶质反渗对微生物群落结构的变化有着一定的影响,3个样品共产生1496个OTUs,各样品间共享的OTUs不尽相同;溶质反渗对3种样品的微生物群落多样性、菌群丰度等影响较小。PCA分析中A2和A3两个样品距离更近,组成更相似,热图聚类分析再次验证A2与A3相似性更高;3个样品斜率较小且非常接近,并且A1和A3两个样品所含物种的丰富程度和均匀程度几乎一样;3个样品的活性污泥群落结构在门、纲、目分类水平上均具有较高的多样性,各分类水平上的菌群丰度存在一定的差异。     

基于六偏磷酸钠-Fe2+的铁盐脱氮反应器运行性能及微生物学特征研究

以实验室高效反硝化反应器中的反硝化污泥作为接种污泥,启动自养型六偏磷酸钠-Fe²⁺脱氮反应器,试验采用模拟废水通过88 d的不间断运行,研究了铁盐脱氮工艺的脱氮效能及其微生物学特性。结果表明,当反应器硝态氮容积负荷为0.42 kg/(m³·d)时,最高稳定氮去除负荷为0.41 kg/(m³·d);当Fe²⁺容积负荷为4.92 kg/(m³·d)时,最大铁去除负荷为2.77 kg/(m³·d)。反应器稳定运行时硝态氮、Fe²⁺的去除率分别达94.6%、52.6%,最佳效能可维持28 d。反应器运行到第82天时,颗粒污泥由黄色变为灰褐色,颗粒解体,污泥比活性逐渐升高,比反硝化活性由0.71 mg[N]/(g[VSS]·h)升高到2.3 mg[N]/(g[VSS]·h),同比上升224%;比铁氧化活性由7.3 mg[Fe]/(g[VSS]·h)升高到15 mg[Fe]/(g[VSS]·h),同比上升105%。六偏磷酸钠-Fe^2+<...     

膜法在某核电站海水淡化系统中的设计应用

海水淡化技术是解决核电站淡水资源缺乏的一个重要途径。针对某核电站10 000 m³/d海水淡化系统的要求,采用“原水预处理(混凝沉淀+V型滤池)+反渗透预处理(超滤)+脱盐(两级反渗透)+后处理(矿化处理)”的处理工艺。其中混凝沉淀池总处理水量为1 800 m³/h;V型滤池滤速为9 m/h;超滤系统平均膜通量为72.9 L/(m²·h),回收率≥92%;一级反渗透系统平均膜通量为13.79 L/(m²·h),回收率45%,脱盐率≥99.3%;二级反渗透系统A平均膜通量为29.31 L/(m²·h),回收率85%,脱盐率≥97%;二级反渗透系统B平均膜通量为27.18 L/(m²·h),回收率85%,脱盐率≥97%;反渗透产水经过矿化设备,产水水质稳定能满足《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)的要求。该系统其运行成本为4.57元/m³。     

真空膜蒸馏分离乙醇溶液试验研究

采用真空膜蒸馏装置处理乙醇溶液,探究采用真空膜蒸馏浓缩高浓度乙醇溶液时的膜蒸馏效能及可行性,考察进料温度、进料乙醇浓度等因素对膜蒸馏效能的影响。结果表明,温度能显著提高膜通量,当温度从50℃上升至75℃时,膜通量从3.90 kg/(m²·h)增加至19.90 kg/(m²·h),乙醇通量从1.84 kg/(m²·h)增加到9.17 kg/(m²·h);随着进料乙醇浓度的增加,膜通量与乙醇通量均升高。在浓缩时间为2.0～2.5 h时,高浓度乙醇溶液的膜蒸馏浓缩分离过程运行稳定,在浓缩时间超过2.5 h后,出水通量有增加的趋势,出水乙醇质量分数和分离比有下降的趋势,且膜面上出现浸润点,经试验分析可知膜发生浸润现象是由于管道和膜组件的材质在高温、高浓度下的乙醇溶液中不稳定所致,后续可应用其他材质的膜组件以及耐高温的新型膜材料进行处理。     

悬浮载体结垢对CANON-MBBR系统影响及恢复控制探究

针对CANON-MBBR（completely autotrophic nitrogen removal over nitrite-moving bed biofilm ractor）工艺悬浮载体出现的结垢现象，验证了结垢的主要成分及产生原因，采用EDTA-2Na（乙二胺四乙酸二钠）进行除垢，并采取了结构预防措施。结果表明，结垢原因为系统高pH引起碳酸钙生成并附着于悬浮载体上。投加20 mg·L^-1 EDTA-2Na后结垢现象随反应器运行逐渐消失，系统总氮去除负荷在80 d内由0.27 kg N·(m³·d）^-1恢复至0.83 kg N·(m³·d）^-1,恢复率接近100%，针对曝气情况下反应器高度与系统碱度吹脱程度存在负相关，为防止碱度吹脱造成系统pH上升引起结垢，对反应器池体进行加高，系统pH降至正常水平，有效防止了结垢的生成，系统负荷保持稳定。对反应器各阶段微生物进行高通量测序分析，结果显示悬浮载体结垢导致功能微生物及种群多样性下降，结垢消除后功能微生物丰度再次上升，最终AOB及AnAOB丰度分别达到11%和23%，群落多样性略微下降，物种均一化程度趋于稳定。     

PAM汲取液制备及FO浓缩模拟城市污水可行性

通过共沉淀法制备了超顺磁性纳米颗粒，并利用聚丙烯酰胺对其改性，制备了新型正渗透汲取液Fe₃O₄@PAM，探究其正渗透浓缩模拟城市污水的可行性。通过SEM、FTIR、XRD和VSM等技术对改性前后的磁性纳米颗粒形貌结构进行表征，表明PAM可很好地负载在Fe₃O₄表面。PAM、MNPs和Fe₃O₄@PAM汲取液在相同FO运行条件下，Fe₃O₄@PAM汲取液的水通量最大，为5.1 L/(m²·h);AM(PAM的前聚体)/MNPs在质量比分别为3、2.5、2、1.5时制备改性磁纳米颗粒，质量比为3制备的20 g/L的Fe₃O₄@PAM水通量最大，为7.7 L/(m²·h)；当Fe₃O₄@PAM(3∶1)的浓度从10 g/L增加至70 g/L时，水通量从4.3 L/(m²     

混凝沉淀-HBF-二级软化沉淀处理航天炉煤气化废水

结合废水特点与用户需求,将“混凝沉淀-生物固定膜复合(HBF)工艺-二级软化沉淀”组合工艺应用于煤化工综合废水(航天炉煤气化废水为主)的处理中。该工程案例中,乙二醇废水预处理新型高效厌氧脱氮生物反应器(ADN反应器)设计NO₃^--N容积负荷为1.27 kg NO₃^--N/(m³·d),上升流速为2 m/h,停留时间为15.1 h;综合废水处理系统中,一级缺氧池设计TN容积负荷为0.8 kg TN/(m³·d),一级好氧池设计COD_Cr容积负荷为0.8 kg COD_Cr/(m³·d),一级好氧池设计氨氮容积负荷为0.2 kg氨氮/(m³·d)。运行结果表明,该组合工艺对煤化工综合废水的处理效果稳定。经处理后的出水COD_Cr<45 mg/L、TN<30 mg/L、氨氮<5 mg/L,出水水质满足《石油化学工业污染物排放标准》(GB 3...     

基于MXene中间层的复合纳滤膜制备及其盐水分离性能研究

通过湿法化学刻蚀得到单层MXene纳米片后，采用旋涂法将MXene纳米片负载至基膜上作为中间层制备聚酰胺复合纳滤膜，并探讨了MXene不同负载浓度对复合纳滤膜通量及盐截留性能的影响。结果表明引入MXene作为中间层，使得圆泡状形貌在所得膜表面形成，当旋涂1 mL浓度为0.1 g/L MXene时，通量为24.2 L/(m²·h)，硫酸钠截留率为97.4%，相比传统膜(通量12.9 L/(m²·h)，硫酸钠截留率96.3%)性能提升明显。随着MXene旋涂负载浓度增加，通量逐渐减小，而硫酸钠截留率则存在先增加后减小再稳定的趋势，截留率最高可达98.8%(通量16.3 L/(m²·h))。     

不同波纹壁面微细通道沸腾曲线及沸腾起始点研究

为了探究不同壁面微细通道内质量通量对沸腾起始点的影响,利用计算机数控技术制得3种不同波纹壁面的微细通道,以R141b为实验工质,在入口温度为33℃、压力为60kPa的工况下,调节加热板的功率,在质量通量为203.75kg/(m²·s)、255.68kg/(m²·s)、307.61kg/(m²·s)、358.59kg/(m²·s)和409.57kg/(m²·s)的条件下分别测定3种不同波纹壁面沸腾曲线。通过分析3种微细通道不同质量通量下的沸腾曲线,归纳ONB点的过热度和热通量变化规律,进一步比较在同一质量通量下不同壁面微细通道的沸腾曲线,分析波纹壁面沸腾起始点的过热度减小的原因,最后将实验值与现有的ONB预测模型进行对比,发现Hsu模型预测效果整体较好,但该模型没有关联质量通量因素,本文对3种波纹壁面不同质量通量作用下ONB预测模型进行了研究。研究结果表明：同一种壁面微细通道,随着质量通量增大,ONB点壁面过热度减小;相同质量通量下普通微细通道ONB点的过热度最高,正弦微细通道次...     

基于响应面法光热-光电膜蒸馏系统优化研究

设计并搭建了太阳能光热-光电方腔型膜蒸馏系统,为研究该系统机理与优化问题,首先以料液进口温度、流量、太阳辐照度为影响因子,膜通量、能耗为响应值,采用响应面法分析各影响因子与响应值间的关系;其次结合中心复合设计法设计实验工况,建立响应值与影响因子的二次多项式回归模型,通过方差分析、实验验证对所建立的模型进行可靠性分析;最后对响应值进行响应面分析与系统优化,获得了系统最佳运行工况和最优膜通量、能耗值,并进行了实验验证。结果表明,系统最佳工况为：料液进口温度为63℃,料液进口流量为232 L/h,太阳辐照度为700 W/m²,在此工况下实际膜通量达到7.28 L/(m²·h),高于预测值6.39 L/(m²·h),两者误差为12.23%,对应的能耗值为10.40 L/(kW·h)。     

Forward-osmosis strategy and chemical cleaning of seawater desalination reverse osmosis membranes

In order to settle the membrane fouling of reverse osmosis membranes in seawater desalination process, this study reported a novel strategy based on forward-osmosis process and discussed the effects of different factors like different cleaning combination among reverse osmosis product, simulated reverse osmosis concentrate and simulated seawater, as well as cleaning time on the membrane permeate flux and salt rejection. For irreversible fouling, the effects of different chemical cleaning agents, immersion time and concentration were also investigated in this study. The results exhibited that the cleaning combination between diluted water and simulated reverse osmosis concentrate possessed the best cleaning performance in the process of forward-osmosis cleaning. Such approach also enhanced normalized flux from 9.48 L/(m²·h·MPa) to 13.6 L/(m²·h·MPa) and enhanced NaCl rejection from 80.59% to 92.80%. Furthermore, the normalized flux was enhanced from 9.48 L/(m²·h·MPa) to 14.3 L/(m²·h·MPa) and NaCl rejection was also enhanced from 80.59% to 96.27% after soaking in 2%(mass) citric acid solution for 2h, soaking with 1%(mass) ethylenediamine tetra-acetic acid tetrasodium salt and 0.3%(mass) sodium tripolyphosphate solution for 1.5 h. According to the result of SEM images and AFM images, the forward-osmosis cleaning strategy could not cause the damage of selective layer of membrane surface and caused the drop of inorganic and organic fouling on the membrane surface. Hence, cleaning fouled RO membranes by such approach could prolong the chemical cleaning cycle and reduce the amount of chemical cleaning agent, which has certain industrial application perspectives.     

正渗透策略和化学清洗海水淡化反渗透膜

为解决海水淡化过程中反渗透膜的污染问题,研究了基于正渗透策略的反渗透产水、模拟反渗透浓水、模拟海水不同的组合清洗和清洗时间对膜通量和截留率的影响。针对不可逆污染,研究了不同化学清洗药剂、浸泡时间、浓度对膜通量和截留率的影响。结果表明,正渗透策略清洗方式中,淡水/模拟反渗透浓水的组合清洗方式效果最佳,其归一化通量从9.48 L/(m²·h·MPa)提升至13.6 L/(m²·h·MPa),截留率从80.59%提升至92.80%。此外,经质量分数为2%的柠檬酸溶液浸泡2 h后,再使用质量分数为1%的乙二胺四乙酸四钠盐和0.3%的三聚磷酸钠溶液浸泡1.5 h,其归一化通量从9.48 L/(m²·h·MPa)提升至14.3 L/(m²·h·MPa),截留率从80.59%提升至96.27%。从SEM和AFM图可以看出,正渗透清洗策略并未对膜表面选择层造成损坏,且可以清洗膜表面的有机污染物和无机污染物,因此,应用这种方法对污染的反渗透膜进行清洗,可延长化学清洗周期,减少化学清洗剂用量,具有一定的工业应用前景。     

乙烯基桥联有机硅膜的羧基化改性及反渗透性能研究

利用1,2-二(三乙氧基硅基)乙烯(BTESEthy)和硫代苹果酸(MSA)的巯基-烯点击反应对桥联有机硅进行羧基化改性,以管式α-Al₂O₃微滤膜为支撑体制备羧基官能化的桥联有机硅膜。通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、激光粒度仪(DLS)、智能重量分析仪(IGA)和扫描电镜(SEM)等对膜结构和表面性质进行了表征。量子化学计算表明羧基化改性的有机硅网络拥有更加致密的孔结构和更高的水亲和力。将改性的BTESEthy-MSA膜用于反渗透脱盐,系统考察了BTESEthy-MSA膜反渗透脱盐性能。实验结果表明,与BTESEthy膜相比,羧基化改性的BTESEthy-MSA膜的水渗透率和盐截留率均有所提高。同时,BTESEthy-MSA膜表现出优异的水热稳定性和耐氯性能。在250 h的长期反渗透测试中,BTESEthy-MSA膜的水渗透率高达3.2×10^-13 m³/(m²·s·Pa),NaCl截留率始终保持在94.7%以上。     

具有三维聚酰胺脱盐网络结构的无纺布复合正渗透膜

利用间苯二胺（MPD）和均苯三甲酰氯（TMC）,直接在聚酯无纺布（NV）织物的多孔空间中进行界面聚合,形成大通量无纺布复合正渗透（NVC-FO）膜。NVC-FO膜在无纺布内部形成的多层次三维（3-D）聚酰胺结构,分布在30~50μm深的聚对苯二甲酸乙二醇酯支撑材料的内部。这种相对松散的有深度的3-D聚酰胺网络,不仅透水表面积大,而且可以避免薄层聚酰胺缺陷导致的高漏盐性,有较低的反向盐通量。进一步研究发现,在一定范围内降低单体质量分数（MPD 1%~0.01%,TMC 0.5%~0.005%）,可以形成更宽广的3-D聚酰胺网络结构,在保持较低的反向盐通量的同时得到更高的水通量。使用1mol/L NaCl作为汲取溶液,优化的NVC-FO膜水通量最高可以达到193.54L/(m²·h),反向盐通量为0.047mol/(m²·h)。采用加压正渗透实验,发现这些高通量NVC-FO膜的盐穿透破裂压力在200~1400Pa之间,而且证实了降低单体质量分数会导致膜的耐压性能显著降低。尽管NVC-FO膜的耐压性能有待提高,但是该研究有可能为构建高脱盐性能的FO膜提供一条新的思路。     

Ultrafiltration membrane cleaning technology and mechanism based on seawater desalination pilot equipment

In order to clean the ultrafiltration membrane in the process of seawater desalination, this paper studied the cleaning effects of backwash water and chemical agents on the ultrafiltration membrane by using the ultrafiltration pilot equipment. Effects of different backwash water on the transmembrane pressure difference were studied. The results showed that the cleaning effect was in the order of fresh water (tap water) > ultrafiltration water > reverse osmosis concentrated water. In addition, cleaning effect was as follows: citric acid > oxalate > hydrochloric acid > sodium hypochlorite > sodium hydroxide. Citric acid had the best cleaning effect, and the pure water penetration rate could be restored from 283.24 L/(m²·h) to 571.56 L/(m²·h). Moreover, the effect of alkali washing and acid washing together is better than that of cleaning alone. After cleaning with sodium hydroxide and then citric acid, the pure water transmission rate can recover from 283.24 L/(m²·h) to 818.81 L/(m²·h). The results of this study have a good application prospect for the maintenance of ultrafiltration membrane in seawater desalination.     

基于海水淡化中试的超滤膜清洗工艺及机理

为了对海水淡化过程中的超滤膜进行清洗,利用超滤中试设备研究了反洗水和清洗药剂对超滤膜清洗的效果。分别研究了不同的反洗用水对于跨膜压差的影响,结果表明,清洗效果：淡水（自来水）>超滤产水>反渗透浓水。另选用不同的酸性清洗剂与碱性清洗剂进行清洗,结果表明,清洗效果：柠檬酸>草酸>盐酸>次氯酸钠>氢氧化钠,柠檬酸清洗效果最好,纯水透过速率可从283.24 L/(m²·h)恢复至571.56 L/(m²·h)。此外,实验证明碱洗+酸洗效果优于单独清洗效果,先用氢氧化钠清洗,再用柠檬酸清洗,纯水透过速率可从283.24 L/(m²·h)恢复至818.81 L/(m²·h)。本研究成果对于海水淡化过程中超滤膜的维护具有较好的应用前景。     

Composite melamine-formaldehyde-furfuralcohol copolymerization membrane for reverse osmosis

The preparation and performance of the new composite reverse osmosis membrane were investigated. The ultrathin semipermeable barrier of the composite melamine-formaldehyde-furfuralcohol copolymerization membrane for reverse osmosis is formed on the porous surface of polysulfone support membrane by copolymerization between melamine-formaldehyde prepolymer and furfuralcohol under sulfuric acid catalyst. In the condition of operation pressure 20 kg/cm² and concentrated water flux 20 L/h, the membrane has 95% rejection and 0.3 m³/m².d flux for 1500 ppm aqueous sodium chloride. The factors affecting the reverse osmosis performance of the composite membrane, such as amount of the prepolymer and catalyst, the temperature of the polymerization and the properties of additives etc, were investigated.     

回流固定床臭氧催化氧化煤化工反渗透浓水

设计了一种具有回流的固定床臭氧催化氧化反应装置,对浸渍法制得的α-Fe₂O₃/γ-Al₂O₃催化剂的性能进行了表征,并利用其在回流固定床反应装置中对煤化工反渗透浓水的臭氧催化氧化性能进行了研究。结果表明：α-Fe₂O₃/γ-Al₂O₃的比表面积、平均孔径、总孔容和活性组分α-Fe₂O₃含量分别为161.74m²/g、10nm、0.4533cm³/g和8.73%。反渗透浓水COD去除率随催化剂装填高度、臭氧投加浓度和过氧化氢投加量的增加而均呈现为先增加、后降低的变化趋势,回流可显著地提高废水COD去除率,适宜的催化剂装填高度、臭氧投加浓度、过氧化氢投加量和回流比分别为350mm、300mg/L、150mg/L和50%,臭氧催化氧化反渗透浓水的COD去除率达74.33%。煤化工反渗透浓水中大部分溶解性有机物和腐殖酸类物质均被臭氧催化氧化分解。     

Lithium-based draw solute for forward osmosis to treat wastewater discharged from lithium-ion battery manufacturing

As draw solute is the core element of forward osmosis (FO) technology, here Li-Bet-Tf₂N synthesized from a customized ionic liquid betainium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([Hbet][Tf₂N]) and Li₂CO₃ recovered from lithium-ion battery (LIB) wastes is proposed as a novel draw solute to treat Li⁺-containing wastewater from LIB manufacturing through FO filtration. Having high dissociation ability and an extended structure, Li-Bet-Tf₂N generates a sufficiently high osmotic pressure to drive the FO filtration efficiently along with insignificant reverse solute diffusion. Li-Bet-Tf₂N produces a water flux of 21.3 L·(m²·h)⁻¹ at 1.0 mol∙L^–1 against deionized water, surpassing conventional NaCl and MgCl₂ draw solutes with a higher water recovery efficiency and a smaller solute loss. Li-Bet-Tf₂N induces a more stable and higher water permeation flux with a 10.0% water flux decline than NaCl and MgCl₂ for which the water fluxes decline 16.7% and 16.4%, respectively, during the treatment of 2000 mg∙L^–1 Li⁺-containing wastewater for 12 h. More remarkably, unlike other draw solutes which require intensive energy input and complicated processes in recycling, Li-Bet-Tf₂N is easily separated from water via solvent extraction. Reproducible results are achieved with the recycled Li-Bet-Tf₂N. Li-Bet-Tf₂N thus demonstrates a novel class of draw solute with great potentials to treat wastewater economically.     

双胺“可逆”溶剂强化正渗透脱盐及过程优化

正渗透作为非压力驱动膜脱盐技术,具有能耗低、膜污染轻、水回收率高等优点,其中汲取液的分离回收是整个正渗透技术的关键。本文提出采用双胺(TEPDA,N,N,N’,N’-四乙基-1,3-丙二胺)“可逆”溶剂经质子化-脱碳可逆循环作为正渗透汲取液进行脱盐的策略。首先,使用TEST软件预测发现,相比传统有机溶剂及单胺溶剂(如DMCHA,N,N-二甲基环己胺),TEPDA具有较低的挥发性、较高的安全性和低生育毒性。正渗透实验发现在两种模式下TEPDA的反向通量选择性均高于DMCHA,证明TEPDA具有更好的正渗透效果。同时发现TEPDA汲取液在PRO模式下效果要优于FO模式。通过对操作条件的优化得到TEPDA汲取液的最优操作温度为30℃,最佳流速为500mL/min。在最优条件下对1%(质量分数)的氯化钠溶液进行5h的连续运行发现,TEPDA汲取液在5h后仍能保持6.09L/(m²·h)的正向渗透通量,具有连续运行的稳定性。循环实验也证明了TEPDA具有较好的循环稳定性。上述结果为双胺(TEPDA)“可逆”溶剂应用于正渗透脱盐领域提供了基础的理论指导。