三维荧光结合荧光区域积分法评估净水厂有机物去除效果

三维荧光光谱技术具有高度的灵敏性,可对水体中的有机物进行有效识别和解析.以三维荧光光谱技术为手段,结合荧光区域积分(FRI)方法,考察长江下游地区某典型净水厂水处理过程中有机物的去除状况.研究结果表明,由于饮用水水源受到轻微污染,原水中有机物构成以芳香性蛋白类、溶解性微生物代谢产物为主,富里酸类有机物的含量比较低.常规水处理工艺对原水中有机物的去除效果有限,而臭氧—生物活性炭深度处理工艺对原水中有机物的去除起主要作用,对芳香性蛋白类Ⅰ、芳香性蛋白类Ⅱ、富里酸类、溶解性微生物代谢产物、腐殖酸类物质的荧光区域标准体积的去除率分别为71.5％、73.8％、63.3％、73.7％、58.7％.三维荧光光谱结合荧光区域积分方法,能够有效监测和分析水体中低浓度有机物的去除情况,可以作为一种有效的技术手段,用于净水厂的日常运行和水质监测.     

不同有机物组分对膜污染影响的中试研究

采用粉末活性炭、混凝沉淀和超滤膜联用的技术对某低浊湖水进行中试研究。试验结果表明,采用的超滤膜及其工艺系统不仅能有效地去除浊度及悬浮颗粒,还可将CODMn由4.17mg/L降至3mg/L以下。试验将有机物分离为强疏水、弱疏水、极性亲水和中性亲水四种组分,研究不同组分对膜污染的影响。试验结果显示,预处理和超滤膜能有效去除疏水性和极性亲水性有机物,但对中性亲水性有机物的去除效果较差。反冲洗能有效清除累积在膜内的疏水性和极性亲水性有机物,但难以清洗中性亲水性组分。药剂清洗可有效去除中性亲水性有机物。疏水组分造成膜的可逆污染,而中性亲水组分导致膜的不可逆污染。三维荧光分析表明,造成不可逆污染的有机物主要在Ex238/Em345区域响应。     

PAC-MBR组合工艺中膜污染及清洗方法的研究

对粉末活性炭 膜生物反应器 (PAC MBR)组合工艺处理微污染水源水过程中的膜污染进行了分析 ,并对膜清洗方法进行了研究。扫描电镜观察表明 ,由活性炭、活性污泥等相互粘结形成的凝胶层是膜外表面的主要污染物 ,而膜内表面污染不明显。采用曝气清洗、超声波清洗、NaClO碱洗、HCl酸洗可有效地使污染膜的通透性能最终恢复到 95 %以上。其中超声波清洗可使膜比通量恢复 5 4 %,碱洗可进一步恢复 38%。各级洗脱液分子量分布测定结果表明 :曝气洗脱液中分子量大于2 0 0 0 0的有机物约占 70 %;而超声波主要去除的是分子量小于 4 0 0 0的有机物 ;碱洗脱液去除的UV2 54 占化学清洗总量的 92 %。通过清洗效果分析 ,有机污染是造成膜污染的主要原因。     

UF与PAC-UF工艺的微生物去除及消毒效能研究

研究对比了UF工艺与PAC-UF工艺在不同运行阶段的除污染和微生物截留效能,采用微生物和余氯等指标初步分析了超滤出水中微生物增长的可能原因及影响因素,以及PAC对超滤出水生物安全性的作用.结果表明,不同运行阶段PAC-UF工艺出水的CODMn和UV254都远低于UF工艺,氨氮的去除率也较高,但积累了较多的亚硝酸盐氮.两种工艺在启动运行阶段和膜清洗后运行初期的消毒效果较好,长时间运行过程可造成超滤出水微生物数量增加,影响消毒效果.PAC-UF工艺出水的细菌总数和大肠菌群数小于UF工艺,在相同加氯量时消毒效果更好.在运行初期,PAC-UF工艺出水的余氯高于UF工艺,运行后期会出现余氯低于UF工艺现象.微生物指标和余氯保持的情况表明,两种工艺出水的最佳加氯量均为1 mg/L.     

新型超滤系统的除污染效能及膜污染控制中试研究

构建了一种新型的超滤系统,利用运行膜组产水作为反冲洗膜组供水,取消了反冲洗水泵及反冲洗水箱,简化了超滤反冲洗系统;研究了NaCl反冲洗和NaClO反冲洗等强化水力反冲洗措施的膜污染控制效果。研究结果表明,不同膜通量条件下新型超滤中试系统具有极佳的除浊效能,对COD_(Mn)、DOC和UV_(254)等有机物均有一定的去除效果。提高膜通量可使跨膜压差增长速率增加,膜比通量下降速率加快,不可逆膜污染程度更加严重。腐殖酸类物质造成的是可逆膜污染,可通过常规水力反冲洗进行有效控制;蛋白质类有机物是造成不可逆膜污染的主要原因,采用NaCl反冲洗或NaClO反冲洗均可不同程度减轻蛋白质类有机物造成的不可逆膜污染,NaClO反冲洗可更有效地洗脱大分子溶解性蛋白质类物质。与常规反冲洗相比,NaCl反冲洗和NaClO反冲洗可以更有效地洗脱相对分子质量小于1 000和大于100 000的DOC。     

膜组合工艺处理高藻水的试验研究

针对太湖高藻的水质特点,研究膜处理工艺应对高藻的能力及其缓解膜污染的效果。太湖水有机物主要来源于藻类的新陈代谢产物,而且悬浮颗粒性有机物所占比例较高。试验结果表明,膜以及膜组合工艺可有效去除浊度、藻类和有机物。单独采用超滤膜可造成严重的膜污染,但采用化学强化反洗措施仍可保证膜过滤的稳定运行。采用混凝和粉末活性炭作为预处理可以有效去除有机物和缓解膜压差的上升。对膜污染机理的研究表明,预处理可有效去除大分子有机物,从而有效缓解可逆污染;但对中小分子有机物的去除效果有限,很难有效抑制不可逆污染。导致不可逆污染的主要污染物是强疏水和中性亲水组分。     

强化传统工艺处理微污染水源水的试验研究

作者采用净水药剂或材料与传统工艺的强化组合工艺处理微污染水源水,试验表明:三种强化组合工艺不同程度地提高了传统工艺去除有机物的能力,其中粉末活性炭组合工艺的去除效果最佳;传统工艺出水中仍含有一定量的有机污染物和致突变物质,严重影响了饮用水的安全性;颗粒活性炭及粉末活性炭组合工艺均能明显减少原水中的有机污染物及致突变活性;高锰酸钾组合工艺不能有效去除水中有机污染物,其出水的致突活性明显高于传统工艺出水.因此,对于微污染水源水中有机污染物及其致突变活性的控制,颗粒活性炭与粉末活性炭组合工艺是有效可行的.     

天然有机物引起的超滤膜污染研究进展

天然有机物(NOM)在多种地表环境介质中广泛存在。超滤(UF)膜有去除水体中胶体物质、部分细菌及病毒等优势,但NOM所带来的膜污染会限制UF技术广泛应用。在阐述天然有机物来源、特性及去除工艺的基础上,从亲疏水性能、分子量大小和表面荷电性能3方面,分析了NOM性质对超滤膜污染的影响。从优势污染物的确定、膜面有机污染物类型的解析、污染层形态特征的分析及微观相互作用力的表征4个层面,综述了天然有机物引起的超滤膜污染的研究现状,并对超滤膜污染机理研究的方向进行了展望。研究成果可为缓解NOM对UF膜的污染提供理论支撑。     

粉末活性炭去除原水中阿特拉津突发污染的研究

利用中试装置研究了水源水阿特拉津突发污染的应急处理措施.试验结果表明:常规工艺不能有效去除原水中的阿特拉津,投加粉末活性炭(PAC)可有效去除阿特拉津,确保出水达到水质标准的要求;PAC投量为50 mg/L时,可使初始浓度为200 μg/L的阿特拉津降低到2 μg/L以下;KMnO4与PAC联用的去除效果比单独使用PAC略有改善但并不显著,预氯化则会降低PAC对阿特拉津和UV254的去除率.     

水中腐殖酸的危害及去除方法

腐殖酸类物质是天然有机物的重要组成部分,它的分子结构中含有大量的活性基团,使得它在水溶液中呈现一定的物理化学性质,这些性质导致了腐殖酸对水体的危害:如增加了微污染物在水中的溶解度;与氯气生成多种卤化物和消毒副产物;抑制微囊藻毒素的降解;造成水体酸化。对于腐殖酸类物质的去除目前主要的方法有:膜滤法、活性炭吸附法、臭氧氧化、强化混凝法等。其中强化混凝技术被认为是最有效的处理方法。     

一体式膜生物反应器膜污染防治理论研究

从理论上分析了一体式膜生物反应器内曝气量与污水流量、反应器设计高度、主副腔过流面积的关系,膜外污染错流临界流速与抽吸压力及主腔宽度的关系,膜管内污染的临界速度与膜管径、膜壁吸力的关系,并得出采用化学方法消除膜污染的原理。     

The membrane fouling simulator: a suitable tool for prediction and characterisation of membrane fouling.

A new tool--the Membrane Fouling Simulator (MFS)--is developed to measure membrane fouling (pressure drop increase) in a small and simple system, representative for spiral wound membranes applied in water treatment. With the MFS, fouling development can be monitored systematically by (i) pressure drop, (ii) in situ and non-destructive (visual) observations using the sight glass and (iii) analysis of coupons sampled from the membrane sheet in the MFS. A comparison study of the MFS with spiral wound membrane elements (test rigs and a full scale installation) showed the same fouling. The MFS provided reproducible data. The small size and low water and chemical use of the MFS facilitate to perform systematic parallel studies. With the MFS, fouling of membranes applied in water treatment can be characterised.     

延缓膜生物反应器膜污染的技术措施探讨

膜生物反应器(MBR)是膜分离技术和污水生物处理技术有机结合产生的一种新型污水处理工艺,与传统污水处理工艺相比具有很多优点,但膜污染是限制膜生物反应器广泛应用的关键因素.介绍了膜污染的定义,系统论述了膜污染的研究进展,着重从改良膜的性质,改善污泥混合液的特性和优化膜分离操作条件3个方面介绍了国内外有效延缓膜污染的技术措施.     

混凝防止膜污染的研究

试验主要研究混凝改善膜通量和防止膜污染的效果。试验的每个工况均为0.1MPa过滤压力,连续膜过滤8h,观察膜通量的变化情况。结果表明:在直接过滤原水的情况下,反冲洗后的膜通量恢复率仅为初始通量的40%;而投加了混凝剂4mg/L和10mg/L(以Al计)后,反冲洗后的膜通量得到了完全的恢复。混凝防止膜污染取决于过滤过程在膜表面形成的滤饼层的性能。在过滤混凝液的情况下,膜表面会形成滤饼层,从而有效地防止膜污染,而在过滤上清液的情况下,无法被混凝去除的中性亲水性的有机物沉积在膜表面,造成膜污染。     

改性对PVDF膜生物处理性能和膜污染的影响研究

膜污染是MBR工艺在污水处理方面应用的瓶颈,通过对PVDF微滤膜表面进行亲水改性,可以有效缓解膜污染.主要从有机物、氨氮、总氮等污染物指标的去除效果研究膜表面亲水改性对PVDF膜生物处理性能的影响,从系统运行时膜压差变化情况研究膜表面亲水改性对膜污染的影响.研究结果表明,膜表面亲水改性提高了膜的生物处理效果,也大大改善了膜污染情况,改性前膜运行25 d需进行清洗,改性后可连续运行45 d.     

投加活性炭膜污染控制的研究

比较了不同粒径(20～40目、40～60目、80目、100～150目)的活性炭对膜生物反应器减缓膜污染的效果,粒径确定后比较不同投加量(0、1g/L、2g/L)对膜生物反应器膜通量的影响,结果表明:粒径过大或过小都不利于减缓膜污染,本试验适宜的活性炭粒径为40～60目;1g/L的颗粒活性炭膜通量下降比较缓慢,2g/L的活性炭反而会加剧膜污染。活性炭减缓膜污染的主要原因是改善了活性污泥混合液的性能,阻碍污泥层在膜面的形成。     

PVDF 膜污染及清洗试验研究

考察了采用膜混凝反应器处理滦河原水后膜污染情况及几种清洗方法。试验结果表明膜污染主要由铁污染和有机污染组成,碱洗能去除大部分的有机污染,而无机污染主要由酸洗去除。为使系统在较高通量下长期稳定运行,需依靠定时在线化学清洗及时恢复跨膜压力,在长期运行中持续投加1200mg/L次氯酸钠及时清除有机污染,当跨膜压力较高时再投加1.5%盐酸执行一次。进行化学清洗时氢氧化钠、次氯酸钠和盐酸三种清洗剂结合清洗效果很好,此外,水温、加药量及清洗时间是决定化学清洗效果的重要因素。     

Quantitative analysis of biological effect on membrane fouling in submerged membrane bioreactor.

The objective of this study is to investigate solids concentration and extracellular polymeric substance (EPS) effects on the membrane fouling in the submerged membrane bioreactor. The relationship between the solids retention time (SRT) and the amount of EPS is observed in three lab-scale MBRs. Additionally, the EPS effect on membrane fouling is quantified by calculating the specific cake resistance (alpha) using an unstirred batch cell test. By observing the sludge over a long period under various SRT scenarios, a wide range of EPS and membrane fouling data is obtained. These observations provide sufficient evidence of the functional relationship between SRT, EPS and alpha. As SRT decreases, the amount of EPS bound in sludge floc becomes higher in the high MLSS condition (> 5,000 mg/L). The amount of EPS in the sludge floc has positive influence on alpha. A sigmoid trend between EPS and alpha is observed and the functional relationship obtained by dimensional analysis is consistent with the experimental results.     

Characteristics of membrane fouling in submerged membrane bioreactor under sub-critical flux operation.

Recently, the membrane bioreactor (MBR) process has become one of the novel technologies to enhance the performance of biological treatment of wastewater. Membrane bioreactor process uses the membrane unit to replace a sediment tank, and this can greatly enhance treatment performance. However, membrane fouling in MBR restricts its widespread application because it leads to permeate flux decline, making more frequent membrane cleaning and replacement necessary, which then increases operating and maintenance costs. This study investigated the sludge characteristics in membrane fouling under sub-critical flux operation and also assessed the effect of shear stress on membrane fouling. Membrane fouling was slow under sub-critical flux operation. However, as filamentous microbes became dominant in the reactor, membrane fouling increased dramatically due to the increased viscosity and polysaccharides. A close link was found between membrane fouling and the amount of polysaccharides in soluble EPS. The predominant resistance was the cake resistance which could be minimized by increasing the shear stress. However, the resistance of colloids and solutes was not apparently reduced by increasing shear stress. Therefore, smaller particles such as macromolecules (e.g. polysaccharides) may play an important role in membrane fouling under sub-critical flux operation.     

人工智能在膜污染研究中的应用进展

近年来,随着人工智能(A I)的蓬勃发展,已被广泛应用于诸多领域(医学、金融、机器故障诊断等)来模拟、预测及解决实际问题.膜分离技术作为化工领域中一项重要的分离技术,已被广泛用于废水处理及水资源回用等领域.为促进膜分离技术的大规模实际应用,大量研究致力于基于AI实现膜分离过程的模拟、膜污染特征参数的预测及膜污染的控制.首先介绍了不同AI技术的概念、结构及实现过程,然后分别讨论了人工神经网络(ANNs)、模糊逻辑(FLs)、遗传编程(GPs)及智能算法在膜分离过程的模拟、膜污染特征参数的预测及膜污染的控制等方面中的应用,最后对今后的研究方向进行了展望,以期为后续的研究提供帮助.