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。     

新型中空纤维空气隙式膜蒸馏用于海水淡化

利用自制的添加隔热管状隔网并呈螺旋缠绕结构编排的中空纤维膜组件进行了空气隙式膜蒸馏(AGMD)海水淡化过程性能研究, 实验以模拟标准海水(质量分数3.5%, 总溶解性固体含量35000 mg·L^-1)为热料液进水, 考察了热料液进水温度、热料液流量、冷凝液进水温度和冷凝液流量对膜通量、造水比和热效率的影响。结果表明, 随着热料液进水温度增加, 膜通量、造水比和热效率均增加;冷凝液进水温度增加, 膜通量下降而造水比和热效率增加;热料液流量增加, 膜通量上升而造水比和热效率明显下降;冷凝液进水流量对膜蒸馏过程性能影响较小。实验过程中产水TDS始终保持在3.0 mg·L^-1以下, 相应的离子去除率高于99.99%, 膜通量、造水比和热效率最高可分别达5.87 L·m^-2·h^-1、5.37和0.943。研究表明, 引入清洁能源取代传统电加热驱动热源将进一步突出膜蒸馏技术的实际应用潜力。     

陶瓷纳滤膜处理淋浴污水及膜的清洗

采用无机陶瓷纳滤膜对淋浴污水进行分离特性试验，重点探讨了膜通量随时间的衰减情况以及操作压差、污水温度和pH值等操作参数对淋浴污水处理效果和膜通量的影响；并就陶瓷膜的污染对膜的清洗方法进行了初步研究。研究结果表明，陶瓷纳滤膜对淋浴污水中COD、TOC和浊度均有一定的去除效果，用水洗＋碱洗＋酸洗的综合清洗方法可以获得较好的清洗效果     

不同纳滤膜在软化浓海水性能方面的研究

选用纳滤膜NF270、DK、DL对浓海水进行实验研究。考察了不同操作压力下3种纳滤膜的透过通量、截留性能和分离系数的变化,从而选出适宜软化浓海水体系的纳滤膜。     

对比分析进水基质浓度对乙醇型和丁酸型发酵制氢系统的影响

以糖蜜废水为基质,将两套厌氧接触式发酵制氢反应器(ACR)出水pH分别控制在4.5～5.0、5.5～6.0的水平,通过逐级提升进水COD浓度方式,系统对比分析基质浓度对乙醇型和丁酸型发酵制氢系统的影响。结果显示,对于乙醇型发酵制氢系统而言,当HRT 6 h,进水COD从5000逐步提升至12000 mg·L^-1时,反应器的产氢效能逐步得到增强,但当COD进一步提升至15000 mg·L^-1时,底物反馈抑制作用开始显现,因而在进水COD为12000 mg·L^-1时,ACR产氢性能最佳,系统的产氢速率、污泥比产氢速率和单位基质氢气转化率分别为68.8 L·d^-1、744.5 ml H₂·(g VSS·d)^-1、2.3 mol H₂·(mol葡萄糖)^-1。对于丁酸型发酵制氢系统而言,当HRT 8 h,在进水COD从5000提升至20000 mg·L^-1过程中,ACR产氢效能总体呈下降趋势,在进水COD为5000 mg·L^-1时,系统的污泥比产氢速率和单位基质氢气转化率最大,分别为159.6 ml H₂·(g VSS·d)^-1、1.0 mol H₂·(mol葡萄糖)^-1。研究结果表明,在进水COD为500～20000 mg·L^-1的运行中,ACR乙醇型发酵系统的产氢效能优于丁酸型发酵制氢系统。     

沉淀-微滤组合工艺处理模拟含碘放射性废水

采用实验室规模的沉淀与膜分离组合工艺处理模拟含放射性I-废水,初始I-浓度约为5 mg·L^-1,Na₂SO₃投加量为40 mg·L^-1,CuCl投加量为260 mg·L^-1。分析考察了不同水温条件下的除碘效果及其他水质参数变化情况和两个膜通量4.17×10^-6 m·s^-1和8.33×10^-6 m·s^-1运行条件下的膜污染情况。运行时间均为168 h,处理含碘离子的废水水量为1540 L。两个膜通量在各自运行期间,平均去除率为94.8%,出水水质较稳定,但是出水的Cu（Ⅱ）离子含量较高,需要增加后续除铜工艺;最终膜比通量分别降至初始膜比通量的65.0%和55.0%,膜组件经物理和化学清洗后SF值分别恢复至初始SF值的90.0%和79.0%。反应结束后两次试验的CF（浓缩倍数）平均值为2.02×10³,试验产生的污泥体积较小。     

ZrO2-TiO2复合纳滤膜在模拟放射性废水中的应用

核工业、核研究及医疗等过程会产生大量的放射性废水,会对环境和生物体造成严重伤害,必须经过合适的处理后才能排放。采用高性能陶瓷纳滤膜处理模拟放射性废水,考察了跨膜压差、pH和离子浓度等操作参数对Co²⁺和Sr²⁺截留性能的影响,并对操作参数进行了优化。所用陶瓷纳滤膜材料为ZrO₂-TiO₂复合材料,截留分子量为500,纯水渗透率为270 L·m^-2·h^-1·MPa^-1。研究表明,陶瓷纳滤膜对Co²⁺和Sr²⁺两种离子的截留率随着跨膜压差的升高而增大,膜的渗透通量随着跨膜压差的增大呈线性增加。pH变化时,截留率在一定pH范围内先降低后升高,在等电点（pH=7）附近达到最小值;pH=3的情况下,两种离子的截留率均达到最高,Co²⁺和Sr²⁺的截留率均在99%以上,而纳滤膜渗透通量保持稳定。离子截留率和渗透通量均随进料浓度的增大而减小,在2000 min的连续循环操作过程中,陶瓷纳滤膜材料的渗透通量及其对Co²⁺和Sr²⁺的截留率均维持在较高水平。陶瓷纳滤膜在放射性废水处理方面展现出了良好的应用前景。     

氧化石墨烯-陶瓷复合纳滤膜的层层自组装制备及其性能

氧化石墨烯（GO）的片层边缘含有 COOH等含氧官能团,因而带负电荷,可以在带正电荷多孔基体上通过层层自组装实现快速沉积。以由3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）修饰的多孔氧化铝管式陶瓷膜为基膜,令GO和聚乙烯亚胺（PEI）以溶液形态在其表面交替沉积实现自组装,继以环氧氯丙烷（ECH）交联之,制备新型氧化石墨烯-陶瓷复合纳滤膜。最佳制备工艺是,PEI浓度5 g·L^-1、pH=9,NaCl浓度0.3 mol·L^-1,GO浓度0.6 mg·ml^-1、pH 4.5,层数2层,ECH用量6.25 ml·L^-1,50℃条件下处理70 min。层数为1～4层的自组装膜在0.6 MPa操作压力下对2 g·L^-1的MgCl₂的截留率分别为90.16%、93.71%、97.54%、92.93%,其中1层自组装膜的渗透通量为21.92 L·m^-2·h^-1。氧化石墨烯-陶瓷复合纳滤膜对4种无机盐的截留率大小为MgCl₂ >MgSO₄ > NaCl >Na₂SO₄,符合典型正电荷纳滤膜的特征。     

利用纳滤膜分离精制饱和卤水的研究

针对饱和卤水直接制碱过程需要去除硫酸根、钙离子、镁离子（SO₄^2-、Ca²⁺、Mg²⁺）等杂质离子的问题,探索了利用纳滤膜分离精制饱和卤水新工艺。通过考察NF270、DL2540、ESNA1 3种类型纳滤膜的透过通量和离子截留率,确定了选用DL2540为实验用膜;分析了DL2540纳滤膜对离子的截留性能和对盐田饱和卤水的分离性能及其对饱和卤水精制的效果。结果表明,增加同离子浓度、降低压力有利于不同价态阳离子、阴离子间的分离,DL2540纳滤膜对盐田饱和卤水中SO₄^2-、Ca²⁺、Mg²⁺截留率分别达到95%以上、30%~50%、30%~70%,对Na⁺、Cl^-截留率均低于15%,进一步证明DL2540纳滤膜具有较好的稳定性和二价离子截留效果,在饱和卤水精制上展示出较好的应用前景。     

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。     

Performance evaluation of polyamide nanofiltration membranes for phosphorus removal process and their stability against strong acid/alkali solution

In this study,a quantitative performance of three commercial polyamide nanofiltration(NF) membranes(i.e.,NF,NF90,and NF270) for phosphorus removal under different feed conditions was investigated.The experiments were conducted at different feed phosphorus concentrations(2.5,5,10,and 15 mg·L~(-1)) and elevated pHs(pH 1.5,5,10,and 13.5) at a constant feed pressure of 1 MPa using a dead-end filtration cell.Membrane rejection against total phosphorus generally increased with increasing phosphorus concentration regardless of membrane type.In contrast,the permeate flux for all the membranes only decreased slightly with increasing phosphorus concentration.The results also showed that the phosphorus rejections improved while water flux remained almost unchanged with increasing feed solution pH.When the three membranes were exposed to strong pHs(pH 1.5 and 13.5) for a longer duration(up to 6 weeks)it was found that the rejection capability and water flux of the membranes remained very similar throughout the duration,except for NF membrane with marginal decrement in phosphorus rejection.Adsorption study also revealed that more phosphorus was adsorbed onto the membrane structure at alkaline conditions(pH 10 and 13.5) compared to the same membranes tested at lower pHs(pH 1.5 and 5).In eonelusion,NF270 membrane outperformed Nf and NF90 membranes owing to its desirable performance of water flux and phosphorus rejection particularly under strong alkali solution.The NF270 membrane achieved 14.0 L·m~(-2)·h~(-1) and 96.5% rejection against 10 mg·L~(-1) phosphorus solution with a pH value of 13.5 at the applied pressure of 1 MPa.     

Potential use of nanofiltration like-forward osmosis membranes for copper ion removal

The discharge of industrial effluent containing heavy metal ions would cause water pollution if such effluent is not properly treated. In this work, the performance of emerging nanofiltration(NF) like-forward osmosis(FO)membrane was evaluated for its efficiency to remove copper ion from water. Conventionally, copper ion is removed from aqueous solution via adsorption and/or ion-exchange method. The engineered osmosis method as proposed in this work considered four commercial NF membranes(i.e., NF90, DK, NDX and PFO) where their separation performances were accessed using synthetic water sample containing 100 mg·L~(-1) copper ion under FO and pressure retarded osmosis(PRO) orientation. The findings indicated that all membranes could achieve almost complete removal of copper regardless of membrane orientation without applying external driving force.The high removal rates were in good agreement with the outcomes of the membranes tested under pressuredriven mode at 1 MPa. The use of appropriate salts as draw solutes enabled the NF membranes to be employed in engineered osmosis process, achieving a relatively low reverse solute flux. The findings showed that the best performing membrane is PFO membrane in which it achieved N 99.4% copper rejection with very minimum reverse solute flux of 1 g·m~(-2)·h~(-1).     

新型还原氧化石墨烯/氮化碳复合纳滤膜制备及其性能

高性能石墨烯基复合膜的制备是目前国际研究热点,但是石墨烯基纳滤膜在脱盐中水通量较低,限制其在脱盐中的应用。采用聚多巴胺(PDA)改性聚砜(PSF)膜为基膜,将还原氧化石墨烯(rGO)和超薄氮化碳(uCN)纳米片通过真空抽滤法在基膜表面自组装制备新型还原氧化石墨烯/氮化碳复合纳滤膜。通过场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X 射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪和X射线光电子能谱仪等研究uCN添加对膜结构和形貌的影响,并考察不同uCN添加比例、rGO用量及压力复合纳滤膜性能变化规律。结果显示当在100 mg·L^-1的rGO中添加uCN为20 mg·L^-1时所制备的rGO/uCN复合纳滤膜不仅保持良好盐离子截留率(对Na₂SO₄截留率85.86%,对NaCl截留率30.17%),且水渗透系数是rGO膜的2.15倍(88.50 L·m^-2·h^-1·MPa^-1)。     

临阈浓度时纳滤膜软化过程中膜面动电现象研究

荷电纳滤（NF）膜在相似浓度范围的进水端主体溶液软化过程中,浓水端的膜面处易出现结垢污染,因此开展临阈浓度条件下膜表面动电现象研究是十分必要的。本文选定DK型NF膜和c_K2SO4：c_CaCl2=1：1的双组分溶液为载体,以CaSO₄·0.5H₂O为典型代表的非碱性难溶垢为研究对象,通过自制的切向流动电位测试系统,分别考察临阈浓度条件下,进水端主体溶液中不同构晶离子浓度（0.5～18 mol·m^-3）、操作压力（25～200 kPa）和不同pH（3.0～10.0）对该NF膜流动电位、Zeta电位和膜表面电荷密度的影响效应。当操作压力恒定为180 kPa且逐渐增加构晶离子浓度（0.5～18 mol·m^-3）时,DK膜面流动电位和Zeta电位绝对值分别从87.37和59.13 mV下降至3.41和36.34 mV,均呈先急剧后缓慢下降的变化趋势。这可能是由于静电屏蔽和扩散层压缩共同作用的结果。而同时膜面电荷密度从13.94 mC·m^-2逐渐增加至34.86 mC·m^-2。研究表明,当NF浓水端膜面处开始出现结垢时,膜表面仍有中低强度的动电现象。     

垃圾渗滤液生化出水絮凝-纳滤处理及过程机理

垃圾焚烧发电厂渗滤液是一种含高浓度腐殖酸类物质和高盐含量的复杂有机废水, 传统生化处理后仍难达标排放。本工作围绕垃圾渗滤液生化出水的特性, 开展了Ca(OH)₂絮凝、臭氧氧化预处理与NF处理相结合的处理工艺, 并对处理过程的机理进行了探讨。研究表明, 渗滤液生化出水经过Ca(OH)₂絮凝处理, 可以有效地去除其中的杂环类化合物。生化出水经8 g·L^-1的Ca(OH)₂絮凝处理后, 比MBR出水产水通量提高达8.2%。对Ca(OH)₂絮凝出水进行臭氧氧化处理, 虽然降低了它的COD, 但并未进一步提高其NF膜通量, 其主要原因可能是臭氧氧化生成的硅氧烷类物质造成了膜的污染;与RO处理垃圾渗滤液生化出水相比较, NF膜无法分离废水中的酮类、胺和酰胺类、杂环类化合物, 使得NF产水的COD处在100~160 mg·L^-1。NF平均膜通量的增大可导致产水COD略有上升;垃圾渗滤液生化出水及其预处理水在NF处理过程中, 都没有表现出严重的膜污染。     

新型准对称无机膜的正渗透去除Cd2+的效能

正向渗透(forward osmosis, FO)是一种以溶液渗透压差为驱动力的新型膜技术。课题组在先前研究中使用微界面溶胶凝胶法制备了一种全新的准对称结构无机薄膜(QSTFI膜), 与传统的有机聚合FO膜相比具有更大的优势。本文考察了QSTFI膜分离去除水中重金属Cd²⁺的效能, 讨论了Cd²⁺浓度、提取液浓度以及膜表面带电性对Cd²⁺去除的影响机制。采用扫描电子显微镜(SEM)表征了QSTFI膜的微观形貌, 使用能量色散光谱(EDS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征了膜的化学组成, 并使用原子力显微镜(AFM)表征膜表面带电特性。结果表明, QSTFI膜表面带负电荷, 能够与液相主体中的Cd²⁺通过静电引力形成双电层结构, 双电层的Debye厚度越大越有利于膜对Cd²⁺的截留。FO实验测试中原液Cd²⁺浓度为10 mg·L^-1的条件下, QSTFI膜对Cd²⁺截留率超过99%, 水通量最大值可达到69 L·m^-2·h^-1(提取液为2.0 mol·L^-1 NaCl)。本研究为拓展FO技术在含重金属废水处理的潜在应用前景提供了理论依据和指导。     

氨基化氧化石墨烯界面聚合制备超薄复合纳滤膜

采用氨基化氧化石墨烯（NGO）为界面聚合水相单体,制备了超薄复合纳滤膜。研究采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）、透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）表征了NGO以及复合纳滤膜的化学组成和形貌。系统考察了水相单体浓度、有机相单体浓度对于制备的超薄复合纳滤膜性能的影响。该超薄复合膜在低压（0.2 MPa）下纯水通量可达27.8 L·m^-2·h^-1,对小分子染料有较高的截留率（甲基橙截留率74.8%,橙黄钠截留率96.0%,刚果红截留率98.5%,甲基蓝截留率99%）,对于无机盐的截留率较低（Na₂SO₄截留率21.4%,MgSO₄截留率10.7%,NaCl截留率5.3%,MgCl₂截留率1.5%）,展现出优异的染料/盐分离性能。同时制备的复合纳滤膜展现了较好的长周期稳定性以及抗污染特性。