土壤—膨润土对金属离子的阻滞性能及机理研究

以K⁺、Ca²⁺和Fe³⁺为研究对象,考察屏障材料Soil-Bentonite (SB)对不同价态金属离子的阻截性能,并对其吸附机理、运移规律和穿透行为进行探讨,为污染场地封存材料设计提供理论依据。研究结果表明:屏障材料SB对不同价态的金属离子的吸附过程快速,且离子价态越高吸附量越大;吸附过程的拟合符合二级吸附动力学和Langmuir-Freundlich方程。K⁺、Ca²⁺和Fe³⁺在SB中渗透时,渗透系数存在极值,离子价态越高则出现极值的时间越短;各种离子在屏障材料中穿透时,离子价态越高,完全穿透屏障墙体所需时间就越短。因此,在污染场地阻截封存时,高价态金属离子的存在会严重影响屏障材料对污染物的阻截性能。     

氧化镁碱激发矿粉-膨润土-土竖向屏障材料阻隔铅污染物的化学渗透膜效应

采用活性氧化镁激发粒化高炉矿粉(GGBS)制备氧化镁激发矿粉-膨润土-土(MSBS)竖向阻隔屏障材料。通过一维土柱化学渗透试验，研究了硝酸铅(Pb(NO₃)₂)污染液浓度对MSBS阻隔屏障材料的阻隔性能参数包括化学渗透膜效率系数、有效扩散系数和阻滞因子的影响规律，对比分析了MSBS、土-膨润土(SB)和膨润土防水毯(GCL)竖向屏障材料的阻隔性能参数的差异特征。结果表明：MSBS屏障材料在Pb(NO₃)₂污染液中表现出明显的化学渗透膜效应，其化学渗透膜效率系数随着Pb(NO₃)₂污染液浓度增加迅速减小。MSBS阻隔屏障材料Pb²⁺的有效扩散系数随Pb(NO₃)₂污染液浓度增大略有增加，但变化幅度明显低于SB屏障材料。MSBS的阻滞因子受Pb²⁺浓度影响不显著，而SB竖向阻隔屏障对于Pb²⁺的阻滞因子则随其浓度增加而显著降低。     

镁离子与腐殖酸对纳滤去除布洛芬的影响

为探究复合污染物对聚酰胺纳滤膜去除布洛芬(IBU)的影响,研究了Mg²⁺、腐殖酸(HA)及二者共存对IBU截留率、膜比通量及膜吸附量的影响,并结合膜表面Zeta电位与扫描电镜(SEM)表征,探索其影响机制。结果表明,当Mg²⁺单独存在且浓度逐渐增加时,IBU截留率显著降低,膜比通量小幅下降,主要归因于静电排斥作用减弱。而当HA单独存在时,IBU截留率在筛分与静电排斥的协同作用下显著提高,在HA浓度为10 mg/L时可达到83.7%,但HA污染层导致了膜比通量的下降。在Mg²⁺与HA共存条件下,膜比通量大幅衰减,IBU截留率随Mg²⁺浓度的增加而呈波动性下降趋势,当Mg²⁺浓度为1 mmol/L时,因静电斥力减弱而导致IBU截留率明显降低;当Mg²⁺浓度增至2 mmol/L时,因筛分作用增强而使得IBU截留率略有升高;当Mg²⁺浓度继续升至8 mmol/L时,因膜表面污染严重,IBU反向扩散受阻,IBU截留率降至最低,由此可知,Mg     

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。     

国内外疏水膜的研究与应用进展

系统综述了近年来国内外利用疏水性膜去除特定污染物及疏水性膜在膜蒸馏、气体分离、全蒸发、乳化、脱水等方面应用的研究成果,归纳了疏水膜在应用过程中存在的问题,指出研制出分离性能好、价格低廉、耐腐蚀、抗污染的疏水膜,将在膜蒸馏、污染物去除等方面得到更广泛的应用。     

甜菜碱接枝复合膜在FOMBR中的膜污染研究

正渗透膜生物反应器（FOMBR）凭借其比传统膜生物反应器（MBR）更好的出水水质、更低的工艺能耗以及更小的膜污染趋势，受到越来越多的关注。然而，无法避免的膜污染仍是制约FOMBR推广应用的关键问题。为此，采用典型两性离子聚合物——聚磺酸甜菜碱（pSBMA）对FOMBR中常用的聚酰胺复合膜（TFC膜）进行抗污染改性。研究表明，pSBMA在膜表面的接枝形成了一层较为致密的聚合物层，可显著提高膜表面的亲水性，接触角较原膜降低了47%。在FOMBR运行过程中，与TFC膜相比，TFC-pSBMA改性膜的通量衰减明显减缓，当过膜水量为800 mL时，通量衰减降低26%,pSBMA的存在可使膜表面与污染物间的作用力降低61%，表现出显著的抗污染特性。TFC-pSBMA改性膜的耐污性归因于改性对膜表面亲水性的提高、粗糙度的降低、荷电性的压缩，以及膜表面羧基浓度降低对架桥作用的削弱等综合作用。     

钠蒙脱土晶层间距膨胀影响因素研究

通过研究在不同条件下钠蒙脱土（Na-MMT）晶层间距的变化情况,分析了不同电性的聚合物及K⁺,Na⁺,Ca²⁺对Na-MMT晶层间距变化的影响。结果表明：聚合物溶液抑制Na-MMT晶层间距的膨胀不明显;K⁺,Na⁺,Ca²⁺对晶层间距的影响随阳离子种类和浓度的不同而不同,并且Na-MMT晶层间距膨胀过程中发生了蒙脱土与溶液的离子交换。最后,在对离子交换定量分析的基础上对水溶液中K⁺,Na⁺,Ca²⁺影响Na-MMT晶层间距膨胀的机制进行了分析。     

纳米SiO_2对聚丙烯腈平板膜性能的影响

考察了溶剂配比、聚合物浓度对聚丙烯腈(PAN)微滤膜纯水通量、污染速率和孔隙率的影响,并将无机纳米SiO2与PAN材料共混制备无机/有机共混膜,研究了共混膜的基本特性和抗有机污染特性。结果表明,当溶剂A与B的配比为3∶2、PAN浓度为13%时,PAN微滤膜成膜性能较优;纳米SiO2的添加可使PAN微滤膜的纯水通量提高1.3倍、孔隙率增加9.8%、污染速率降低74%,并且对强疏水性和中性亲水性有机污染物的抗污染能力得到增强。     

MBR在净水工艺中的膜污染特征及清洗

采用悬浮生长型和两种附着生长型膜生物反应器(MBR)处理微污染源水,考察了各种MBR的膜污染特征及清洗情况。通过电镜观察污染膜表面,发现不同MBR的膜外表面污染特征不同,而膜内表面均无明显污染。对污染膜进行物理和化学清洗试验表明,常规物理清洗可使滤饼层大部分脱落,但对膜过滤性能的恢复效果较差;碱洗对膜过滤性能的恢复作用显著,有机污染对膜阻力的“贡献”最大。附着生长型MBR的污染膜表面粘性较大,常规物理清洗效果差,采用超声波清洗可使膜过滤性能恢复约30％,与超声波结合的化学清洗效果优于常规化学清洗。对膜污染化学洗脱液成分的分析表明,MBR中的膜污染与混凝一微滤膜组合工艺(C—MF)相比,有机污染物合量较高,Ca元素合量较低,腐殖质组分略高。两种工艺条件下洗脱液中溶解性有机污染物均以小分子有机物为主;与C—MF相比,NBR的膜污染洗脱液中大分子有机物增多,推测与反应器内微生物代谢产物的产生有关。     

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。     

水泥固化重金属污染土干湿循环特性试验研究

水泥固化/稳定法是修复污染土地基的常用方法,修复后的固化土在外界环境干湿循环作用下的稳定性如何是事关修复成败的关键所在。通过系统的室内试验,着重研究了水泥固化Pb²⁺、Zn²⁺污染土在干湿循环作用下的强度特性、淋滤特性以及微结构变化规律,揭示了水泥固化重金属污染土的微观作用机制。试验结果表明,固化土体的强度及淋滤特性随着水泥掺量的增加得到了显著改善。固化重金属污染土的无侧限抗压强度随干湿循环次数的增加先增大,达到峰值后,随干湿循环次数的继续增大而减小。污染物掺量较低时,重金属离子的滤出浓度在干湿循环作用初期略有降低,此后则有所增加,但变化幅度较小;高污染物掺量时,滤出液中的重金属离子浓度较高,且随着干湿循环次数的增加而不断增大。低污染物掺量下,水泥对Pb²⁺及Zn²⁺固化效果相差不大;高污染物掺量下,水泥对Zn²⁺的固化效果较好。经过干湿循环作用后的固化土的扫描电镜试验结果与与其宏观力学及淋滤特性指标变化规律一致,从微观角度揭示了固化土工程性质的变化机制。     

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。     

盐溶液对膨润土-砂混合物膨胀性能的影响

利用自制固结仪,开展膨润土-砂混合物在蒸馏水及不同浓度的NaCl、KCl和CaCl₂溶液下的膨胀变形试验,研究盐溶液浓度和阳离子交换反应对混合物膨胀变形的影响。试验表明,试样在蒸馏水与不同浓度的NaCl溶液下可用同一条e_m-p_e曲线表示,表明NaCl主要通过渗透吸力的作用影响混合物的膨胀变形。K⁺、Ca²⁺主要通过置换吸附在钠基膨润土表面的Na⁺,使得膨胀性能减弱,因此NaCl溶液的抑制性小于KCl和CaCl₂。值得关注的是,膨润土-砂混合物在KCl与CaCl₂溶液下随浓度的变化产生了不同的膨胀变形规律。当浓度为0.1 mol/L时,由于同浓度下CaCl₂溶液中的总离子浓度大于KCl,从而通过渗透吸力的提高增大了有效应力,此时CaCl₂的抑制效果强于KCl;而浓度在0.5 mol/L时,CaCl₂的抑制效果弱于KCl,因为此时溶液中离子浓度较高,一方面K⁺可以充分置换吸附在膨润土表面的Na⁺;另一方面K⁺更容易嵌入相邻晶层间硅氧四面体中氧原子形成的孔穴里,使得相邻晶层连接起来,导致水分子不易进入层间,无法正常吸水,从而明显地抑制了膨胀变形。     

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。     

强化除磷型膜生物反应器的膜污染特性

采用强化除磷型膜生物反应器处理合成低浓度生活污水,考察其膜污染特性与机制。通过三维荧光光谱(EEM)对胞外聚合物(EPS)、溶解性微生物产物(SMP)及膜孔内部的溶解性污染物进行表征,并采用傅里叶红外光谱(FT-IR)对膜表面污染物质的官能团进行检测,发现多糖与蛋白质类物质是导致膜污染的主要因素;采用扫描电镜与能量色谱X射线光谱仪(SEM-EDX)对污染膜表面的监测表明,Ca、Mg、Al、Si、Fe等金属元素对膜表面无机污染及滤饼层的形成贡献较大。试验阶段好氧膜池污泥的EPS和SMP平均值分别为12.6、4.4 mg/gVSS,膜组件对TEPS中多糖和蛋白质的截留率分别为78.6%和91.2%。EPS与SVI有较好的线性相关性(R2=0.967 3),EPSp在TEPSp中的比例是决定污泥沉降性的关键因素。序批式修正污染指数(MFI)试验表明,当EPS、SMP、TEPS含量增加时,MFIsol、MFIss及TMFI呈增大趋势,污泥上清液MFIsol与悬浮固体的MFIss在TMFI中各占约50%,TMFI可以作为预测膜污染速率快慢的指标。     

磁性离子交换树脂与超滤膜联用处理淮河原水

采用磁性离子交换树脂(MIEX)/混凝沉淀/超滤膜(UF)工艺处理淮河原水,考察了对有机物的去除特性以及MIEX预处理控制膜污染的效果.结果表明:UF出水浊度稳定在0.1NTU以下,粒径>2 μm的颗粒数平均为11个/mL,粒径>10μm的颗粒物被完全去除;组合工艺对CODMn和UV254的去除率分别为75.3%和90%,且能有效去除不同分子质量区间的有机物;系统对疏水性有机物(HOM)、弱疏水性有机物(WHOM)、荷电亲水有机物(HIC)的去除效果均较好,去除率分别为94.6%、82.7%和81.3%;组合工艺对三卤甲烷生成势(THMFP)和卤乙酸生成势(HAAFP)的去除率分别为90.7%和87.6%;MIEX预处理可有效减缓膜污染,运行期间超滤膜的跨膜压差上升缓慢,经水力反冲洗后跨膜压差就基本得到恢复.     

Fe离子掺杂对ZnO压敏电阻性能的影响

笔者主要研究了Fe³⁺离子掺杂引入对ZnO基压敏电阻微观结构及综合电气性能的影响。实验结果表明，随着铁离子掺杂量的增加，ZnO压敏电阻的电位梯度持续不断升高，非线性系数先升高而后降低，漏流先减小再增大，压比逐渐增加。分析认为，掺杂少量Fe³⁺时，可作为受主元素提高表面态密度，从而使非线性系数升高；随着掺杂量的增加，Fe³⁺转变为Fe²⁺进入ZnO晶粒内部，作为替位离子取代了部分Zn²⁺,由于r(Fe²⁺)>r(Zn²⁺),该取代产生了压应力对ZnO晶格产生挤压，减小晶格空隙，从而阻止了其他掺杂离子的进入，表面态密度降低，非线性系数降低。     

MBR工程长期运行中的膜清洗效果和膜性能变化

为了探究膜生物反应器（MBR）工程长期运行中不同使用年限和清洗方案对膜性能的影响,对3个MBR工程中膜现有清洗效果进行评价,并对膜丝进行机械强度、接触角、红外光谱等方面的测试分析。结果表明,3个MBR工程中的膜经恢复性清洗后,膜表面的有机污染物和无机污染物仍有部分残留,其中运行时间最长（5年）的洋里四期MBR中膜的有机污染清洗效果较差,膜表面絮体纤维残留较多;无机污染元素主要是Ca、Fe,柠檬酸对含Fe元素的无机污染物具有较好的去除效果。膜使用时间增加和膜老化可能造成膜的机械强度下降;膜清洗频率对膜机械性能有一定影响,清洗剂会破坏膜表面的亲水性改性剂,导致膜亲水性能下降。     

GO-ZnO共混改性PVDF膜的制备及抗污染性能

将不同量的GO-Zn O加入PVDF铸膜液中,通过浸没沉淀法制备PVDF复合超滤膜。利用FTIR、接触角、SEM对表面化学组成、亲水性和膜微观结构形貌进行了分析与表征,考察了GO-Zn O对膜性能的影响。同时以牛血清白蛋白和腐殖酸作为污染物进行过滤试验,分析了该复合膜的分离性能和抗污染性能,考察了污染膜清洗后的通量恢复效果。结果表明,添加GOZn O后的复合膜具有不同于基膜的渗透性能。随着添加量的增加,膜通量先增加后降低,并且在添加量为0.5%时,膜通量和膜通量恢复率均达到最大,即膜分离和抗污染性能最佳。     

膜芬顿+BAC/BAF工艺用于RO浓水深度处理

针对污水处理及回用系统中反渗透(RO)浓水的有机污染物含量高、色度高、含盐量高、可生化性差等传统技术难以处理的特点，采用膜芬顿+BAC/BAF新型组合工艺进行处理。该组合工艺应用于印染废水处理及回用的中试结果表明，膜芬顿对COD的去除效果显著，不同加药量可使出水的可生化性有不同程度的提升，BAC/BAF能进一步降解废水中剩余的可生化有机物，包括有机氮。对TN的去除效果很大程度上取决于废水中可生化降解COD的量。膜芬顿+BAC/BAF组合工艺可高效去除多种污染物组分、运行成本低、工艺运行稳定、抗冲击能力强，最终出水COD、TP、TN、NH₃-N等可分别降至20～40、<0.1、5～9、<0.5 mg/L，相应去除率分别达到86.0%、97.9%、69.3%、90.5%。