基于机器学习的纳滤膜预测筛选模型构建与评估

纳滤净水技术是应对水资源危机和水质安全保障的核心技术之一。然而,纳滤膜性能长期受渗透性与选择性制约,亟需开发高性能纳滤膜。纳滤膜制备过程涉及水相单体质量分数、水相添加剂质量分数、油相单体质量分数、聚合时间等因素,传统的试误实验法需消耗大量的人力、物力与财力。依据纳滤膜制备参数,构建基于机器学习的纳滤膜预测筛选模型。结果表明,XGBoost机器学习模型可有效预测纳滤膜纯水通量与截留性能,对纯水通量和截留性能的R~2评价指标分别为0.84和0.90。采用SHAP值法对XGBoost机器学习模型中的输入参数进行量化分析,发现水相单体质量分数与基膜类型对纯水通量有最高的绝对平均SHAP值,分别为2.77与2.59,而面向纳滤膜截留性能的关键参数绝对平均SHAP值相对接近。单体子结构特征分析结果显示,亲水性子结构特征与支链型子结构特征有助于提升纳滤膜纯水通量,胺基则促进纳滤膜的截留性能。构建的纳滤膜预测筛选模型有助于关键参数的识别与优化,为纳滤膜的开发提供理论与技术指导。

重力流膜生物反应器处理农村污水效能与机制

重力流膜生物反应器(GDMBR)具有低能耗、低维护和出水稳定的工艺特点,然而,目前关于利用GDMBR直接处理农村污水的相关研究较少,为此,探究GDMBR处理生活污水的通量变化规律、污染物去除效能以及不同膜孔径对其的影响。结果表明,GDMBR处理生活污水时可在无反冲洗条件下长期稳定运行,稳定通量为1.3~1.5 L/(m~2·h)。这是由于膜表面生物滤饼层内形成了疏松多孔结构,且膜孔内污染物含量极低。GDMBR工艺可在较低污泥质量浓度的前提下实现对COD和UV_(254)的高效去除,去除率分别为78%和85%,并有效保留污水中的氮源和磷源。此外,不同膜孔径对GDMBR工艺除污染效能的影响甚微,但微滤膜构成的GDMBR系统的稳定通量略高于超滤膜系统。

温控响应型纳滤膜构建及其非相变控污机制研究

研究温控响应型聚合物对纳滤膜性能的调控及其在非相变条件下的控污机制。结果表明:改性纳滤膜的聚酰胺分离层具有更低的交联度与更薄的厚度,改性纳滤膜的纯水流量提升71%,对二价阴离子的截留率在97%以上,对一价阴离子的截留率略有下降。通过动态污染试验,相比于传统纳滤膜,改性纳滤膜的比通量提升8.4%。分子动力学模拟表明,聚酰胺分离层在水溶液中呈电负性,可通过静电作用吸附钙离子,产生“膜-阳离子-有机物”三者间的复合污染。温控响应型聚合物呈电中性,与阳离子的相互作用较弱,抑制了架桥作用引发的膜污染问题。

重力驱动超滤技术处理高浊水的效能及机制研究

重力驱动超滤工艺(GDM)具有低维护、免清洗等特点,是农村净水的实用技术;然而,季节型高浊/暴雨型高浊给GDM系统稳定性造成了巨大挑战。研究构建了间歇曝气耦合GDM工艺直接过滤高浑浊度水,并探究了GDM工艺长期运行的通量稳定机制和净水效能。结果表明,GDM工艺可在无反冲洗条件下长期稳定运行,且耦合曝气后显著提升GDM稳定通量(38.81%),对UV254、氨氮、高锰酸盐指数的平均去除率分别达62.22%、31.04%、33.86%。间歇曝气可促使滤饼层变得疏松多孔,提升滤饼层内的微生物多样性,强化了生物滤饼层对污染物的降解效能。因此,GDM工艺可有效应对水源水季节型高浊/暴雨型高浊问题。

锰质活性滤膜化学催化氧化除锰机理研究

1 问题的提出天然水中锰的氧化还原电位比较高,在天然地下水的条件下(pH 6~8)二价锰难以被水中溶解氧氧化去除,成为水处理的一个难题。1958年在哈尔滨平房区新建成一水厂,笔者通过调研发现水厂开始只能除铁不能除锰,但一年后除锰效果却极好,滤池中石英砂变黑,砂表面覆盖了一层锰质滤膜,能对水中溶解氧氧化二价锰起催化作用。从而发现了锰质活性滤膜的自动催化氧化现象。据研究,锰质活性滤膜是以锰为主的具有自催化作用的特殊化合物。

第三代城市饮用水净化工艺及超滤的零污染通量

论述了超滤技术作为第三代净水工艺的核心技术在城市净水厂大规模应用的必要性和历史必然性,并针对不同的原水水质特点,提出了具有不同适用性的超滤组合工艺。基于净水厂运行的角度,强调了"零污染通量"的运行模式,当膜在"零污染通量"下工作时,则无需或很少需要化学清洗,这将显著简化大型膜系统的运行,工程实用性增强。通过加强膜前预处理、加强物理清洗、改善膜材料、降低膜价格(从而降低工程上可接受的膜通量)等"零污染技术",有望将"零污染通量"提升至工程值,为超滤技术的研发与应用提出了一个新的思路。

关于创新与地下水除铁除锰技术发展的若干思考

20世纪50年代,接触催化被引入除铁除锰技术,进而提出铁质活性滤膜除铁和锰质活性滤膜除锰技术,提高了除铁除锰效能,特别是能使二价锰在天然水质条件下被氧化去除。经典理论认为锰质活性滤膜除锰催化剂是MnO_2即属化学机理,20世纪90年代提出了生物机理以及化学与生物共同作用机理。介绍了我国锰质活性滤膜接触氧化除锰在水厂中的应用情况及存在问题。指出在实际应用中锰质活性滤膜接种生成的困难,及其自然生成的实用性;指出二价铁对锰质活性滤膜的污染及其对出水水质的严重影响;提出锰质活性滤膜生成前出水不达标的问题及解决途径;并对单级及两级除铁除锰工艺进行风险分析,指出根据安全性和经济性平衡的原则选择除铁除锰工艺的必要性。由于目前还存在诸多问题,因此认为除锰在技术上尚不够成熟。

试谈深度处理与超滤历史观

我国自2009年东营10万m^2／d超滤水厂投产以来．在城市自来水中应用超滤已日益普遍；现国内最大的超滤水厂规模已达30万m^3/d。据统计经膜滤的城市饮用水在美国已达10‰．在我国虽然大规模应用只有几年．但处理量目前已超过1％。我国的生产实践表明超滤能显著提高水质．获得业界充分肯定。

城市饮水净化超滤水厂设计若干新思路

将超滤用于城市饮水净化是净水工艺的一大进步。超滤能大大提高饮水的生物安全性；是最有效的固液分离技术,能获得浊度远低于0.1 NTU的用水；与其他水处理技术组合,能获得高质量的饮水；是利用21世纪材料科学的最新发展来改造和提高城市饮水净化技术的重要成果。超滤水厂近年来在我国形成了加速增长的态势。

创新与我国城市饮用水净化技术发展

社会需求是技术发展的动力,创新及技术突破将引领技术发展的方向。我国社会经济已进入一个新的改革发展时期,创新将成为社会发展的新动力。水业工作者在新的历史时期,以绿色、低碳、节能、环保、可持续发展的新的重大社会需求为导向,将不断探索自主创新之路,以寻求新的技术突破。本文将回顾历史中出现的一些重大创新和技术突破,论述其对我国城市饮用水净化工艺发展的推动作用,以及其为我们带来的启示。

第三代饮用水净化工艺初探

提出了安全预氧化/强化混凝-生物活性炭/超滤-安全消毒工艺,并将其称为第三代饮用水净化工艺,对其特点、组成及其净化效果进行了研究.第三代饮用水净化工艺体现了有效、经济和绿色工艺的理念,该工艺对水中致病微生物、浊度和天然有机物均有良好的去除效果;此外该工艺也可有效去除水中的氨氮和微量有机污染物.以某超滤净水厂为例,对该工艺的经济分析表明超滤水厂的建设费用和运行成本均与第一代工艺基本相同.

城市饮水生物致病风险控制技术发展的历史观

1现行城市饮水生物致病风险控制技术 城市饮水安全性主要是指生物安全性和化学安全性两方面，而生物安全性是首先要保证的。为保证饮水的生物安全性，开发出了一系列生物致病风险控制技术。20世纪以前，城市饮水不洁，导致水介烈性细菌性传染病（霍乱、痢疾、伤寒等）的大流行，对城市居民的生命健康构成重大威胁。

绿色工艺——第三代饮用水净化工艺的发展方向

绿色工艺就是要求对水的天然属性没有影响或影响削减到最小,是第三代饮用水净化工艺发展和变革的重要方向。第一代和第二代饮用水净化工艺中因需向水中投加多种化学药剂,会影响水的固有化学成分、含量及其存在形态,一般认为是非绿色工艺;而物理方法、物理化学方法、生物方法等对水的天然属性影响很小甚至没有影响,一般认为是绿色工艺。膜技术主要通过物理和物理化学作用去除水中污染物,净水过程中不需投加药剂,可最大程度地降低对水的天然属性的影响,并通过不同工艺的耦合与集成,可实现对不同污染物的强化去除,保障供水安全,是典型的绿色净水技术。以广州花都梯面水厂和文昌会文水厂为例,证实了饮用水膜滤技术绿色变革的可行性。

水的良性社会循环与城市水资源

文章从水的社会循环全过程的角度 ,论述了城市水资源短缺危机的解决途径 ,指出进行城市污水和工业废水的处理和回用 ,节约用水 ,进行饮用水除污染处理 ,以及进行水的优质优用 ,合理调配 ,开发雨水、海水利用等 ,以及在充分论证基础上进行远距离调水 。

近菱形斜管沉淀装置试验研究

本文通过对不同斜管断面形状的分析,指出斜管断面形状不同,其沉淀面积也不同,沉淀面积较大的斜管,应有较高的沉淀效率,从而设计出比蜂窝斜管沉淀面积更大的近菱形斜管。通过模型及半生产性试验研究证实,近菱形斜管确实是比蜂窝斜管沉淀效率更高的新型斜管沉淀装置。

长柄滤头的流体力学特性研究

本文根据试验结果,运用流体力学原理,研究了不同情况下几种长柄滤头的水头损失变化情况,提出了在单独水反冲洗、单独气反冲洗和气水同时反冲洗情况下,长柄滤头的水头损失计算方法。

高锰酸钾氧化法去除饮用水中微量苯酚

由于环境受到污染,在越来越多的饮用水水源中检测出了酚类化合物。去除饮用水中的微量苯酚,一般有臭氧氧化法、活性炭吸附法等,但这些方法由于费用较高,目前在我国尚难以普遍推广。本文试图提出一种经济易行的用高锰酸钾氧化去除饮用水中微量苯酚的方法,试险结果如下。

高锰酸钾去除天然水中微量有机污染物机理探讨

对高锰酸钾去除饮用水中微量有机污染物的机理进行了研究，结果认为高锰酸钾除了传统的氧化作用外，在中性条件下生成的水合二氧化锰还有催化氧化和吸附作用，后者大大提高了高锰酸钾的除污染效能．

饮用水安全问题及净水技术发展

回顾了城市饮用水净水技术发展的历史足迹,即20世纪初的第一代工艺——常规工艺和20世纪70年代的第二代工艺——深度处理工艺,并提出了第三代工艺——以超滤为核心技术的组合工艺;提出了城市水源突发污染的技术对策——针对污染物投加多种药剂;介绍了30年来由哈尔滨工业大学引领开发的新的饮用水净化技术——高锰酸钾及其复合剂净水技术。