粉末活性炭预沉积强化超滤膜处理微污染水的效应研究

针对超滤膜对溶解性有机物(DOM)去除效果不佳、膜污染严重的现状,本研究以粉末活性炭(PAC)为负载材料,在100 kDa聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜表面形成动态膜,分析超滤膜对微污染水中DOM的截留能力和作用机制,并运用接触角测量仪(CA)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)及扫描电子显微镜(SEM)对过滤前后膜表面的亲疏水性、物质组成及形貌结构进行了分析研究。结果表明:PAC能显著提升超滤系统对有机物的去除效果,对溶解性有机碳(DOC)、UV254和蛋白质类物质的去除率分别为91.5%、94.4%和91.1%;与PVDF新膜片相比,动态超滤膜表面亲水性更好;PAC形成的疏松滤饼层,可以有效避免DOM与超滤膜的直接接触,减缓膜污染。

生物电耦合对活性炭-超滤工艺处理地表微污染水的影响机理研究

利用生物电化学系统处理地表水时,弱电压不但会刺激电活性菌的呼吸作用,而且会引起氧化胁迫导致胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substance, EPS)过量分泌.为确认在地表水处理中弱电压对膜污染和净水效率的影响,本研究设置了外加1.0 V直流电压(记为"BES系统")和无外加电压(记为"CK系统")的两组平行对照生物活性炭-超滤系统.经过50 d的运行,BES系统(36.1 kPa)相比CK系统(19.1 kPa)跨膜压差(Trans Membrane Pressure,TMP)增加更为显著,膜污染更严重.电路电流、电极电势和循环伏安(Cyclic Voltammetry, CV)曲线显示,随着装置运行,两系统生物膜逐渐稳定,并且产生具有氧化还原活性的EPS导致阳极电容增加.相比之下,BES系统产生了更多EPS,具有更高的阳极电容.水质指标显示,BES系统中比紫外吸光度(Specific Ultraviolet Absorbance,SUVA)、NH+4-N和PO43--P的去除增强但总有机碳(Total Organic Carbon,TOC)去除减弱;三维荧光光谱(Excitation-Emission-Matrix,EEM)和尺寸排阻色谱(Size Exclusion Chromatography,SEC)分析结果表明,BES系统膜池中产生了更多的生物聚合物,但腐殖质类有机物明显减少.活性炭表面EPS含量和腺嘌呤核苷三磷酸(Adenosine Triphosphate,ATP)含量的测试结果证实,弱电压刺激了生物膜的生长,同时增加了氧化还原活性EPS的含量.对膜表面累积多糖、蛋白质含量的测试分析进一步揭示了多糖类大分子生物聚合物在膜表面的累积是导致严重膜污染的直接原因.研究可为生物电化学系统在微污染水处理的研究和应用提供新的见解.