基于红外光谱聚类分析的纳滤膜污染动态发展行为研究

污水再生利用是解决水资源短缺问题的有效对策。纳滤技术由于能够生产高质量的再生水,成为污水深度处理、再生利用的有效方法之一。然而,在纳滤过程中存在复杂的、动态的膜污染现象,会导致产水通量、产水质量下降等问题。研究膜污染动态发展的行为,对于膜污染的分阶段针对性控制具有重要意义。有机物是污染层动态发展过程的重要指示性成分,红外光谱是表征污染层发展过程中表面有机物官能团变化情况的重要手段。但由于红外光谱中峰的数量多,系列样品之间峰强度的差别较小(尤其是当膜污染过程中的采样间隔较小时),利用直观观察不易甄别不同样品间的谱图差异及其变化趋势,在此水平上难以对膜污染阶段进行准确识别、对各阶段特征进行有说服力的分类概括。为探索膜污染的动态发展过程,本研究将傅里叶变换红外光谱与统计学聚类分析相结合,对膜污染过程中不同时间点的膜样本进行红外光谱分析,再对红外光谱数据进行一系列预处理和系统聚类分析,从而客观解读膜污染动态发展过程中系列样品红外光谱分阶段变化规律。考虑到类别间距离度量方法、红外吸收峰强度标准化、峰之间自相关性、峰与样本之间交互作用等因素的影响,研究采用对应分析对红外数据进行预处理,提取各样本在主要维度上的得分,随后基于标准化欧式距离对各样本进行聚类。在为期一个月的城市污水深度处理纳滤试验过程中,由于污染物在膜表面累积,纳滤膜发生了较为严重的污染。通过对13个不同时间点的膜样本进行红外光谱聚类发现,膜污染可清晰划分为如下阶段:空白膜、阶段Ⅰ(3h～8d)、阶段Ⅱ(10～15d)和阶段Ⅲ(20～30d)。采用红外聚类,得到膜表面X射线光电子能谱(XPS)和三磷酸腺苷(ATP)含量分析等方法的交互验证。结果表明,随着膜污染的发展,膜表面有机物成分与共存微生物量发生协同变化,各阶段大致特征为:阶段Ⅰ各类有机污染物初步覆盖,微生物开始富集;阶段Ⅱ多糖类污染物比例上升,微生物的富集趋于稳定;阶段Ⅲ整体污染趋于成熟,有机污染物氢键特征更加明显。该研究通过对红外数据进行聚类分析,能够灵敏地探测各红外图谱之间的差别,有助于对红外光谱规律的深度挖掘,为膜污染阶段的识别和划分提供了一种客观、自动、可量化的辅助性方法,并且有助于归纳出不同阶段的污染层特征,可作为膜污染时序特征的侦查手段。此外,除了膜污染的研究,在材料、吸附等领域,只要有一系列变化的红外光谱,均可尝试采用红外光谱聚类分析方法,获取基于红外特征的定类信息或分阶段规律。

有机物分子尺度对纳滤膜污染的影响研究

以市政污水处理厂的MBR出水作为纳滤进水，从有机物分子尺度分布的微观角度分析进水中有机物分布特征与纳滤膜污染的相关性，研究含不同分子质量的有机物水样对纳滤膜通量衰减、脱盐率以及膜表面污染的影响规律。结果表明，随着进水中溶解性有机物分子质量的减小，膜比通量衰减幅度不断增加，特别是分子质量〈1ku的溶解性有机物引起膜通量衰减幅度最大，连续运行28h后膜比通量下降了85．2％。电镜扫描分析进一步表明，进水中分子质量〈1ku的有机物是造成膜有机污染的主要成分。此外，水中有机物在纳滤膜表面的累积会使纳滤膜的脱盐率有所增加。当进水中有机物分子质量在1ku以下时，纳滤膜的初始脱盐率在94％左右，经28h连续运行后脱盐率上升了3．5％～4％；进水中有机物分子质量在100ku以下时，纳滤膜的初始脱盐率为91％～92％，经28h连续运行后脱盐率上升4％～4．5％。

纳滤膜难溶盐污染过程的介电监测方法

模拟了难溶盐对纳滤膜的污染过程并对其进行了介电谱解析,探讨了介电谱作为一种监测膜内部或表面污染层信息的方法之可行性.测量了NF90、NF270、NF-3种商用纳滤膜分别被4种难溶盐(CaCO3、CaSO4、BaSO4、SrSO4)污染前后膜/液体系的介电谱,介电谱的差异是来自于因膜孔径的不同而分别在膜孔内和膜表面形成的结垢层;解释了不同膜体系的介电弛豫机制:污染初期是由污染膜和水之间的界面极化和膜表面浓差极化共同决定,而4 h之后主要受界面极化所控制;分析了介电参数随污染时间的变化,发现膜孔径大小以及难溶盐的结晶机制均会对膜污染过程产生影响.进一步,以CaSO4污染纳滤膜为例,利用引入了描述污染了的膜相的常相位角元件(CPE)的等价回路模型,对介电谱进行了理论解析.

低污染纳滤膜进行淋浴水回用的中试研究

采用新型低污染纳滤膜进行了淋浴水回用的中试研究,考察了其用于淋浴水回用的可行性.中试试验结果表明:最佳操作条件为操作压力0.6MPa,产水量为26.7L/(m2·h),回收率为85%,除盐率为73%.在该条件下,对淋浴污水的处理效能高,COD、BOD5、LAS的去除率最高分别达到94.9%、96%和98%,微生物学指标合格,出水达到《生活杂用水水质标准》(CJ25.1-89).运行期间,膜通量保持稳定,清洗周期为60d,采用化学清洗与水力冲洗相结合的清洗方法.

浅谈沼液处理与纳滤膜技术

沼液中含有大量的氮、磷、COD、BOD和SS等有机污染物,直接排放会污染环境,也会危害人体健康。因此要尽量减少沼液对环境造成的影响。纳滤膜技术作为一种高效的污水处理技术,具有操作压力低、省能、浓缩与分离可同时进行的特点。本研究介绍了沼液的成分、特性及各种处理方式,阐述了纳滤膜技术在沼液处理当中的作用,分析了纳滤膜处理沼液的关键问题,并简述了纳滤膜技术在沼液处理方面的研究前景。

膜分离技术在垃圾渗滤液处理中的应用

垃圾渗滤液作为一种高污染有机废水,如直接排放,将对生态环境造成严重的威胁。因此在垃圾处理过程中,国家相关法律、法规及规范明确要求对垃圾渗滤液进行科学有效的处理,出水水质需执行《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)标准并满足当地环保部门的要求。其中膜分离技术具有低能、高效、稳定、出水水质好等优势,日渐成为渗滤液处理技术的主要发展方向。基于上述背景,本文对膜分离技术处理垃圾渗滤液的方法和膜污染的防治方法进行论述,以期能降低垃圾渗滤液处理成本、提高处理效率、有效防止污染。