电混凝预处理工艺降低膜污染的研究进展
混凝-PAC吸附-微滤工艺处理膜反洗水及膜污染的研究的开题报告
混凝-PAC吸附-微滤工艺处理膜反洗水及膜污染的研究的
开题报告
一、研究背景和意义
膜技术是一种高效、环保的水处理工艺，但是膜工艺在长时间的运行中，难以避免产生膜污染问题，其中反洗水是产生膜污染的重要因素之一。
反洗水含有较高浓度的污染物，直接排放会对环境造成污染，同时也会影响膜的使用寿命。
因此，研究反洗水的处理方法，对于实现膜工艺的可持续发展具有重要意义。
二、研究目的和内容
本研究旨在探索一种新型的反洗水处理方案，即混凝-PAC吸附-微滤工艺处理膜反洗水及膜污染。
具体研究内容如下：
1.探究混凝、PAC吸附和微滤等工艺在膜反洗水处理中的适用性和效果，并进行单独和联合处理实验。
2.研究不同混凝剂、PAC吸附剂和微滤膜的最佳组合条件，以达到处理效果的最优化。
3.研究处理过程中的关键参数（如pH值、溶液浓度、操作时间等）对处理效果的影响，确定最佳操作条件。
4.对处理后的反洗水进行水质分析，评估处理后水质是否能够达到排放标准，同时对处理前后的膜进行对比分析，评估处理对膜的恢复效果。
三、论文结构及预期成果
本论文将包括以下章节：绪论、文献综述、理论分析、实验研究、结果分析和结论。
预期成果包括：
1.深入了解新型的反洗水处理方案，并探究其处理效果和影响因素。
2.探索处理方案的最佳组合条件，为反洗水处理提供指导。
3.通过实验分析，筛选出合适的处理方案，达到降低环境影响、提高膜工艺利用率的目的。
4.提供一种新型的膜反洗水处理方案，为膜技术的可持续发展提供参考。
污水处理中的膜技术应用与研究进展
污水处理中的膜技术应用与研究进展近年来，随着全球人口的不断增长和城市化的快速发展，污水处理成为一项重要的环境保护和可持续发展的任务。
在污水处理过程中，膜技术的应用不断壮大，并取得了显著的研究进展。
下面将详细介绍污水处理中膜技术的应用以及相关研究进展。
一、膜技术在污水处理中的应用1. 膜技术在污水预处理中的应用：膜技术在污水预处理中发挥着重要作用，主要用于去除悬浮固体、颗粒物和胶体等杂质。
通过超滤膜、微滤膜等膜分离技术，能够高效地去除污水中的悬浮物和颗粒物，提高后续处理的效果。
2. 膜技术在污水中的物质分离中的应用：膜技术在物质分离中也发挥着重要作用。
通过逆渗透膜和纳滤膜等膜分离技术，可以高效地去除污水中的溶解性无机盐、有机物和重金属等，达到水质净化的目的。
3. 膜技术在水再利用中的应用：随着水资源短缺问题的日益严重，水的再利用成为一种可行的解决方案。
膜技术在水再利用中起到关键作用，通过超滤膜、纳滤膜和反渗透膜等技术，可以有效去除污水中的有害物质，制备出优质的再生水。
二、膜技术在污水处理中的研究进展1. 膜材料的研究进展：目前，研究人员对膜材料进行了广泛的研究，开发出多种类型的膜材料，包括聚酯膜、聚醚膜、聚酰胺膜等。
这些新型膜材料具有较高的抗污染性能和较高的水通透性，能够提高污水处理的效果。
2. 膜工艺的研究进展：膜工艺是实施膜技术的重要环节，目前研究人员对膜分离工艺进行了深入研究。
例如，通过改进膜分离单元的结构和优化操作条件，提高膜的分离效果和经济性；同时，利用模块化设计和自动控制技术，简化膜工艺的操作和管理。
3. 膜污染与清洗技术的研究进展：膜污染是膜技术应用中常遇到的问题之一，研究人员致力于开发新型的膜污染控制和清洗技术。
例如，利用化学清洗剂、物理清洗剂和微生物清洗剂等，可以有效地去除膜面的污染物，恢复膜的分离性能，延长膜的使用寿命。
三、膜技术在污水处理中的优势和前景1. 优势：相比传统的物理、化学处理技术，膜技术具有很多优势。
混凝预处理对超滤膜通量的影响
混凝预处理对超滤膜通量的影响董秉直1,王洪武2,冯晶2,李伟英1(1 同济大学长江水环境教育部重点实验室,上海 200092;2 同济大学环境科学与工程学院,上海 200092)摘要:为探讨混凝预处理对改善超滤膜过滤通量的效果.试验采用了4种具有不同亲疏水性的水样,着重探讨混凝对有机物的疏水性和亲水性组分的去除效果以及所带来的通量改善.试验结果表明,超滤膜直接过滤原水时,4种水样的有机物截留率在12%~20%,但其中的疏水性组分均超过了50%,说明膜倾向于截留疏水性有机物.投加25mg L 的混凝剂,4种水样的有机物去除率在12%~28%,投加量增加至100mg L,去除率也相应增加至25%~38%,但其中的疏水性组分均占50%以上.混凝预处理均可有效提高通量.对有机物各组分的分析表明,膜处理混凝预处理水时,主要截留亲水性组分,这是由于混凝可有效去除疏水性组分的缘故.由此也可得出结论,超滤膜的通量下降主要是由疏水性有机物引起的,亲水性组分对通量的影响较小.关键词:饮用水处理;超滤膜过滤;混凝预处理;通量中图分类号:X505 文献标识码:A 文章编号:0250 3301(2008)10 2783 05收稿日期:2007 09 25;修订日期:2008 01 08基金项目: 十一五 国家科技支撑计划项目(2006BAJ08B02)作者简介:董秉直(1955~),男,博士,教授,主要研究方向为饮用水处理理论与技术,E mail:dongbingzhi@Influence of Coagulation Pretreatment on UF Membrane FluxDONG Bing zhi 1,W ANG Hong wu 2,FE NG Jing 2,LI Wei ying1(1.Key Laboratory of Yangtze River Water Environment,Ministry of Education,Tongji University,Shanghai 200092,China;2 School of Environmen tal Science and Engineering,Tongji University,Shanghai 200092,China)Abstract :In this study,the effect of coagulation pretreatment on improvement of UF membrane filtration flux was investigated.The experiment using four water samples having different hydrophobic and hydrophilic compound was focused on the effect of coagulation on removin g hydrophobic and hydrophilic fraction of organics and resulting enhanced flux.In the filtration of raw water,the organics removal for the four water samples were in the ranges of 12%and 20%,in which hydrophobic fraction accounting for over 50%,suggesting that membrane prefers to remove hydrophobic fraction.In the addition of 25mg L coagulant,the organics removals for the four water samples were in the ranges of 12%and 28%.As coagulan t dosage i ncreased to 100mg L,removals increased to 25%and 38%accordingly,in which hydrophobic fraction accounting for over 50%,suggesting that coagulation prefers to remove hydrophobic fraction.Coagulation pretreatment could enhance flux of all of water samples studied.The analyses for each organic compound show that after coagulation pretreatment membrane reject hydrophilic fraction mainly due to removal of hydrophobic fraction effectively by coagulation.It can be concluded that the flux decline of UF membrane was mainly caused by hydrophobic compound and hydrophilic compound had less effect on flux.Key words :drinking water treatment;ultrafiltrati on membrane filtration;coagulation pretreatment;flux混凝 膜联用处理饮用水是目前研究最为广泛的技术之一,而且逐渐得到了应用[1].混凝作为超滤膜和微滤膜的预处理,其作用是去除有机物,从而达到提高膜通量的目的[2~5].许多研究表明,混凝可有效地提高膜通量,减缓膜污染[6,7].但一些试验却表明,混凝非但不能提高膜通量,反而加重了膜污染.例如,莫罹等[8]采用混凝与微滤膜联用技术处理微污染水,结果表明投加混凝剂后,虽然提高了有机物去除效果,但膜污染反而加重.Veronigue 等[9]发现,尽管混凝能有效去除DOC 和降低膜过滤阻力,但无法降低膜污染的速度和程度.Kerry 等[10]指出,导致膜污染的有机物并非它们的总量,而是有机物的某些特殊的组分.天然水中的有机物可分为3种组分,强疏水、弱疏水和亲水.强疏水性组分具有较大的分子量,占总有机物的约50%左右,其主要组成为腐殖酸类;亲水性组分具有较小的分子量,约占总有机物的25%左右,主要由多糖类、蛋白质和氨基酸等构成;而弱疏水性组分的分子量位于强疏水性和亲水性之间,约占总有机物的25%左右,主要由富里酸构成.Carroll 等[11]采用树脂将天然原水分离成强疏水性、弱疏水性、极性亲水性和中性亲水性有机物,并分别进行了过滤试验,试验结果发现,造成通量下降的主要有机物组分是中性亲水性有机物.将混凝作为预处理进行的试验表明,虽然混凝提高了通量,但仍呈一定程度的下降.对混凝后的有机物各组分进行分析后,发现混凝可有效去除疏水性和极性亲水性有机物,而对中性亲水性有机物的效果甚微.Carroll 等[11]认为,中性亲水性有机物是造成通量下降的主第29卷第10期2008年10月环 境 科 学ENVIRONME NTAL SCIENCEVol.29,No.10Oct.,2008要因素.许多研究者的试验结果支持了Carroll等的观点[12~14],但也有研究者得出了与Carroll等相反的结果.例如,Nilson等[15]对纳滤膜的试验表明:疏水性的有机物是引起通量下降的主要因素,而亲水性的有机物对通量的影响较小.作者的研究结果表明,中性亲水性有机物仅造成通量的缓慢下降,而造成通量急剧下降的主要有机物组分是疏水性有机物[16].由此可见,对于哪种组分是造成膜污染的主要因素,不同研究者之间的结论存在矛盾之处,这种分歧可能是采用不同材质的膜或水质不同的原水造成的.本研究选择4种来自不同水源,具有不同亲疏水性的原水,采用DAX 8和XAD 4树脂将有机物分离成疏水性和亲水性,考察超滤膜直接过滤和采用混凝作为预处理,膜通量的变化,同时了解混凝去除和膜截留不同有机物组分的效果,以期了解混凝预处理改善膜通量的效果和机制.1 材料与方法1.1 试验水样本试验采用4种水样,蛟塘水、黄浦江水、三好坞水和浓缩的自来水.蛟塘是镇江的延陵镇的水塘,作为延陵镇水厂的水源;黄浦江是上海市的主要自来水厂的水源;三好坞是位于同济大学校内的小河,河水的富营养化严重,藻类繁殖旺盛,河水呈现绿色;浓缩自来水是纳滤膜处理同济大学校内的自来水时得到的浓水.4种水样的主要水质指标如表1所示.表1 试验水样的主要水质指标Table1 Main water qualities of experi mental s amples水质指标蛟塘原水黄浦江原水浓缩自来水三好坞原水pH7 748 28 548 83浊度 N TU14 94 01 2427 8色度30593098硬度(以CaCO3计) mg L-1141 8169 7311250TDS mg L-1277 9301 2968 9505 6高锰酸盐指数 mg L-15 8104 68413 3328 27 DOC mg L-16 0545 37214 2312 65 UV254 cm-10 1180 1210 2490 189 SUV A L (mg m)-11 92 31 81 51.2 混凝试验混凝剂采用精制硫酸铝[Al2(SO4)3 18H2O], Al2O3含量为15 3%,用去离子水配制成25mg mL [以Al2(SO4)3计,下同]的投加液.混凝试验在六联搅拌机上进行.分别投加25mg和100mg的投加液至1L的原水中,快速搅拌(100r min)1min,然后慢速搅拌(60r min)30min,静止30min后,上清液用0 45 m膜过滤.1.3 膜试验采用中国科学院上海原子核研究所膜分离技术研究开发中心提供的杯式过滤器和超滤膜.过滤器的有效容积300mL.超滤膜的膜材质为聚醚砜(PES),截留分子量为30000.每次过滤前,先用去离子水过滤,测定纯水通量J0,然后测定水样.水样过滤通量J与J0的比值J J0作为通量进行不同试验工况的比较.每个工况均采用新膜.所有的水样过滤前均用0 45 m膜过滤,以避免悬浮固体和胶体的影响.试验水样的pH 值均调节至7 5左右.1.4 有机物分离试验采用罗门哈斯公司的AmberliteDAX 8和XAD 4树脂进行有机物亲疏水性的分离,其分离方法详见文献[12].1.5 分析方法与仪器浊度采用HACH 2100N浊度仪测定,UV254采用上海精密科学仪器厂的UV755B紫外分光光度仪测定,总有机炭(TOC)采用日本岛津公司的TOC V CPH 测定.测定UV254和TOC之前,水样均用0 45 m膜过滤,相应得到的TOC代表水中溶解性的有机物,也可表示为DOC(dissolved organic carbon).2 结果与分析2.1 不同原水的亲疏水性从图1可以看出,不同的原水,其亲疏水性也不同.就4种原水中,疏水性组分最多的是三好坞水,占72%,最少的是浓缩自来水,约占50%;而亲水性组分最多的是浓缩自来水,约占49%,而最少的是三好坞水,仅为27%.2.2 超滤膜直接过滤不同原水时的通量变化从图2可见,不同的原水,通量的下降程度不同,其顺序为三好坞水、浓缩自来水、黄浦江水和蛟塘水,过滤结束时的通量分别为0 39、0 7、0 74和0 86.由于三好坞水和浓缩自来水的溶解性有机物是黄浦江水和蛟塘水的2倍,远高于它们,因此,通量下降的程度较严重.这说明有机物含量越高,导致的膜污染也越严重.三好坞水的有机物与浓缩自来水相近,但通量下降程度较浓缩自来水严重.由图2可知,三好坞水的疏水性组分较浓缩自来水高;而黄2784环 境 科 学29卷图1 试验原水的亲疏水性Fi g.1 Hydrophilic and hydrophobic of water s ources浦江水的疏水性组分略高于蛟塘水,因而通量下降程度也略比蛟塘水的严重.通过比较可知,在溶解性有机物含量相近的情况下,疏水性有机物越高者,导致的通量下降程度也越严重.图2 不同原水通量下降情况Fi g.2 Flux decline of di fferent water source图3为过滤原水时,膜截留有机物的效果.从中可见,对于三好坞水和浓缩自来水,三好坞水的截留率明显高于浓缩自来水,这可解释为三好坞水的疏水性组分含量明显高于浓缩自来水.而对于蛟塘水和黄浦江水,两者的有机物截留率相同,但黄浦江水的疏水性截留率明显高于蛟塘水.同时,从图4还可以看出,超滤膜对4种原水截留的有机物中,疏水性有机物占多数,均超过50%.值得一提的是,三好坞水的有机物和疏水性组分均大于黄浦江水,但膜截留这2种水的有机物相近,且膜截留疏水性中,黄浦江水高于三好坞水.这可解释为黄浦江水中的大分子有机物和疏水性组分均高于三好坞水.由此可见,通量的下降不仅与原水中的疏水性有机物含量有关,还与截留的有机物组分有着密切的关系.本试验表明,截留疏水性有机物越多者,通量下降也越严重.这结果表明,疏水性有机物是造成通量下降的主要因素.这结果也与Nilson 等[15]的结论相符.图3 过滤原水时的膜截留有机物的效果Fi g.3 Effec t of organics rejection by membrane i n the direct filtration图4 投加混凝剂改善不同原水通量的效果Fig.4 Effect of enhanci ng flux by addition of coagulant2.3 混凝改善通量的效果从图4可知,经25mg L 混凝处理后,通量大小278510期董秉直等:混凝预处理对超滤膜通量的影响的顺序是黄浦江、蛟塘、浓缩自来水和三好坞;而混凝剂投加量增加至100mg L 后,通量得到了进一步的改善.从图4还可以看出,混凝处理后,膜过滤黄浦江和蛟塘水的通量明显高于浓缩自来水和三好坞水.这是由于浓缩自来水和三好坞水的有机物含量远高于黄浦江和蛟塘的缘故.2.4 混凝对有机物各组分的处理效果混凝去除有机物各组分的效果如图5所示.可见投加25mg L 时,黄浦江水的去除效果明显高于蛟塘;而浓缩自来水的去除效果略高于三好坞水.从图5还可以看出,混凝去除疏水性有机物明显高于亲水性有机物,这说明本研究所采用的混凝剂可有选择地去除疏水性有机物.当混凝剂投加量增加至100mg L 时,各原水的有机物去除率明显增加.虽然亲水性组分的去除效果也相应增加,但混凝对疏水性组分的去除仍高于亲水性组分.图5 不同混凝剂投加量去除有机物的效果Fi g.5 Effect of different coagulant dosage on organics re moval在25mg L 时,虽然三好坞水的处理效果稍劣于浓缩自来水,但投加量在100mg L 时,又优于浓缩自来水;而无论是25mg L 还是100mg L,混凝处理黄浦江水的效果均优于蛟塘.这结果表明,疏水性有机物含量较高的水,其混凝处理效果也相应较好.虽然浓缩自来水中的疏水性组分低于三好坞水,但混凝效果却略优于三好坞水,这可解释为2种水中的疏水性组分的分子量大小有所差别.根据凝胶色谱测定的结果,浓缩自来水中的疏水性组分的相对分子质量在2500~4000范围内,而三好坞水的疏水性组分的相对分子质量在700~1700,浓缩自来水的相对分子质量大于三好坞水.因此,混凝去除有机物的效果不仅与其组分有关,还与相对分子质量的大小有关.2.5 混凝预处理后膜对有机物各组分的截留效果膜截留的有机物多少以及组分是影响通量的主要因素,因此,分析混凝处理后,膜截留有机物组分的变化可进一步了解膜污染的机理.混凝预处理后,膜截留有机物的效果如图6所示.可以看出,混凝处理后,膜截留的有机物组分发生了很大的变化,即主要截留亲水性组分.膜过滤蛟塘和黄浦江水时,黄浦江水的截留率略高于蛟塘水,但蛟塘水还有少量的疏水性组分,而黄浦江水几乎全部为亲水性组分.膜对三好坞水的截留明显高于浓缩自来水,而且截留的三好坞水中还有部分的疏水性组分,而截留的浓缩自来水几乎全部为亲水性组分.结合图4可以看出,膜截留的疏水性有机物的多少与通量的多少紧密相关.同时,经混凝预处理后,与直接过滤原水时相比,不仅截留的有机物大为降低,而且膜截留的有机物主要是亲水性组分.由此可见,混凝预处理后,通量的改善是由于膜截留较多的亲水性组分,而亲水性组分对膜通量的影响较小的缘故.如果混凝去除较多的有机物,则膜截留较少的有机物,改善通量的效果也越好.因此,混凝 膜处理工艺更适合于疏水性组分较多的原水.3 讨论Carroll 等[11]认为:混凝去除较多的疏水性有机物,混凝水中的剩余组分多为中性亲水性,因此,混凝预处理后,亲水性有机物对通量的改善起到关键作用.本试验的结果表明,混凝预处理后,超滤膜主要截留亲水性有机物,从而证实了Carroll 的猜测.尽管Carroll 强调中性亲水性有机物是造成通量下降的主要因素,但在Carroll 的试验中,混凝处理后,通量的下降由直接过滤原水时的80%变化为50%,通量提高了30%,仍然说明混凝处理有效地减缓了膜污染.疏水性有机物和亲水性有机物各自对通量的影响是不同的.例如,作者的试验表明,疏水性有机物2786环 境 科 学29卷图6 投加混凝剂后膜截留有机物的效果Fig.6 Effect of organics rejecti on by membrane after coagulati on treatment造成通量的急剧下降,而中性亲水性有机物导致通量的缓慢下降[7].进一步的试验证实了造成通量缓慢下降主要是由中性亲水性有机物[16].中性亲水性有机物的相对分子质量较小,且与带负电的膜表面没有电性相斥作用,这使得这类有机物容易接近膜并吸附在膜表面或膜内,逐渐累积在膜孔内,因而膜通量的下降表现为缓慢;而疏水性有机物多为腐殖酸和富里酸,它们具有带负电荷的羧基等的极性官能团.当这类有机物在压力驱动下接近膜表面时,容易与膜产生相斥作用(由于膜表面带负电荷),从而聚集在膜表面,同时它们的相对分子质量较大,容易将膜孔堵塞,因而导致通量的急剧下降.由此可以得出结论,虽然混凝处理后,亲水性有机物对通量的影响占主要地位,但由于这类有机物对通量的影响较小,混凝对通量的提高或膜污染的减缓是有利的.4 结论(1)超滤膜直接过滤原水时,会造成较严重的通量下降,其原因是截留较多的疏水性有机物的缘故.(2)投加混凝剂可有效地去除疏水性有机物,超滤膜过滤混凝处理水时,倾向截留亲水性有机物,从而提高膜过滤通量.(3)疏水性有机物会造成严重的通量下降,而亲水性有机物对通量的影响较小.参考文献:[1] 董秉直,曹达文,陈艳.饮用水膜深度处理技术[M].北京:化学工业出版社,2006.1 6.[2] Park P K,Lee C H,Choi S J,et al.Effect of the removal of DO M son the performance of a coagulati on UF me mbranes system fordrinking water producti on[J].Des ali nati on,2002,145:237 245.[3] Guigui C,Rouch J C,Durand Bourlier L,et al.Impac t ofcoagulati on condi ti ons on the in line coagulation UF proces s fordrinking water producti on[J].Des ali nati on,2002,147:95 100.[4] Choi K Y,Dempsey B A.In line coagulation with low pres suremembrane 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水处理过程中膜污染问题及其预处理技术研究进展探析
水处理过程中膜污染问题及其预处理技术研究进展探析摘要：膜技术是一种在使用的过程中较为高效的废水处理技术类型，可以在颗粒物、有机物以及微生物的处理中，发挥出应有的优势和价值。
在本文的分析中，着重对水处理过程中膜污染问题及其预处理技术研究进展进行分析，首先阐述了膜污染的影响因素，其次，对其形成情况进行了介绍，最后，则重点对相关处理技术进行了总结，以此为相关领域的工作人员提供一定的参考。
关键字：水处理；膜污染、预处理引言：伴随着近些年的发展与建设，使得在我国工业和经济的发展进程中，对于水资源的使用规模越来越大，因此就面临着大量废水的处理工作。
因此，为了保障对环境起到良好的保护，就需要积极的利用各种先进的水处理技术，以此实现环保的目标。
1膜污染的影响因素1.1 膜物化性质这是一种在膜表面性质、膜孔径以及膜材料的化学组成上的重要影响。
在一般情况下，膜都是带有电的情况，而污染物会受到静电的影响，而对膜表面造成直接的污染影响[1]。
在过去专家进行深入研究后，提出了新型的酰氯膜，这是一种可以具备较高防污效果的材料。
在表面上较为的粗糙，这是为了优化膜的污染性。
在过去对膜的处理上，可以从与原本膜的疏水性，转变成膜的高度亲水性。
1.2 水质条件在过膜水样的雾化性质上，例如对于离子强度、污染物类别、温度以及PH 值的处理上，都会直接影响到膜的污染程度。
过去进行的深入研究中，发现利用多糖的方式，可以将膜的微观吸附行为，以及吸附层结构的特征进行改善，因此在钙离子增加之后，会导致葡萄糖作用下，导致加剧膜污染。
其次，在超滤膜的透水性，也会到最后伴随着温度的提升，而逐渐提升效果[2]。
1.3 过膜条件在膜分离技术的使用过程中，受到操作压力以及表面流速的影响，会使得在膜表面造成直接的影响。
当下出现了四种不同类型的过滤方式，因此就需要在进行处理的过程中，对其膜生物的反应器膜，或产生直接的污染影响。
在一些膜污染较大的情况下，基本上都是受到瞬时体统通量的问题影响，并不会受到通过方式的影响。
电凝技术在污染防治中的作用及前景分析
电凝技术在污染防治中的作用及前景分析污染防治是保护环境、维护人类健康和促进可持续发展的重要任务之一。
随着科技的不断发展，新的污染防治技术不断涌现。
其中，电凝技术作为一种高效、可靠、环保的治理方法，被广泛用于工业废水处理、大气净化、固体废物处理等领域。
本文将从电凝技术的原理、在污染防治中的作用，以及未来的发展前景进行分析和探讨。
电凝技术是一种利用电场作用对悬浮物或胶体粒子进行凝聚和沉降的技术。
其原理是通过给定对流介质施加电场，使带电物质在电场力的作用下，发生凝聚、沉降，从而达到去除污染物的目的。
电凝技术主要包括高电场强度下的电沉淀和低电场强度下的电凝胶聚。
在工业废水处理方面，电凝技术具有明显的优势。
它可以高效去除废水中的悬浮物、胶体物质和重金属等有害物质，提高废水的水质。
相比传统的物理和化学处理方法，电凝技术更为环保，无需添加药剂，减少了化学品的使用和废物的产生。
同时，电凝技术还可以实现对废水中金属离子的回收利用，提高资源利用率。
因此，电凝技术在工业废水处理中具有重要的应用前景。
在大气净化方面，电凝技术也具有很大潜力。
空气中的颗粒物、颗粒污染物和气溶胶等被广泛认为是造成空气污染的主要来源之一。
电凝技术能够去除空气中的细颗粒物，净化空气，并有效防止颗粒物二次污染。
电凝技术在大气净化中的应用还有助于减少雾霾天气和改善室内空气质量，对于人类健康和城市可持续发展具有重要意义。
此外，电凝技术在固体废物处理领域也展现出广阔的应用前景。
固体废物中的有机物和无机物污染物都可以通过电凝技术去除。
特别是在处理含有高浓度重金属污染物的废物时，电凝技术表现出更高的效果，并且具有节能、环保的优势。
电凝技术的应用能够将固体废物中的有价值的物质进行分离和回收利用，提高资源利用效率，降低对环境的影响。
然而，尽管电凝技术在污染防治中发挥着重要作用，但仍面临一些挑战。
首先，电凝技术的设备和运行成本较高，需要耗费大量的电能和维护费用。
混凝／超滤工艺在火电厂水处理中的应用
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圈 ｌ 超滤设备运行工艺流 程
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后续 水处 理 系统 造 成 负 担 。而且 ，溶 解 性 的有 机 用粉末活性 炭／ 超滤 工艺 的超滤设备 占到 总数 的
物是造成膜污染 的主要 因素。有针对性地将 常规 ４ ％ 左 右 ，说 明 粉末活 性 炭／ 滤 是一 种 稳定 、可 ０ 超 预处理技术对可溶性有机物的去 除能力 与超滤有 靠 的先 进水 处理 工艺 。
７ ４
电 力 科
学
与 工 程
２ １ 年 ０１
离子和带负电和 的有机物发生化 学反应生成不 溶 物质 ，有机物被正在成长变大的金属氢氧化 物结 晶体吸附形成较大絮凝体 ，并进 一步逐渐 吸附于
超滤膜表面已形 成 的絮凝体 、沉淀表面 ，从而 有
效地 被去 除 。
膜与混凝相结合 ，能有效地 提高膜通量 和去 除有机物 ，但是也 可能造成膜的污染。有关研 究
中超 滤设 备 出水 水 质 稳 定 可 靠 ，出 水 浊 度 稳 定 ， 从 而提 高 了混凝 剂 水 解 产 物 的正 电荷 密 度 ，减 少 对颗粒 物 质 的去 除 率 可 达 ９％ 以上 ，能有 效 去 除 混凝剂需求量 ，有利于有机物吸附到金属氢 氧化 ９
水 中细菌等病原微生物和病毒 ，还可一定程度地 物上 。其 次 ，铁盐 水解 产 生 的 氢 氧 化 铁 量 大 大 高
污染。 关 键 词 ：混 凝 ；超 滤 ；跨 膜 压 差
混凝-PAC-超滤膜工艺处理微污染原水的试验研究
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混凝一 Ａ 一 Ｐ Ｃ 超滤 膜工艺处理微污 染原 水 的试验研 究
孙 易兰， 邓 慧萍 ， 李涵婷
（ 同济 大学 环 境 科 学 与 工程 学 院， 上 海 ２０９） ０ ０ ２
摘 要 ： 混凝 、 末 活性 炭 （ Ａ ） 超 滤 膜 联 用 对 微 污 染原 水 中的 浊 度 、 机 物 等 有 很 高 的 去 除 率 。经过 ５０ ｍｎ 粉 Ｐ Ｃ与 有 ５ ｉ
预混合和预沉积MIEX-超滤处理含藻水的膜污染控制
预混合和预沉积MIEX-超滤处理含藻水的膜污染控制马聪1，2，张萌1，2，王冠英1，2，王亮1，2（1.天津工业大学环境科学与工程学院，天津300387；2.天津工业大学省部共建分离膜与膜过程国家重点实验室，天津300387）摘要：为了降低超滤处理含藻水的膜污染，探究了预混合和预沉积磁性离子交换树脂（MIEX ）超滤处理含藻水的膜污染控制。
对实验过程中的总阻力、可逆阻力及不可逆阻力进行分析，并使用扫描电子显微镜、三维荧光光谱、不可逆污染组分及超滤过滤模型对膜污染机理进行探究。
结果表明：在相同投加量下，预沉积MIEX 比预混合MIEX 膜污染的控制更好，最大预沉积量为235.2mL/m 2时，膜污染控制最好，此时预沉积MIEX 的总阻力、可逆阻力和不可逆阻力分别比预混合MIEX 的相应值低52.7%、65.7%和50.1%；蛋白质均是造成2种投加方式不可逆阻力的主要原因；随着预混合投加量的增加，滤饼层厚度从4.82m 降低至4.07m ，滤饼层内藻细胞及胞外有机物（EOM ）含量降低；在预沉积MIEX 中，随着沉积量的增加，沉积层形态发生变化，当沉积量最大时，沉积层拦截较多藻细胞和EOM ，形成明显的藻类滤饼层。
关键词：超滤；磁性离子交换树脂；含藻水；膜污染；预混合；预沉积中图分类号：TQ028.8文献标志码：A 文章编号：员远苑员原园圆源载（圆园24）园1原园园42原08Membrane fouling control in ultrafiltration treatment of containing algal water with pre-mixing and pre-deposition MIEXMA Cong 1，2，ZHANG Meng 1，2，WANG Guanying 1，2，WANG Liang 1，2（1.School of Environmental Science and Engineering ，Tiangong University ，Tianjin 300387，China ；2.State Key Labora -tory of Separation Membranes and Membrane Processes ，Tiangong University ，Tianjin 300387，China ）Abstract ：In order to reduce the membrane fouling of algal water treated by ultrafiltration袁the pre-mixed and pre-deposit鄄ed magnetic ion exchange resin 渊MIEX冤on algal fouling control was studied.The total resistance袁reversible re鄄sistance and irreversible resistance in this study were analyzed袁and the membrane fouling mechanism was stud鄄ied by scanning electron microscope袁three -dimensional fluorescence spectrum袁irreversible pollution compo鄄nent and ultrafiltration model.The results showed that under the same dosage袁the membrane fouling control of pre-deposited MIEX was better than that of pre-mixed MIEX.The best control of membrane fouling was achieved at the maximum pre-deposited amount of 235.2mL/m 2袁then the total resistance袁reversible resistance and irre鄄versible resistance of pre-deposited MIEX are 52.7%袁65.7%and 50.1%lower than the corresponding values of pre -mixed MIEX袁respectively.Both proteins were the main cause of irreversible resistance for both dosing strategies.the thickness of the algal cake layer decreased from 4.82m to 4.07m with the increase of pre-mixed dosages袁and the content of algal cells and extracellular organic matter 渊EOM冤in the algal cake layer decreased.In the pre-deposited MIEX袁the morphology of the sediment layer changed with the increase of the dosage ofMIEX袁and when the dosage was maximum袁the sediment layer intercepted more algal cells and EOM袁forming an obvious algal filter cake layer.Key words ：ultrafiltration曰MIEX曰algal water曰membrane fouling曰pre-deposited曰pre-mixedDOI ：10.3969/j.issn.1671-024x.2024.01.006第43卷第1期圆园24年2月Vol.43No.1February 2024天津工业大学学报允韵哉砸晕粤蕴韵云栽陨粤晕GONG 哉晕陨灾耘砸杂陨栽再收稿日期：2022-12-06基金项目：国家自然科学基金资助项目（51978465）；天津市教委科研计划项目（2019KJ009）第一作者：马聪（1982—），男，博士，副教授，主要研究方向为膜法水处理技术。
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电混凝预处理工艺降低膜污染的研究进展金伟【摘要】简述了铁系和铝系电混凝去除污染物的机理，同时以铝为例从膜的内部污染和外部污染两方面阐述了电混凝控制膜污染的机理，内部污染的减轻主要是氢氧化铝的网捕在膜表面形成的滤饼阻止小颗粒物进入膜内部堵塞膜孔，而外部污染的降低归因于形成的滤饼与膜之间的化学引力小。
铁系和铝系电混凝在控制膜污染方面，铝系优于铁系。
另外，电膜生物反应器作为一种新型的控制膜污染的工艺，膜污染的降低主要归因于在系统中发生的电中和，吸附和电化学氧化反应减少了膜表面的污物。
%Discussed iron-based and aluminum-based electro-coagulation mechanisms for conta-minants removal, and for membrane fouling control in aspect of internal and external fouling. Internal fouling mitigation was mainly due to the aluminum hydroxide formed a cake which captu-red the smaller particles and prevented them from reaching the membrane interior and external fouling mitigation was attributed to aluminum hydroxide can also induce easier removal of the cake by weakening the chemical attraction between the components of the cake and the membrane. Moreover, it was proposed that aluminum-based electro-coagulation was superior to iron-based electro-coagulation in membrane fouling mitigation and future directions of research. And electro-MBR as a new process for membrane fouling control, membrane fouling mitigation was attributed to charge neutralization, adsorption and electro-chemical oxidation for membrane foulants reduction.【期刊名称】《中国环境管理干部学院学报》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】5页(P75-78,86)【关键词】电混凝;铁系;铝系;膜污染;电膜生物反应器【作者】金伟【作者单位】中国环境管理干部学院，河北秦皇岛 066102【正文语种】中文【中图分类】X703.1制约膜技术（微滤、超滤、纳滤、反渗透等）应用于给排水处理中最主要的问题就是膜污染问题。
膜污染会导致膜通量的下降和膜压差的上升，进而引起频繁的反冲洗或化学清洗，缩短膜的使用寿命，使系统的运行成本增加。
因此，控制膜污染就成为了膜技术应用过程中必须解决的问题。
膜污染普遍被认为是由于有机物、无机物、胶体和颗粒物以及微生物等污染物在膜表面的吸附以及堵塞膜孔所产生的使膜通量下降，分离特性大幅降低的现象[1]。
对于超滤（UF）和微滤（MF）而言，最主要的问题来源于胶体污染（colloidal fouling）。
Huang[2]等从胶体的粒径大小和胶体与膜之间作用力的大小两方面减轻膜污染的办法：一是增加胶体颗粒的尺寸，使其大于膜孔径，在膜表面形成一层滤饼；二是减少胶体与膜之间的亲和力。
在膜处理系统前增加预处理工艺以达到增加胶体颗粒尺寸的目的成为降低膜污染的方法之一。
目前应用最为广泛和有效的预处理方法是化学混凝法，研究表明，投加混凝剂后增大胶体颗粒的尺寸能大大降低膜污染，增加膜通量。
近年来电混凝作为一种预处理工艺也被广泛应用到膜处理工艺中。
电混凝与传统的化学混凝相比具有这些优点：（1）不改变溶液的pH值；（2）不需要投加化学药剂[3]；（3）占地面积少；（4）投资成本低；（5）形成的矾花密实；（6）不会引入阴离子（如SO42-，Cl-）等[4]。
电混凝原理为：在容器中放入金属电极（通常为铝,铁），由外部电源对处理水体通电，此时阳极板上将释放金属离子，并形成金属氢氧化物絮体，从而达到去除水体中污染物的效果[5]。
1.1 Al电极Mollah[6]等指出Al电极在酸性条件下阳极电解会产生阳离子单体如Al3+和Al （OH）2+，在合适的pH条件下，进一步转化为Al（OH）3，最终聚合成Aln （OH）3n，反应式如下：阳极：阴极：在自然水体中，pH值一般在5～9之间，在此pH值范围内，Al（OH）2+，Al2（OH）24+等也会存在于水体中，这些羟基铝阳离子通过吸附作用也能有效地去除污染物。
1.2 Fe电极Fe用作电极时，可以生成Fe（OH）2，也可以转化为Fe（OH）3，所以对应两种机理来解释电混凝过程[7]：第一种机理解释生成Fe（OH）3，方程式如下：阳极：阴极：总反应式：第二种机理解释生成Fe（OH）2，方程式如下：阳极：阴极：总反应式：无论基于哪种机理，生成的Fe（OH）n(s)都能通过络合或吸附、凝聚作用去除污染物。
另外，生成的H2在上浮的过程中能将水中的悬浮物带到上部达到去除的目的[7]。
2.1 电混凝在降低膜内外部污染中的研究电混凝预处理能减轻膜污染主要表现在以下三个方面[8]：（1）通过凝聚增加颗粒物的尺寸，阻止颗粒物陷入微滤或超滤膜孔中堵塞膜孔，以达到减轻内部膜污染的目的。
（2）通过凝聚增加悬浮物和絮凝体的大小，使得膜表面形成一层具有高孔隙率的滤饼，减轻外部膜污染。
（3）由于剪切力的作用引起的污染物脱落，大尺寸颗粒物剪切力大，更有利于膜污染物的脱落。
这方面的表现仅存在于错流过滤方式中。
因此，对于死端过滤而言，主要从内外部膜污染两方面来控制膜污染。
Sasson[8]等采用铝系电混凝作为死端微滤膜（压差△P=2 bar）的预处理工艺，在pH=6.5时处理1.5 mg/L的二氧化硅胶体溶液1.9 L研究电混凝对膜的内部污染控制，结果表明在相同条件下，直接膜过滤和经电混凝处理之后再经微滤膜过滤，其过滤时间由原来的5.5 h降为只需35 min。
对于膜外部污染的控制，Sasson[8]通过处理稳定的二氧化硅（25 mg/L）颗粒聚集体1.9 L(压差△P=2 bar，pH=6.5)，结果表明，直接过滤和经电混凝之后再过滤，其过滤时间由3 h降为40 min。
这说明无论是内部污染还是外部污染，膜污染都达到了不同程度的减轻。
Sasson[8]通过膜的电镜扫描图片发现内部膜污染的减轻主要是由于形成的氢氧化铝层覆盖在膜的表面成为第二层膜阻止小的颗粒物进入膜内部，而不是由于单纯的颗粒物尺寸的增加。
而外部膜污染减轻主要是因为氢氧化铝的网捕卷扫作用在膜表面形成的滤饼，其结构的液膜阻力较小而达到的。
Lap-Cuong Hua[19]等也指出电混凝能同时改变矾花形成的结构与形态，使其在膜表面的压缩性更强，液膜阻力减小。
2.2 铝系电混凝和铁系电混凝在膜污染控制方面的比较文献中关于应用传统的化学混凝作为预处理工艺来减少膜污染的研究中，不管是用铁系混凝剂[9]还是铝系混凝剂[10]均能减轻微滤[11-12]和超滤[13-14]的膜污染。
然而对于应用电混凝作为预处理来减少膜污染的研究中，铁系电混凝和铝系电混凝却表现出一些差异。
Pouet等[15]采用铝系电混凝作为错流微滤系统的预处理工艺，未经沉淀直接进入膜系统，结果表明铝系电混凝大大地减轻了微滤膜的膜污染。
Harif等[16]也指出在pH值为5和6.5时，应用铝系电混凝作为超滤的预处理工艺，其膜通量比未经电混凝处理要高出20%，然而在pH值为8时，其膜通量基本无改善。
图1所示为铝离子水解后各种存在形式随pH值的变化，由图可知，pH为8时，氢氧化铝量最少，因而也无法对膜污染的减轻起任何积极作用。
另外，铝系电混凝不仅减轻了膜内外部的污染，而且也对反冲洗后膜通量的恢复起到了积极的作用，膜通量的恢复可以达到90%以上。
对于铁系电混凝而言，Bagga等[12]指出在pH值为6.4～8.3时，铁系电混凝应用在死端过滤模式下的微滤系统中处理地表水时，并未表现出如传统铁系混凝的膜污染减轻的情况。
而Ben-Sasson等[17]采用铁系电混凝作为死端微滤系统的预处理工艺处理合成二氧化硅胶体悬浮液时，膜污染情况却有很大的改善。
对于铁系电混凝的这两种截然不同的结果，其解释为[18]：（1）从阳极溶解的亚铁离子絮凝能力较差。
（2）亚铁离子会迅速地与溶解的有机物络合，阻止Fe2+被氧化成Fe3+，阻碍Fe（OH）3沉淀的生成和后续矾花的形成。
前者的地表水中含有大量的天然有机物（NOM），形成的Fe2+-NOM络合物阻止Fe（OH）3沉淀的生成和矾花的形成，导致膜表面污染无减轻。
2.3 电混凝控制膜污染的最新研究工艺-电膜生物反应器（Electro-MBR）传统的电混凝预处理控制膜污染的工艺是电混凝+膜处理系统，即电混凝和膜处理是分别处于两个不同的装置，电混凝后的出水进膜处理系统。
而最新的研究工艺是将电混凝和膜处理系统组合到一个装置中,膜组件处于两电极板之间，见图2[19]。
这种系统能同时将膜过滤、电混凝和生物处理集成到一个系统，由于膜污染物大多是带负电荷的，而由电极板上溶解下来的大量带正电荷的混凝剂通过电中和反应减少膜污染物在膜表面的累积，而且在电膜生物反应器中产生的污泥脱水性能更好[20]。
L-C.Hua[19]等通过传统的膜生物反应器（MBR）和电膜生物反应器（Electro-MBR）的对比实验得出，在同样15 d的操作时间内，当跨膜压力达到70 kPa，即开始化学清洗，结果MBR在15 d内经历5次化学清洗，而电膜生物反应器在15 d内未经历膜清洗，这充分说明将电混凝置于MBR系统是一种非常有效的减轻膜污染的方法，延长了MBR的运行周期。
对于膜污染降低的机理，L-C.Hua[19]等以胞外聚合物（EPS）的浓度衡量膜污垢的多少，实验表明在电膜生物反应器中的EPS比传统膜生物反应器中的有显著的下降，对于溶解型的EPS减少，其解释为电混凝所产生的铝离子中和了悬浮液中带负电荷的污物，使其脱稳后吸附在聚集体上而达到降低的目的。