7期专题|膜法水处理技术：研究、应用与挑战
编者按：
控制水体污染、提升水环境质量、保障用水安全仍然是我国当前和未来相当长一段时间的工作重点，也是建设美丽健康中国的重要基础性工作。加大水处理新技术研发、推进新技术成果转化与应用、强化水环境科技支撑是水污染防治领域的重大需求。膜分离技术作为二十一世纪最有发展前途的清洁技术之一，凭借其分离效率高、出水水质好、占地面积小等优势，在城镇污水再生与回用、工业废水处理、饮用水深度净化等领域得到了广泛的关注和推广应用。
近20年来，膜法水处理技术一直是水处理领域的研究重点和热点，研究成果不断涌现，新材料、新工艺层出不穷，理论和机理不断深入，应用领域持续扩大，已逐步发展成为水和污（废）水处理领域的主导技术。
膜分离技术的核心是膜材料。膜材料的性能体现在分离选择性、透水性、抗污染性、耐酸耐碱抗氧化性等诸多方面。材料科学的快速发展为新膜材料的开发提供了更多可能;同时，在减污降碳理念的引领下，水处理对膜性能的需求则为新膜材料的开发指出了方向，抗污染膜、高分离选择性膜、耐氧化膜等成为膜材料开发领域的重点和热点。与此同时，新型膜材料的出现和日臻成熟也为膜技术在水处理领域拓展了新的方向。
膜分离技术必须以处理工艺作为依托。构建膜处理工艺。针对膜技术前处理、后处理、工艺过程进行优化调控，可以进一步提升膜技术的经济性与运行稳定性，充分发挥膜分离技术的优势。与此同时，膜分离技术可以与吸附、氧化和生物降解等技术进行组合和耦合，进一步拓展膜工艺的处理效能，是膜处理工艺发展的重要方向。
总体而言，膜分离基础理论、新膜材料、新型膜工艺等成果的不断涌现为膜技术的可持续发展提供了不竭动力。但是，还必须认识到，在工程应用中，膜法水处理技术仍然面临着材料性能提升、工艺运行优化、系统稳定运行、节能降耗、浓水安全排放等方面的技术挑战;同时，面对绿色低耗处理、污水资源能源回收等新需求，亟需通过基础理论、材料、技术、工艺与工程应用的紧密结合和全链条创新，不断推进膜法水处理技术的可持续发展。
基于以上背景，为深入交流膜法水处理理论–技术-工程应用过程中的关键问题，研判膜法水处理技术面临的挑战和努力方向，《环境工程》期刊推出“膜法水处理技术︰研究、应用与挑战”专刊，以国家需求为目标，以工程应用为导向，邀请国内学术界、膜生产企业、工程公司和设计院的专家学者和技术人员报道最新研究成果和工程案例。论文类型分为文献综述、工艺技术研究和工程应用三大版块，内容涵盖超/微滤、纳滤、反渗透、电渗析、膜蒸馏等主要膜技术类别以及给水处理、污水再生回用、工业废水处理、海水淡化、污(（废）水资源能源回收等主要应用领域。专刊客观展示了膜法水处理技术的研究和应用现状，集中报道了膜法水处理技术的系列研究和应用成果，具有较高的学术价值和工程借鉴意义。
黄 霞
清华大学环境学院教授、博士生导师
《环境工程》副主编
环境模拟与污染控制国家重点联合实验室主任。国家杰出青年基金获得者、教育部长江学者奖励计划特聘教授和创新团队带头人、首批环境保护部专业技术领军人才、国际水协会杰出会士（Distinguished Fellow）和膜技术专业委员会主席、Frontiers of Environmental Science & Engineering期刊执行副主编、Environmental Science: Water Research & Technology、Water Science & Technology、《环境工程》期刊副主编。主要从事膜法水处理技术、功能膜材料、生物电化学污水处理技术、污水资源化技术等研究。发表SCI收录论文300余篇，连续6年入选爱思维尔发布的中国高被引学者榜单；出版专著/教材5部；曾获国家科技进步二等奖3项（2项排名第1）、部级一等奖4项、Environ. Sci. & Technol. 和ESWRT年度最佳论文奖。主讲本科生国家精品课程《水处理工程》和《环境工程原理》、首批国家精品在线开放课程《水与废水处理工程-物化技术》，曾获北京市普通学校优秀教学成果一等奖、宝钢优秀教师特等奖、清华大学教学成果特等奖等奖励。
王志伟
同济大学环境科学与工程学院教授、博士生导师
《环境工程》编委
国家杰出青年基金获得者、教育部首批青年长江学者，担任国际水协会（IWA）中国青年委员会主席、IWA膜技术专业委员会委员、中国环境科学学会青年科学家分会副主任等学术兼职，兼任Environmental Research、Journal of Environmental Chemical Engineering、《环境工程》、《土木与环境工程学报》等期刊编委。主要从事膜法污水处理理论与技术研究，发表SCI收录论文100余篇、授权发明专利20余项，连续4年入选爱思维尔发布的中国高被引学者榜单，出版专著1部，以第1完成人获2017年度教育部科技进步一等奖。
王小𠇔
清华大学环境学院副研究员、博士生导师
研究方向为饮用水处理过滤技术和工艺。主持或参与多项国家自然科学基金项目和国家“水专项”课题的研究任务。以第一作者或通讯作者发表SCI论文50余篇，获国家发明专利授权多项。获环境保护科学技术二等奖（排名第4）；获中国环境科学学会青年科技奖。担任《膜科学与技术》通讯编委、纳滤膜产业联盟专家委员会委员、中国膜工业协会工程与应用专业委员会委员、国际水协膜技术中国委员会秘书长。
01
新型纳滤膜在水处理与水回用中的研究进展
杨哲1 戴若彬2 文越2 王立1 王志伟2* 汤初阳1*
1.香港大学 土木工程系
2.同济大学 环境科学与工程学院
摘要：近年来,纳滤膜（NF）以其较高水渗透性能、良好水/盐选择性和相较于反渗透膜（RO）低工作压力等优势被广泛应用于水处理和水回用中。然而传统的商品NF的分离性能具有局限性,例如对人体有益的矿物质去除率过高、对污染物去除率偏低,而且渗透性能-选择性能的制衡等问题严重制约了NF的发展及潜在的应用。详细介绍了NF膜在水处理和水回用中的应用及NF结构优化和改性的最新进展;回顾了通过对NF膜除盐层的孔隙率、亲水性、表面官能团及表面带电性等改性方式来提高NF的渗透性、选择性、抗污染、抗菌和耐氯能力等取得的研究成果;最后展望了新型NF膜在水处理和水回用领域的发展。
关键词：纳滤;水处理;水回用;纳米掺杂纳滤膜;中间层纳滤膜
02
膜蒸馏技术疏水膜、组件及工艺研究进展
王军1,2,3* 李魁岭1,2,3 王樟新4 刘烈5 张勇1,2,3 侯得印1,2,3
1.中国科学院 生态环境研究中心 环境水质学国家重点实验室
2.中国科学院 生态环境研究中心 高浓度难降解有机废水处理技术国家工程实验室
3.中国科学院大学
4.广东工业大学 环境生态工程研究院
5.清华大学 环境学院水质与水生态研究中心
摘要：在新兴环保领域,膜蒸馏（MD）技术经最近10年研究的不断拓展、深入,产业链逐渐形成。瞄准膜蒸馏技术涉及的疏水膜、膜组件、工艺与应用3个重要方面,概述了膜蒸馏技术的最近10年研究现状及发展方向。从疏水膜制备的角度,重点探讨了兼具高通量、高强度、抗润湿及抗污染等特点的疏水膜制备方法;从膜蒸馏组件设计角度,重点探讨了结构形式优化、内/外场辅助等过程强化手段及具有稳定、高效、低耗传质特点的膜组件设计方法;从工艺与应用角度,概述了典型膜蒸馏集成工艺、清洁生产工艺及应用场景与国内外产业化现状。
关键词：膜蒸馏;疏水膜;膜组件;集成工艺;脱盐
03
电驱动选择性膜分离技术研究进展
吴悠1,2 高舒嘉1,3 王天玉1 孙境求1,2 胡承志1,2,3*
1.中国科学院 生态环境研究中心 环境水质学国家重点实验室
2.中国科学院大学
3.桂林理工大学 广西环境污染控制理论与技术重点实验室
摘要：电驱动膜分离将电化学与膜分离技术有机结合,通过调控电场或电极电位强化膜分离效果,有望突破膜污染、选择性分离弱及"trade-off"效应等技术瓶颈,是实现污/废水资源化的有效途径。提出电驱动膜分离概念,将电驱动膜分离分为电控膜分离、电渗析和膜电容去离子等技术类型,重点关注选择性膜分离回收废水中有价物质进而实现废水资源化。首先介绍了电驱动膜分离技术的基础研究进展,然后从膜/电极材料创新和工艺优化等角度对电控膜分离、电渗析和膜电容去离子的研究进展进行回顾和总结,最后从基础研究、材料创新和反应器开发3个方面对该技术未来的发展方向做出展望。
关键词：电驱动膜分离;电化学水处理;导电膜;膜污染;废水资源化
04
膜曝气生物膜反应器生物脱氮研究进展
康晓峰1,2 王黎声2 刘春1* 刘艳臣2* 黄霞2
1.河北科技大学 环境科学与工程学院 河北省污染防治生物技术重点实验室
2.清华大学 环境学院环境模拟与污染控制国家重点联合实验室
摘要：膜曝气生物膜反应器（MABR）是一种新型生物污水处理技术,具有氧传质效率高、底物氧气异向传质等特点,在污水高效脱氮、节能降耗、污泥减量化等方面优势明显,近年备受关注。近20多年的研究中,系列研究工作对影响MABR运行效果的气体传质、物质传递及微生物群落结构等因素进行了深入探索,在工艺控制与优化、反应器设计与改进、脱氮工艺过程模型开发与模拟等方面取得较大进展突破。随着膜材料的不断改进和全面应用,MABR技术具有良好的工程实践前景。
关键词：膜曝气生物膜反应器;异向传质;无泡曝气;生物膜
05
高压膜表面性质对膜污染的影响机制
刘彦伶1,2 李天玉3 王小𠇔1* 解跃峰1 黄霞1
1. 清华大学 环境学院 环境模拟与污染控制国家重点联合实验室
2.同济大学 环境科学与工程学院 污染控制与资源化研究国家重点实验室
3.北京碧水源膜科技股份有限公司
摘要：围绕纳滤膜和反渗透膜在水处理应用中的膜污染问题,论述了膜表面亲疏水性、荷电性、官能团和粗糙度4种关键性质对包括有机污染、无机污染、结垢污染和生物污染在内的不同污染类型的影响,分析了研究中由膜表面性质耦合性和污染物性质差异所导致的不同结论,并总结了膜表面各性质对膜污染的影响机制以及存在不确定性的原因,可为针对膜表面性质与膜污染相关性的研究和抗污染膜的研发提供建议。
关键词：膜污染;亲疏水性;荷电性;官能团;粗糙度
06
多孔膜过滤的颗粒输移模型研究现状及展望
秦兰兰 黄海鸥*
北京师范大学 环境学院
摘要：多孔膜过滤应用于水处理时,进水中的颗粒物可能会在膜表面吸附,使水流通道逐步缩小甚至完全堵塞,造成严重膜污染。因此,重点关注了水体颗粒物在多孔膜过滤系统中传质所引发的多层吸附和通道阻塞现象,并对描述污染过程的数值模型进行了综述。按照模拟尺度,现有模型可分为宏观、介观和微观模型3类。由于膜污染是颗粒-水流、颗粒-膜表面和颗粒-颗粒3种作用相互竞争的结果,因此完备的颗粒输移模型需要能够同时详细描述这3种相互作用。然而对于实际膜法水处理系统,现有模型还难以达到要求。据此,对未来膜污染模型和实验验证工作的发展需求作了简要概述,以期为水厂膜污染的控制提供参考。
关键词：水处理;多孔膜;过滤;颗粒输移模型
07
反渗透膜生物污堵监测及其控制的研究进展
孙浩 于童* 殷豪帅 赵飞 施雪卿 毕学军
青岛理工大学 环境与市政工程学院
摘要：综述了RO膜面微生物群落结构及EPS的最新研究进展,并对RO膜生物污堵的监测技术和控制方法进行总结。膜面微生物中变形菌门（α-,β-和γ-变形菌纲）、拟杆菌门和浮霉菌门相对丰度较高,产生EPS较多的鞘氨醇单胞菌属、假单胞菌属在膜污堵中起到重要作用。EPS中多糖更易附着于膜面,EPS中大分子组分的RO膜污堵潜势更高,透明胞外聚合物（TEP）能促进生物污堵的形成。对进水中有机物参数和微生物参数的测定能反映进水RO膜污堵潜势,但并不能用于确定膜面污堵的实际情况。而对RO膜组件的动态监测能够及时反映膜污堵状态。进水预处理和膜清洗已被用于延缓RO膜生物污堵,而膜改性和生物处理等方法的开发为RO膜生物污堵的控制提供了新途径。根据研究现状,认为今后反渗透膜抗生物污堵的研究需要完善进水生物污堵潜势评价指标,加大对膜面污堵中优势菌群和污堵潜势大的EPS的控制研究,并对新型抗污染改性膜的工程实用性进行关注。
关键词：反渗透膜;生物污堵;生物膜;监测技术;预防和控制
表2 RO系统进水水质指标的总结分析
08
地下水源膜法给水厂长期运行过程中膜性能演变
常嘉雨1,2 于水利1,2* 刘华发1,2 高乐1,2 刘贵彩3
1.同济大学 环境科学与工程学院 污染控制与资源化研究国家重点实验室
2.上海污染控制与生态安全研究院
3.济南大学 土木建筑学院
摘要：大庆油田水务公司西水源水厂以地下水作为主要水源,采用臭氧/活性炭+超滤膜（UF）处理工艺;自2014年投产至2019年底已经运行5年,水厂出水浊度、有机物(CODMn)和菌落总数等水质指标均稳定达标,但超滤膜污染导致膜性能变化。为了探究5年运行过程中超滤膜处理性能演变情况,对膜出水水质、膜通量、跨膜压差和膜污染层等进行分析。结果表明:超滤膜对浊度和微生物的去除率保持在90%以上,对CODMn平均去除率维持在9%。运行5年过程中,超滤膜的比通量每年下降2.1%～4.6%,恢复性化学清洗（CIP）对超滤膜的通量与比通量恢复率分别维持在73%～91%和85%～92%。污染层分析结果表明,超滤膜的有机污染物主要是腐植酸和蛋白质等;无机污染物包括锰、铁、硅、钙和铝等。高价金属元素与有机物形成络合污染物,在污染层中起到支配作用;另外,钙和硅的无机盐垢也不可忽视。
关键词：饮用水;超滤膜;长期运行;处理效能;膜性能
09
陶瓷膜组合工艺对自来水厂排泥水的处理效果
陈丽1,2 李佳宾1,2 付宛宜1,3 张锡辉1,2,3*
1.清华大学深圳国际研究生院
2.清华大学 环境学院
3.清华大学-伯克利深圳研究生院
摘要：研究了陶瓷膜组合工艺对南方某自来水厂排泥水的净化处理效果,主要工艺单元包括混凝、臭氧氧化、超滤陶瓷膜与活性炭过滤,实现排泥水资源回收利用。采用规模为10 m3/d中试装置,陶瓷膜通量为100 L/（m2·h）,跨膜压差TMP<30 kPa。考察了组合工艺对浊度、色度、有机物(CODMn)、氨氮、土臭素（GSM）、二甲基三硫醚（DMTS）、2-甲基异莰醇（2-MIB）、药物和个人护理产品（PPCPs）和内分泌干扰物（EDCs）等污染物的去除效果。结果表明:经中试工艺处理后,出水指标均达到GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》。中试工艺对浊度、色度、CODMn和氨氮的平均去除率分别为99%、100%、75.9%和72.3%,对PPCPs、EDCs、DMTS和2-MIB的平均去除率分别为95.4%、78.3%、90.3%和100%,处理效果显著优于该自来水厂现有排泥水处理工艺。原位臭氧氧化还能够有效缓解膜污染。中试结果表明,臭氧/陶瓷膜和活性炭过滤组合工艺回收处理自来水厂排泥水在技术上稳定可行。
关键词：陶瓷膜;臭氧;活性炭;回用;排泥水
10
典型海水淡化系统的水足迹评价
邢丁予1 陶思怡1 张小磊1 潘献辉2 董文艺1* 尤菁2 孙飞云1
1.哈尔滨工业大学(深圳) 土木与环境学院
2.自然资源部天津海水淡化与综合利用研究所
摘要：海水淡化是缓解我国水资源匮乏的有效方式之一。目前国内外主要关注海水淡化技术的成本和水质,缺乏对海水淡化水资源效益的量化评价。根据ISO水足迹理论,划定海水淡化量化边界,进行典型海水淡化工艺生产阶段清单分析,建立了海水淡化水足迹量化及评价方法。结果表明:低温多效蒸馏水稀缺足迹比反渗透水稀缺足迹高出3～4倍,2种工艺的海水淡化水稀缺足迹的关键影响因素均为电耗;反渗透工艺的水劣化足迹均低于低温多效蒸馏工艺海水淡化。因此,在样本范围内,反渗透工艺的水资源效益整体优于低温多效蒸馏工艺。水足迹评价研究结果揭示,海水淡化生产阶段的水资源消耗和水质影响,有助于引导海水淡化技术向提高水资源效益和降低能耗、消除水污染的方向发展,以期为海水资源科学开发利用提供技术支撑。
关键词：水足迹;海水淡化;反渗透;低温多效蒸馏;水资源效益
11
大型中试厌氧膜生物反应器处理城市污水的稳定运行与物料平衡分析
孔哲1,2 吴江2 荣超3 王添颉2 李璐1,2 黄勇1 李玉友2,3*
1.苏州科技大学 环境科学与工程学院
2.日本东北大学 工学研究科环境保全工学研究室
3.日本东北大学 环境研究科
摘要：为推进节能减排低碳化社会的进程,验证了利用厌氧消化新技术处理城市污水的可行性,在日本仙台市搭建并成功运行了目前世界上最大的中试浸没型一体式厌氧膜生物反应器,实现了在25℃左右的常温条件下对实际城市污水的高效厌氧处理。该中试反应器从2019年5月运行至2020年1月,历时217 d,最短水力停留时间缩短至6 h, COD去除率高达90%以上,BOD5去除率为95%。1 m3城市污水中可回收沼气0.09～0.10 m3,每处理1 g COD可回收沼气约0.25 L,沼气中甲烷平均含量可达到75%。每处理1g COD中有0.19～0.26 g转化为污泥,污泥产率小于传统好氧活性污泥法。研究采用的微滤膜可实现最大膜通量为17.75 L/（m2·h）,稳定运行最大跨膜压量可达到23.5 kPa。该中试工程的成功运行再次验证了厌氧消化技术与膜分离技术结合在低浓度城市污水处理中的可能性与实用性,实现了节能减排与生物质能源利用,是一项可持续性发展的革新工艺。研究在大型中试规模实现了厌氧膜生物反应器的长期稳定运行,也为后续污水处理研究提供了基本运行参数和工程可靠性基础。
关键词：厌氧消化;厌氧膜生物反应器;城市污水;运行效果;物料平衡
12
高浓度中温厌氧膜生物反应器处理城市污水厂污泥的厌氧消化效果
郭广泽1 李烨媚2 周士统1 李玉友1,2*
1.日本东北大学 环境科学研究科 环境科学系
2.日本东北大学 工学研究科 土木与环境工程系
摘要：利用厌氧消化技术处理城市污泥等有机废弃物,可以生成以甲烷为主要成分的沼气,同时实现废弃物减量化。传统的污泥厌氧消化技术存在水力停留时间长,处理水质差,反应器对环境变动敏感,运行不稳定等缺陷。使用有效体积15 L的实验室规模厌氧膜生物反应器（AnMBR）对初沉污泥与剩余污泥混合的城市污水厂污泥进行高浓度厌氧消化处理。AnMBR通过膜过滤方式将悬浮固体（SS）截留在反应器内,增强了反应器运行的稳定性并促进有机物的分解。AnMBR反应器在中温35℃,HRT为15 d,有机负荷为4.66 g-COD/（L·d）的条件下进行了为期155 d的长期运行实验。实验过程中,反应器运行稳定,没有出现氨氮抑制和挥发性脂肪酸的积累。沼气收率为0.48 L/g-VS,甲烷平均含量为63.32%。膜过滤水中COD浓度为0.77 g/L,COD去除率高达98%以上。通过物质衡算,基质总COD的54.38%转化为甲烷,仅有0.6%残留在膜过滤水中。在保持反应器污泥浓度25 g/L的高浓度条件下,实现了工作模式为4 min抽吸,1 min休息,平均膜通量9.6 L/（m2·h）的连续稳定运行。通过膜阻力抵抗值的计算,污染膜总阻力为11.87×1012/m,其中附着在膜表面的泥饼层和导致膜孔闭塞的有机层为膜污染形成的主要因素。通过长期连续实验的产甲烷情况及膜过滤效果,验证了AnMBR在有机废弃物减量化和能源回收应用上的可行性。
关键词：城市污泥;厌氧消化;厌氧膜生物反应器;膜污染
13
两级动态膜反应器脱氮性能及微生物相互作用
罗晓楠1,2,3 杨一清4 张楠4 孟凡刚1,3*
1.中山大学 环境科学与工程学院
2.广东工业大学 环境生态工程研究院
3.广东省环境污染控制与修复技术重点实验室
4.广州环投环境服务有限公司
摘要：动态膜对跨膜压差要求较低,在保证悬浮物去除效果同时对减少能耗有关键作用。同时,动态膜也可以保护用于低C/N污水脱氮的厌氧氨氧化菌（AMX）。在设置动态膜的A/O工艺中处理低C/N废水,将异养菌和自养菌在A和O池中进行分离,并在O池絮状污泥中富集好氧氨氧化菌（AOB）,生物膜上富集厌氧氨氧化菌（AMX）。反应器在C/N=1情况下,NH3-N、TN和COD去除率分别为（91.2±7.5）%、（81.0±8.1）%和（86.4±7.5）%。COD主要在A池去除,TN主要在O池去除。重力驱动出水的动态膜运行效果良好,稳定运行下出水ρ（SS）为（12.2±4.5） mg/L。系统利用动态膜和生物膜实现了功能菌之间的空间分离,反硝化菌主要分布在A池（相对丰度约30%）,AOB主要分布在O池中悬浮污泥（相对丰度约5%）,而AMX富集在O池生物膜上（相对丰度>20%）。生态网络分析显示,微生物群落中的正相关关系比例均超过70%,保证了系统的良好性能。可见,PN/A、动态膜及A/O结合工艺可提高不同功能微生物协同作用,在低C/N污水脱氮方面有较好效果,具有良好应用前景。
关键词：自养脱氮;动态膜;反硝化;微群落结构;微生物相互作用
14
耦合颗粒受力解析的CFD模型及其在超滤膜污染机制中的应用
王芮1,2 尤宏2 尚文涛1 孙飞云1* 岳三峰1 孙金旭1
1.哈尔滨工业大学(深圳) 土木与环境工程学院
2.哈尔滨工业大学 环境学院
摘要：膜污染可以视为颗粒在膜表面的沉降过程。为深入了解在过滤通道内发生的颗粒迁移和沉降过程,建立了一种耦合颗粒受力的计算流体力学（CFD）模型。通过分析颗粒在超滤过程中的受力,将颗粒受力分析的用户自定义函数（UDF）与CFD中的离散相模型（DPM）耦合,对颗粒的迁移轨迹及沉降进行模拟,并利用过滤实验和微粒子图像测速技术（Micro-PIV）对CFD模拟结果进行了验证。结果表明:颗粒沉降概率与跨膜压差呈正相关,与错流速度呈负相关,超滤实验证明了CFD模拟颗粒沉降的准确性。Micro-PIV示踪粒子的运动轨迹记录膜腔内的速度场分布也验证了CFD模拟流场的准确性。CFD模型可视化地并直观地揭示了膜过程流场和颗粒运动情况,为理解膜污染机制提供了科学依据,对优化膜模块具有重要的指导作用。
关键词：超滤膜污染;颗粒受力解析;颗粒运动和沉降;CFD;Micro-PIV
15
混凝–臭氧/吸附–超滤–反渗透组合工艺对页岩气返排液水质净化效能分析
白玉华1 孙玉2,3 吴明火4 周云1 唐怀彬1 曾艳5 刘百仓2*
1.成都大学 基建处
2.四川大学 建筑与环境学院
3.中国石油集团川庆钻探工程有限公司 安全环保质量监督检测研究院
4.大连理工大学 海洋科学与技术学院
5.成都市排水有限责任公司
摘要：页岩气返排液中部分小分子有机物如二甲基苄胺（DMBA）、吲哚啉和6-甲基喹啉较难去除,采用混凝-臭氧/吸附-超滤-反渗透组合工艺处理页岩气返排液,探究了其有机、无机组分的去除规律。结果表明:混凝-臭氧-超滤-反渗透组合工艺对离子的去除率为96.7%～99.86%,对DOC和UV254的去除率分别为98.7%和99.13%,对DMBA、吲哚啉和6-甲基喹啉去除率分别为82.02%、98.02%和97.67%;混凝-吸附-超滤-反渗透组合工艺对离子的去除率为95.99%～99.86%,对DOC和UV254的去除率分别为95.31%和97.54%,对DMBA、吲哚啉和6-甲基喹啉去除率分别为70.19%、94.70%和87.93%。混凝-臭氧/吸附-超滤-反渗透工艺可有效去除返排液中的离子、DOC和UV254,对DMBA、吲哚啉和6-甲基喹啉的去除效果显著,有利于返排液的外部回用。
关键词：页岩气返排液;混凝-臭氧/吸附-超滤-反渗透组合工艺;水质参数;有机物
16
陶瓷膜强化高钙镁油藏聚合物驱采出水处理工艺研究
孔繁鑫1 肖伟豪1 何建华2 陈进富1*
1.中国石油大学(北京) 化学工程与环境学院 重质油国家重点实验室 油气污染防治北京市重点实验室
2.中国石化江汉油田分公司勘探开发研究院
摘要：高钙镁油藏聚合物驱采出水中高浓度的水解型聚丙烯酰胺（HPAM）,易造成常规"隔油-混凝-过滤/气浮"工艺出水水质恶化和滤料堵塞,因此亟须开发高钙镁油藏聚合物驱采出水处理技术与方法。陶瓷膜因其良好的出水水质和抗污染、耐酸碱清洗等优势在油气田废水处理中日益受到重视。基于高钙镁油藏采出水中HPAM浓度高的难题,以提高出水水质和工艺稳定运行为目的,研究了化学絮凝和臭氧氧化+化学絮凝预处理对陶瓷膜出水水质和膜污染的影响。结果表明:HPAM浓度为500 mg/L的模拟采出水经化学絮凝和臭氧氧化+化学絮凝2种预处理工艺,均能有效地减缓陶瓷膜的污染并提高陶瓷膜出水水质,其中臭氧氧化+化学絮凝+陶瓷膜过滤工艺处理后,出水油含量低于10 mg/L,粒径中值<0.8μm,出水水质符合SY/T 5329—2012《碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法》油藏地层空气平均渗透率>0.05μm2的要求,说明臭氧氧化+化学絮凝+陶瓷膜工艺处理高聚合物浓度采出水的可行性。
关键词：聚合物驱采出水;陶瓷膜;混凝;臭氧氧化
17
新型PDMS相转化膜在萃取膜生物反应器中的应用
任龙飞 徐宇博 邵嘉慧*
上海交通大学 环境科学与工程学院
摘要：萃取膜生物反应器（EMBR）可将难降解的苯酚高盐废水分离为易降解的低浓度苯酚废水,从而实现苯酚高盐废水的高效降解。针对EMBR中传统硅橡胶管式膜苯酚跨膜传质速率较慢的问题,研究采用相转化法直接制备聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜,可同时实现苯酚高渗透性与无机盐高截留率。探究了萃取膜生物反应器中废水、微生物单元的流量、pH、温度等参数对苯酚跨膜传质与无机盐截留的影响,优化了EMBR运行条件,并探究了EMBR内微生物的苯酚降解能力及对苯酚跨膜传质的影响。研究发现EMBR最优运行条件:废水单元流量为0.17 L/h、pH值=5.1、温度为34℃;微生物单元流量为0.17 L/h、pH值=5.75、温度为30℃。投加微生物后,该EMBR的苯酚跨膜传质系数最高可达到（4.0～4.3）×10-7 m/s,苯酚去除率始终维持在100%,NaCl截留率高于99.9%。研究成果有助于解决EMBR应用推广的瓶颈,对我国水环境污染治理和水资源安全保障有积极意义。
关键词：苯酚高盐废水;萃取膜生物反应器;聚二甲基硅氧烷;相转化膜;跨膜传质
18
序构分离–吸附膜对多组分污染物的去除
谢佳 廖志鹏 齐俊文 王超海 李健生*
南京理工大学 环境与生物工程学院新型膜材料工业和信息化部重点实验室
摘要：传统的膜分离难以实现低压下多组分污染物的同步去除。通过错流灌装的方式将沸石咪唑酯骨架结构材料ZIF-8灌装到非对称超滤膜分离层下的指状孔内,制备了序构分离-吸附双功能膜（DFUM）,并开展了其对水中复合污染物同步去除性能的研究。在不改变原始膜结构与截留性能的基础上,DFUM内ZIF-8纳米粒子的负载量可达到2.87 mg/cm2。以腐植酸与Cu2+为模型污染物,考察其在多种污染物共存体系的去污性能,结果显示:在0.16 MPa压力和45 L/（m2·h）通量工况下,先分离后吸附的序构设计可同步去除HA和Cu2+,去除率分别为95.4%和97%,Cu2+的去除性能不受共存的腐植酸影响;与表面沉积的方式相比,DFUM对废水中Cu2+的有效去除体积可提高3倍。研究可为水中多组分污染物的低压同步去除提供新的策略。
关键词：分离-吸附双功能膜;ZIF-8;重金属;腐植酸;序构微界面
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中空纤维超滤膜处理聚合物驱采油污水中膜污染特性分析
姚海博1,2 吴世红1,2* 尹延梅3 葛丽燕1,2 王捷4,5 程志杨4,5
1.交通运输部天津水运工程科学研究所
2.天科院环境科技发展(天津)有限公司
3.天津新启缘环境材料科技有限公司
4.天津工业大学 环境科学与工程学院
5.加州大学洛杉矶分校 环境与可持续发展研究所
摘要：聚合物驱采油污水中大量聚合物的存在影响了污水的性质,它对超滤膜的污染机理与一般采油污水不同。研究了超滤过滤模拟含聚合物污水过程中,聚合物浓度对膜通量的影响,通过对过滤实际原水污染膜纤维进行化学清洗以及污染膜表面和断面扫描电镜分析,优选化学清洗方案。在此基础上,采用优选的化学清洗方案对工程应用中的膜组件进行清洗。结果表明:随着聚合物浓度升高,膜通量衰减逐渐加剧;NaOH和十二烷基苯磺酸钠组合对聚合物污染清洗效果最佳,可恢复初始通量的75%;分析清洗后膜表面的扫描电镜图表明,原水中物质会在膜面累积形成稳定凝胶层并对膜造成不可逆污染。
关键词：含聚污水;膜污染;聚合物;凝胶层
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微滤–纳滤组合工艺在饮用水深度处理中的大型工程应用
刘牡1* 王少华2 王同春1 段梦缘1 苏英强1 韩慧铭1 林晓峰1 黎泽华1
1.金科环境股份有限公司
2.张家港市给排水公司
摘要：张家港第三水厂供水规模为20万m3/d,日常采用混凝+沉淀+过滤+氯消毒的常规饮用水处理工艺。基于纳滤膜对于中小分子有机物与钙、镁、硫酸根等盐离子的高效截留能力,该项目创新性地在国内首次采用现状常规工艺+压力罐式微滤+纳滤的净水工艺,对张家港第三饮用水厂深度处理大型工程（设计产水规模为10万t/d）进行升级改造设计。经改造后,预计纳滤系统对于COD以及TOC的去除率可达到90%以上,消毒副产物的去除率可达到70%～80%,色素类物质的去除率可达到70%以上,臭味物质的去除率为50%～70%,整体脱盐率为30%～40%;纳滤系统回收率整体可达到90%。预计压力罐式微滤系统和纳滤系统的能耗分别为0.003,0.197 kW·h/t;在实现高品质供水的同时,可提高水厂应对突发污染风险的能力。
关键词：饮用水;压力罐式微滤;纳滤;微污染物
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阵列平板膜的研制及其在市政污水处理中的应用
代攀1* 袁乙兆1 丑树人1 冯春磊1 李向杰1 张姣2*
1.北京碧水源膜科技有限公司
2.清华大学 环境学院
摘要：膜生物反应器已成为水资源再生利用的一种重要设备,在加强生化处理效果、稳定水质水量方面具有较强优势,但较高的投资和运行成本却制约其进一步推广应用。研制了一种用于膜生物反应器的新型阵列平板膜,在活性污泥体系中的临界膜通量可达到114～120 L/（m2·h）,且通量分布均匀性优于中空纤维膜。实际市政污水工程应用中,在膜通量为16～25 L/（m2·h）,辅以定期高强度曝气物理清洗条件下,该阵列平板膜的跨膜压差显著低于同等条件的中空纤维膜,且增长缓慢,出水水质达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准,在保证出水水质的同时,降低了膜生物反应器的运行成本。
关键词：膜生物反应器;阵列平板膜;膜通量;临界通量;通量分布;跨膜压差;膜污染
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某污水处理厂MBR膜系统新增组器运行效果分析
吕龙 张怡晓 张颖 孟繁龙 李超 汪涵*
北京碧水源膜科技有限公司
摘要：膜生物反应器（MBR）技术由于其占地面积小、出水水质好、生物量大、产泥率低等优点在水处理行业被广泛应用。自2010年以来,我国MBR投运水厂数量呈快速上升趋势。如今,早期投运水厂MBR产品性能衰减严重或已达使用年限,无法继续满足处理水量的要求,陆续出现新增膜组器以及更换膜组器的需求。以某水厂新增组器项目为例,评价新增膜组器后,原膜组器与新膜组器的运行情况,并对组器性能差异产生的系统运行影响进行分析。结果表明:新增膜组器在通量20.8 L/（m2·h）、曝气强度70 Nm3/（m2·h）、气水比6条件下稳定运行160 d,膜比通量衰减约30%,体现出较好的运行性能。同时,新组器吹扫能耗低于原组器,起到节能降耗的作用。此外,在回流量无法提高的前提下,新组器的高通量运行可能会导致廊道污泥浓度分布不均,回流端污泥浓缩显著。受产水管压力损失影响,廊道各组器产水量的差异性会导致各组器污染程度不同。
关键词：MBR;膜比通量;吹扫能耗;膜污染
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北方某再生水厂MBR工艺设计
王浩1,2 谭颖峰3 刘国梁1,2* 王晓爽4 魏磊4 元毛毛4 张志强1,2 邱浩然1,2
1.北京市污水资源化工程技术研究中心
2.北京城市排水集团有限责任公司
3.北京北排建设有限公司
4.北京北排水环境发展有限公司
摘要：MBR因其显著的优势成为市政污水深度处理领域最有效的技术之一,但高昂的运行成本限制了MBR的推广应用。以北方某再生水厂大型MBR污水处理工程为例,探究所采用的新型膜装置以及合理的工艺设计对膜污染及运行能耗的控制效果。实际运行数据分析得出以下结论:1)进水污染物浓度虽然有较大波动,但其出水水质稳定,各项指标优于排放标准（DB 11/890—2012《城镇污水处理厂水污染物排放标准》）中B标准的要求。2)MBR系统采用PVDF材质,TIPS工艺制造的膜产品,膜丝强度大,组器填充密度高达895 m2/m3。3)MBR工艺采用先进的预处理系统和高强度脉冲曝气系统有效缓解膜污染,节省曝气量约25%。
关键词：再生水厂;MBR;高强度脉冲曝气;预处理系统
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高分离纳滤系统在煤化工高盐废水零排放中的应用
赛世杰1,2* 李买军1 党平1 刘慧1 张娜1 黄霞2
1.内蒙古久科康瑞环保科技有限公司
2.清华大学 环境学院 环境模拟与污染控制国家重点实验室
摘要：提出了1种由3个纳滤子系统构成的高分离纳滤系统,开展了该纳滤系统在煤化工高盐废水零排放工程中的应用及效果分析。结果表明:纳滤系统的SO42-和Cl-平均截留率分别为99.7%和-13.7%,平均水回收率高达81.9%,对1、2价盐分离效果较好;纳滤系统和各子系统在连续运行中的水回收率和运行压力波动较小,系统运行稳定性较高;纳滤系统的COD、Ca2+和Mg2+平均截留率分别为47.6%、76.9%和86.0%,而纳滤1、2、3子系统的清洗频率分别仅为每月2.1,0,1.0次,表明系统具有较高的抗污染性能。工程应用表明,高分离纳滤系统在高盐废水零排放领域具有很好的应用前景。
关键词：纳滤;高盐废水;零排放;煤化工;截留率
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电渗析技术在水泥厂废水零排放处理中的应用
施小林1 王大新2 楼书怿2 陈富强3 李玉友1,3*
1.日本东北大学 环境科学研究科
2. 杭州匠容道环境科技有限公司
3.日本东北大学 工学研究科 环境保全工学研究室
摘要：在国家污废水资源化战略政策驱动下,工业废水零排放已成为必然趋势。作为重工业的水泥厂主要产生的循环冷却排污废水具有含盐量高、浓缩倍率大、Ca2+、Mg2+浓度高等特点,排放和回用前须进行科学有效的脱盐处理,以减少环境污染及负担。传统处理工艺存在加药量大、运行不稳定、易造成二次污染的剩余化学污泥量大等诸多的问题。采用混凝沉淀+反渗透+电渗析工艺深度处理水泥厂排污水的技术思路,探讨了电渗析单元在高盐废水处理中极致浓缩作用及特点并考察了其长期运行效果。在陕西省某水泥厂2个月以上的运行结果表明,电渗析系统脱盐率为24.7%,浓缩倍率为14.6倍,浓缩液平均电导率和产水量分别为147.7 mS/cm和0.07 m3/h。
关键词：电渗析;零排放;浓缩;高盐废水
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预处理＋多级膜浓缩＋蒸发结晶＋膜电解组合工艺在造纸废水零排放工程上的应用
李大海 张星星 陈甘 许世泉 杨学敏 高懿
浙江开创环保科技股份有限公司
摘要：以国内某工业园区中水回用示范项目1.75万m3/d造纸废水零排放工程为例,对工程采用的预处理+多级膜浓缩+蒸发结晶+膜电解组合工艺流程及设计参数情况进行了重点说明,对部分工艺单元的运行数据进行了技术分析。运行数据表明:臭氧活性炭生物滤池对造纸废水二级出水残留COD的去除率>50%,机械加速沉清池对一级反渗透浓水硬度的去除率达到70%,离子交换器出水硬度稳定在0～4 mg/L,NaCl浓缩反渗透单元对Cl-的再浓缩比约为3倍。最后介绍了对于膜浓缩和蒸发结晶系统改造的工程经验,并从技术总结的角度阐明完善的工艺流程及技术保障措施是该工业废水零排放工程获得成功的根本。
关键词：造纸废水;臭氧活性炭生物滤池;机械加速澄清池;多级膜浓缩;离子交换;蒸发结晶;滚筒干燥;电渗析;膜电解
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工程菌增效/双膜工艺改造农药化工污凝水处理工程实例及运行分析
邢世才1,2 于水利1,2* 顾正阳1,2
1.同济大学 环境科学与工程学院 污染控制与资源化研究国家重点实验室
2.上海污染控制与生态安全研究院
摘要：农药化工废水水质复杂、可生化性差,采用传统生物工艺的处理难度大且效果不理想。针对国内某农药化工废水蒸发后产生的污凝水,采用常规生物处理后,出水化学需氧量（COD）、总氮（TN）及氨氮（NH3-N）不能达到当地污水处理厂收纳标准的问题,该项目采用外部投加工程菌以提高原生化单元的污水理效能,并增设超滤和反渗透双膜工艺以保障出水水质。改造后的工艺系统调试表明,工程菌增效提升了生化处理单元对污水COD及TN的去除率（分别达到85%与67%）,双膜工艺保障处理后,水质[ρ（COD）<500 mg/L,ρ（TN）<70 mg/L,ρ（NH3-N）<45 mg/L]达到下游污水处理厂的收纳标准。经成本核算,该厂污凝水处理项目运行成本为52.77元/t。工程菌增效/双膜工艺改造方案实现了对该厂污水的达标处理排放。
关键词：农药化工厂;污凝水;工程改造;工程菌增效;双膜工艺
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《环境工程》创刊于1982年，由中国工程院院士、美国国家工程院外籍院士、中国科学院生态环境研究中心研究员、清华大学教授曲久辉担任主编，为中国自然科学中文核心期刊，RCCSE中国核心学术期刊，中国环境科学类核心期刊，中国科学引文数据库(CSCD)来源期刊，中国科技论文统计源期刊，中国期刊方阵双效期刊，入选 NSTL科技文献数据库，NIKI中国期刊全文数据库，美国化学文摘CA，世界期刊影响力指数(WJCI)报告等。
环保面前 没有旁观者