市政二级膜污染废水回收回顾

市政二级膜污染废水回收回顾作者：徐客，任宏强，丁丽丽，耿金菊和张婷婷收到:2012年5月2日/接受:2012年8月27日/网上公布:2012年9月4日#斯普林格出版社2012摘要城市二级污水回收在缓解非饮用用途被认为是至关重要的对现有的需求有限的水供应从被保护剩余的水源污染了。近几十年来,反渗透和纳滤膜技术已成为越来越多有吸引力的市政二次回收废水高效,操作方便,和经济实惠。然而,膜污染膜技术的发展的主要障碍在市政二级废水回收。本文综述三种类型的膜污染市政二级废水回收,即污水有机质(EfOM)膜污染,微生物膜污染、无机膜污染及其相关性。膜污染的EfOM和微生物发现严重显著相关。大多数以前的研究膜污染的实验室实验有机物和细菌模型,但这些模型有机物和细菌可能仍然缺乏代表性。更多的研究在市政膜污染与实际废水二次废水回收是必不可少的。关键字膜污染回收市政二次废水废水有机物反向渗透纳滤责任编辑:菲利普。徐客，任宏强，丁丽丽，耿金菊和张婷婷污染控制和资源利用国家重点实验室,南京大学环境学院,210093南京,中国电子邮件:[e-mail]介绍纳滤(NF)和反渗透(RO)越来越多用于市政二级的先进治疗废水,特别是淡水资源匮乏的地区,为生产高质量的重用。NF和罗膜具有非常高的污染物滞留率,使污染物不断坚持和沉积膜表面,最终导致了膜污染。膜污染横跨膜的压力增加,降低膜通量,降低污染物保留率,膜,缩短使用寿命。因此,有效控制膜污染的影响是一个关键因素膜技术的可行性和经济效益。的高级处理市政二级废水利用膜技术,膜污染分为以下几类:有机废水物质(EfOM)膜污染,微生物膜污染、无机膜污染。饲料的解决方案化学条件(包括pH、离子强度、多价阳离子、胶体、蛋白质、多糖和亲水性/疏水物质)和膜性能(表面粗糙度、疏水性、电荷和分子重量截止),以及其他因素,大大影响膜污染(赵etal.2010;韩etal.2010;徐etal.2010)。污水有机质膜污染废水EfOM指的是可溶性的有机化合物从生物废水处理。到目前为止,EfOM的组成和特点知识并不够。EfOM代表一大群结构复杂的、异构的和缺乏定义的有机化合物来自原始废水和微生物处理系统的新陈代谢活动。一般来说,EfOM由难熔化合物、残余可降解基质、中间体、终端产品、复杂有机化合物、可溶性微生物产品(SMP)(1999年巴克和Stuckey)。直到现在,一些主要组件EfOM已经认可,例如水生腐殖物质(观众)、多糖、蛋白质、氨基酸糖、核酸、腐殖质和富啡酸、有机酸、和电池组件。然而,这些的总量成分只占15-20%EfOM(巴克和斯塔基1999;巴克etal.2000;Dignacetal.2000;丁etal.1996;Jarusutthirak和艾米2007;万佳和Rebhun1982;罗桑伯格etal.2006;Schieneretal。1998)。复杂和异构物理化学EfOM导致模棱两可的性质的理解膜污染,这也意味着它很难实现一个统一的解释过程和机制EfOM的膜污染。疏水性和分子量是重要的显著EfOM的理化指标影响膜污染。一些研究人员调查其对膜污染的影响,绘制不同的结论。赵etal。(2010)孤立的四个EfOM分数包括观众、亲水氨基酸(HPIA),亲水基地(HPIB),和亲水性中性色(HPIN)从ultrafiltration-pretreated市政二级废水基于疏水性和特点。他们发现,物理化学之间的显著相关属性和潜在污染的存在。在水动力典型的商业和化学条件应用程序、HPIN分数主要由适用的碳水化合物,表现出最高的好感膜,导致通量下降,最高而赋予、HPIAHPIB造成较低的膜污染。分etal。(2010)研究了NF膜污染废水回收利用相结合的膜生物反应器(MBR)和NF通过一些方法,高性能尺寸排阻色谱法等荧光光谱、红外光谱和XAD8/4树脂分离。他们说,亲水分数(non-humic物质),像蛋白质的组成物质和糖组,负责严重膜污染。Zhangetal.(2009)调查了分子量分布和亲水性的影响疏水性EfOMNF膜污染。在这个研究污水废水利用从西安收集污水处理厂,卡鲁塞尔氧化沟工艺。他们观察到较低的分子量(MW)导致更大的特定分子量时通量下降不到30kDa,而更高的MW大型展出特定的通量下降超过30兆瓦时kDa,和程度的下降是由于低兆瓦有机物从高MW有机比。此外,在相同的MW分布范围,特定的通量下降由亲水性有机物是慢得多比由疏水性有机物引起的。这表明疏水性有机物的主要因素对膜渗透通量的下降。然而,特定的通量下降造成的亲水性有机食品问题下面2kDa是更严重的,因为他们可以沉积在膜表面,渗透膜,然后阻塞毛孔。月亮etal。(2010)调查了NF膜污染倾向EfOM通过通过比较两个流field-flow分馏技术不同的NF膜:meta-phenylene二胺(ne-90)与哌嗪(ne-70)的聚酰胺。的废水本研究中使用的中试规模淹没MBR治疗排水污水系统操作。的MBR-EfOM由疏水部分几乎50%。的FlFFF分析表明,水动力大小的估计疏水性MBR-EfOM分数都大得多ne-70和ne-90比大部分膜MBR-EfOM,这意味着更高的潜在的污染较低的扩散系数的方向远离膜表面。因此,疏水性MBR-EfOM分数作为一个主要foulant膜过滤利用测试聚酰胺薄膜复合膜(TFC)。从以上的解释,这是发现有几个污染机制的相互矛盾的结果EfOM不同分子量和疏水性/亲水性。这应该归因于不同的废水的特点,治疗前膜过滤,和操作条件,以及膜属性,等等。然而,它是明确的,MW分布和疏水性EfOM有重大影响膜污染。先前的研究表明,由于疏水相互作用和形态有利于吸附,疏水和粗糙的膜有一个倾向容易犯规,这是适用于EfOM膜污染,了。身材高的美女etal。(2010)研究了膜污染与三种NF膜:EfOMTFC-S,NF-90,和nf-270。他们得出的结论是,疏水性的增加和减少TFC-S和表面电荷nf-270膜膜污染引起的疏水性和表面电荷的增加而减少犯规的nf-90。徐etal。(2010)微型滤波器处理non-nitrified二级污水和硝化/脱氮三级废水和两个NF膜NF-90和NF-4040,以及低压反渗透膜TMG10。nf-90与高渗透通量、膜表面粗糙和疏水性有一个更快的渗透通量下降,而NF-4040年光滑的膜表面亲水性保持一个高和稳定的渗透通量。从所有的研究上面提到的,几个NF存在的影响和反渗透过滤可以确定,比如位阻效应、唐南效应以及介电效应被拒绝和水动力力,吸附、渗透拖力、浓差极化和疏水相互作用与溶质之间的膜(Zhangetal。2009)。当废水的有机物有不同疏水/亲水特征和分子重量、主导的效果不同。因此,膜污染变化的主要原因。如今,它是承认SMP计数的多数EfOM。SMP被定义为“有机的池从基质化合物释放到解决方案新陈代谢(通常与生物量增长)和生物量衰变”(巴克和斯塔基1999)。他们是来自在生物量增长(利用基质代谢相关产品,在生物质UAP)和细胞溶菌作用衰变(biomass-associated产品,BAP)(Namkung和Rittmann1986)。SMP污垢,这是相关的一个蛋糕/凝胶层的形成由于位阻效应,在膜污染中扮演着重要的角色,通量下降在废水回收/重用应用程序。因此,一些研究人员集中在SMP的研究污染。Jarusutthirak和艾米(2006)和Jarusutthirak等艾尔。SMP(2002)进行了对比研究EfOM膜污染。SMP-红外光谱谱EfOM-fouled膜组成的foulants展出多糖、蛋白质和氨基酸程度化合物,这是完全在生物肽聚糖的元素吗细胞壁。这一发现揭示了重要作用SMP组件在膜污染因素和通量下降与EfOM源水。胞外聚合物(EPS)化合物物质与大分子量是由细菌分泌的。每股收益分为两类:EPS和绑定可溶性每股收益。细菌产生绑定EPS和UAP期间衬底的新陈代谢。绑定EPS水解软面包卷,而活跃的生物量进行内生衰变形成剩余的死细胞。因此,SMP代表可溶性每股收益(Laspidou和Rittmann2002;你们etal.2005a,b),每股收益可以很容易地沉积在膜表面形成水化吗纳米凝胶层导致膜通量下降。此外,EPS为附件可以提供良性的条件改变物理化学和细菌的增长等特点,疏水性,聚合物性质。Tanseletal。(2006)发现的过滤时间,EPSRO膜的沉积增加,和膜表面的亲水性变得非常强大。膜通量下降缓慢days46,然后略有增加。这通量增加可能是由于一些沉积的移动通过剪切材料从膜表面错流过滤条件下。的交互部队在膜表面和每股收益物理(吸附)、化学(共价键),或静电(范德瓦尔斯力)。赵etal。(2010)罗依,有机质积累膜表面相关的膜通量除了EPS提取下降。尽管每股收益高倾向于存款,其污染层阻力和附着力膜较弱,可以用其来解释有机高分子组件。先前的研究发现的化学成分SMP主要由蛋白质、多糖、脂肪酸、和有机胶体(巴克巴克和斯塔基1999;etal。2000;Aqino2004;罗桑伯格etal.2006年)。为了进一步研究SMP对膜污染的影响,一些研究人员使用特定进行了大量实验有机物作为SMP模型。一些研究人员(李等艾尔。2006;李盎和以利米勒2007;etal.2007年)牛血清白蛋白(BSA)和海藻酸钠为模型蛋白质和多糖的影响进行调查反渗透膜污染。在错流过滤污染实验中,BSA的RO膜污染加剧当共存钙的浓度高,溶液的pH值的等电点BSA(pH4.7)。海藻酸钠的反渗透膜污染当溶液的pH值下降,变得严重离子强度增加。钙严重的存在钠加重膜污染的程度海藻酸。在同等条件下,污染率海藻酸钠与钙被BSA高于与钙。然而,镁离子的影响可能是微不足道的。这是归因于这一事实钙和海藻酸钠有复杂的反应,交联海藻酸大分子之间发生钙的影响,那么厚,凝胶层在膜表面形成的。此外,共存BSA和海藻酸钠显著增强了综合效应,刺激聚合,最后生成的大foulant粒子。这些影响导致更严重膜污染比独立BSA和钠海藻酸。Ang,以利米勒(2008)用辛酸脂肪酸的模型EfOM并报告如下:反渗透膜污染更严重的溶液的pH值以下的离解常数pKa04.9辛酸比在pH值升高;钙并不影响膜污染的辛酸pH值低于pKa的辛酸,在pH值升高,结果是相反的;脂肪酸不会加剧膜污染造成的吗BSA的结合,海藻酸钠,钙,因为内的藻酸钙是主要污染层对膜污染的贡献。此外,它吸引了根据上述我们注意到研究,钙的存在导致更严重由海藻酸膜污染,但一些研究人员表示钙的存在积极的影膜污染(Lisiarinietal.2009;Ven等。2008年)。他们积极提出不同的假设和假设钙对膜污染的影响。Lisiarinietal。(2009)做了一个假设,当钠离子更比二价离子,主要有离子交换过程发生在海藻酸凝胶层,在二价离子的单价离子所取代,最终导致分手的海藻酸凝胶网络。为了证明这一假说,他们执行两个犯规测试30mg/L海藻酸钙和1毫米。离子强度污染测试是调整到10毫米氯化钠,离子强度的另一个污染测试不调整。这是发现的蛋糕阻力系统没有添加氯化钠是大于30%系统与氯化钠的添加。Ven等。(2008)一个假设的钙导致的形成团聚体和透水凝胶层。他们发现海藻酸钠溶液的粘度与补充道氯化钙是较低的,支持的假设团聚体形成的解决方案。较低的粘度导致跨膜压力和较低因此低阻力。此外,较大的颗粒,即。一般聚集,形成一个更加开放的污染层小公司,引起低阻力。微生物膜污染在市政二级污水的回收利用膜技术、生物淤积是另一个主要原因膜性能的恶化,因此近年来研究人员的关注。膜生物淤积源于以下过程:微生物不可逆转地附在膜表面然后生长、繁殖和分泌EPS利用营养物质在污水最后形成生物膜(Kangetal.2004;Goosenetal.2004年);这个生物膜会减少膜通量,增加跨膜压力,导致膜生物降解和盐通量增加(夸克和他说1999;汗etal.2006年)。因此,膜生物淤积的影响是一个非常复杂的过程许多因素,如微生物的属性膜表面、水