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外文翻译报告

PAC颗粒层对雨水处理过程中重力驱动膜过滤(GDM)系统性能的影响

摘 要

重力驱动膜过滤(GDM)工艺由于维护成本低（无需反冲洗、物理冲洗和化学清洗）和低能耗，非常适合分散式饮用水或雨水处理。然而，单独的超滤过程很少能满足有机物去除的标准。为了达到中水回用的目的，我们在GDM系统的膜表面应用了粉状活性炭(PAC)层和沙层，以提高本研究中的出水质量。此外，还系统地研究了通量发展和污垢层性质。结果表明，PAC层的存在将有机物去除率提高了近20%，包括荧光有机物（如芳香蛋白、色氨酸蛋白和腐殖质）的去除。然而，与对照相比，沙层辅助系统没有显示出任何改进。关于渗透通量的发展趋势，PAC/GDM 系统 (3.0Lm^minus;2h^minus;1和控制系统(4.5Lm^minus;1h^minus;1的通量可以保持稳定，而沙子GDM系统的通量可以在第55天最终值2.3Lm^minus;2h^minus;1不稳定。PAC/GDM 系统中稳定通量较低的原因是PAC作为生物载体，大量的生物质与膜上形成了更高的EPS含量（蛋白质和多糖）。砂/GDM 系统中通量不稳定的主要原因是生物污垢层的低孔隙率，这显着增加了水力可逆和滤饼层阻力。然而，在这些系统中，渗透通量可以通过简单的冲洗很容易地恢复，因为水力可逆阻力占很大比例。总过滤阻力的 90% 以上。

关键词：膜；纳滤；反渗透；二硫化钼

中图分类号：TQ028 文献标志码：A 文章编号

目 录

第一章 PAC颗粒层与重力驱动膜过滤(GDM) 4

1.1 介绍 4

第二章 材料和方法 6

2.1 GDM设置 6

2.2 静态吸附测试 6

2.3 分析方法 6

2.3.1 有机碳 6

2.3.2 紫外吸光度 7

2.3.3 生物质量化 7

2.3.4 EPS提取和测量 7

2.3.5 EEM 分析 7

2.3.6 SEM分析 7

2.4 串联电阻模型 8

第三章 结果和讨论 9

3.1 PAC层对渗透通量发展的影响 9

3.2 过滤阻力分布分析 10

3.3 有机物去除性能 10

3.3.1 静态吸附 10

3.3.2 GDM系统中的有机物去除 11

3.3.3 荧光有机物的EEM分析 12

3.4 生物污垢层的表征 13

3.5 结垢机制 14

3.5.1 PAC层降低稳定通量的水平 14

3.5.2 砂层的存在扰乱了渗透通量的稳定 15

结 论 17

致 谢 18

参 考 文 献 19

PAC颗粒层与重力驱动膜过滤(GDM)

介绍

由于水资源稀缺，因此考虑使用替代和可持续的水源（如雨水、灰水和废水）为生活和饮用水提供淡水。在这些水源中，雨水是一种自然资源，在各种家庭、商业和工业应用中，特别是在不需要饮用水的地方，可以很容易地从那里收集和消耗水。然而，雨水通常含有天然有机物(NOM)、细菌和重金属，可导致严重疾病；因此，需要开发有效的雨水处理方法，为农村社区和城市地区的非正规住区提供清洁、安全的非饮用水和饮用水。

处理污染水的传统方法包括氯化法、慢砂过滤法、紫外线辐射法和巴氏杀菌法3，由于其占地面积小、完全排斥细菌和减少化学消毒剂的用量，超滤（UF）膜工艺是一种很有前途的工艺。雨水处理技术。此外，由于涉及的维护成本低和能源成本低，最近提出了一种用于分散式水和废水处理的重力驱动膜(GDM)过滤工艺。据报道，渗透通量始终可以长时间稳定，因为不均匀的生物污垢层松散地附着在膜表面，并且在污垢层中可以发现生物过程，例如捕食。

然而，单独的超滤工艺不能完全去除有机碳，例如低分子量有机物中的有机碳。我们之前的研究表明，在前30天，用于存储雨水处理的GDM系统中的出水质量（含有腐殖质）甚至比进料更差。报告说，GDM确实不排斥用于海水预处理的腐殖质和低分子量中性物质。为了达到饮用水水质标准或用于中水回用，需要提出预处理或后处理。

粉状活性炭(PAC)已广泛单独使用或与膜工艺结合使用。PAC可以吸附多种有机物，如微囊藻毒素、NOMs和阿特拉津。此外，PAC的添加会影响膜污染。总结说，一方面PAC减少了沉积在膜表面的有机物的数量，另一方面PAC和沉积的有机物一起形成滤饼层时对膜污染具有协同作用。有时，PAC会不可逆地沉积在UF膜表面；沉积的PAC即使通过反洗或气泡冲刷也难以去除。众所周知，悬浮的PAC可以冲刷膜，从而减轻滤饼层污染。然而，在低压过滤系统中，作为吸附层的PAC如何影响膜污染仍不清楚。

为此，三个GDM系统并行运行，即（1）不添加颗粒作为对照；(2)膜上的硅砂层（砂/GDM）；（3）膜上的PAC层(PAC/GDM)，了解PAC颗粒层/沙层如何影响有机物去除（尤其是荧光有机物）；PAC层/沙层如何改变附着在膜表面的生物污垢层的性质；以及在雨水循环过程中，PAC/沙层的存在是否会增加或减少GDM的渗透通量。进行了55天的长期死端过滤实验，监测有机物去除（包括荧光有机物）和渗透通量的发展。

材料和方法

GDM设置

三组GDM过滤系统并行运行55天，每个系统有两个并行系统。反应器由聚甲基-丙烯酸酯，并将平板膜放置在电池的底部（图1）。膜是来自MicrodynNadir(Wiesbaden,Germany)的UP150，由标称截止值为150kDa的聚醚砜制成。每个单元的总过滤面积为12.5cm²。在GDM1(PAC/GDM)的膜表面放置一个PAC层；在GDM2（沙子/GDM）中使用了硅砂层（粒度分布与PAC相同）进行比较；GDM3是一个没有任何粒子层添加的控制系统。PAC和沙子都用网筛（目数80：孔尺寸为180mu;m；目数100：孔径150mu;m），粒径范围为150mu;m至180mu;m。

颗粒层浓度为250gm^minus;2膜。此外，通过表面积分析仪（NOVA touchltimes;2，quantachrome，USA）测量表面积。从吸附数据的线性范围计算PAC和硅砂的表面积，如表1所示。

雨水从哈工大校园的屋顶和径流中收集，然后在20°C下储存两个多月。储存的雨水被泵入进水箱，并使用浮球阀将水位保持在50cm（对应50mbar的跨膜压力）。所有三个系统都位于恒温20°C的暗室中。

静态吸附测试

为了区分PAC和二氧化硅颗粒如何影响GDM系统中有机物的去除，在长期GDM过滤之前进行了静态吸附的台架测试。将PAC和硅砂颗粒添加到锥形瓶中的原始雨水中。浓度设定为1.13gL^minus;

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