膜污染的机理和数学模型研究进展

膜蒸馏的研究现状及进展李小然，尚小琴(广州大学化学化工学院，广东广州510006)摘要：膜蒸馏是20世纪八十年代才引起人们重视的新型膜分离技术。

是一种以蒸汽压差为推动力的新型分离技术。

本文主要对膜蒸馏的机理、用膜、传热机理、影响因素、过程优化、进行了讨论，同时介绍了膜蒸馏在海水淡化、超纯水的制备、水溶液的浓缩与提纯、共沸混合物的分离、废水处理治理等中的应用，并在此基础上提出了膜蒸馏的发展方向。

关键词：膜蒸馏；分离技术；机理；应用；发展Research status and progress of membrane distillationLiXiaoRan,Shang XiaoQin(School of Chemistry and Chemical Engineering, Guangzhou University, Guangzhou 510006) Abstract：Membrane distillation is a new type of membrane separation technology in the eighty's of twentieth Century.Is a kind of new separation technology with the steam pressure difference as the driving force.In this paper, the mechanism of membrane distillation、membrane、heat transfer mechanism、influencing factors、process optimizationis discussed,At the same time, it introduces the membrane distillation in seawater desalination, preparation of ultra - pure water, water solution concentration and purification, total of azeotropic mixture separation, waste water treatment, etc. in the application, and based on this, proposed the development direction of the membrane distillation.Key words：membrane distillation;isolation technique;mechanism;application;development1膜蒸馏技术的原理膜蒸馏是膜技术与蒸馏过程相结合的分离过程。

膜过滤技术原理及应用天津大学化工学院王志教授内容1、固液分离膜2、微滤过程3、超滤过程4、渗滤过程5、纳滤过程6、膜过滤通量衰减及其防治7、膜器及膜过程设计1、固液分离膜¾微滤膜：膜孔径0.02-10μm ¾超滤膜：膜孔径1-100nm膜结构¾膜结构的层次形态结构结晶态结构分子态结构形态结构表层结构¾无孔，致密，平滑¾球形小瘤¾聚集体，凹凸¾开放的网络孔¾孔洞，针孔，亮点过渡层与支撑层结构¾近似球形孔（海绵状结构）¾指状孔或大孔穴不同类型膜横断面示意图不对称聚砜超滤膜横截面——海绵状（蜂窝状）孔结构指状孔结构陶瓷微滤膜（a）阳极氧化法（表面）（b）烧结法（图上部为横断面）微孔陶瓷膜扫描电镜照片聚合物微滤膜(a)相转化法, （b）拉伸法；（c）径迹蚀刻法中空纤维超滤膜2 微滤过程2.1 特性1. 分离目的: 得到不含粒子的液体或气体2. 截留物的尺寸与性质:0.02-10 mm 粒子3.透过膜的物质:不含粒子的液体或气体4. 推动力: 压力差, ∼0.2 MPa5. 传质/选择性机理: 筛分6. 供料和渗透物的相态: 液体或气体7. 流动形式: “死端过滤(dead-endfiltration)”或“错流过滤(cross-flow filtration)”2.2 死端过滤与错流过滤的比较2.3 微滤应用¾制药工业的消毒：制药产品中细菌的去除；去除制药产品及其原料中的有机和无机粒子。

¾抗生素的澄清¾哺乳动物细胞的微过滤¾饮料的澄清：啤酒，葡萄酒，矿泉水。

¾半导体生产工业中流体的纯化：空气过滤，化学试剂过滤，去离子水过滤。

¾分析化验：微生物化验，粒子污染的监测，微孔膜上细胞生长的研究。

¾反渗透或超滤的预处理。

3 超滤过程3.1 特性1.分离目的：得到无大分子溶质的溶液，无小分子溶质的大分子溶质溶液，或大分子溶质的分级。

污水处理技术最新进展水是生命之源，然而随着工业化和城市化的快速发展，污水的产生量也日益增加。

污水处理成为了环境保护中至关重要的环节，其技术也在不断创新和进步。

本文将为您介绍污水处理技术的最新进展，带您了解这一领域的前沿动态。

一、膜生物反应器（MBR）技术的优化膜生物反应器是一种将膜分离技术与生物处理技术相结合的新型污水处理工艺。

近年来，MBR 技术在膜材料、膜组件设计和运行方式等方面不断优化。

在膜材料方面，新型的高分子材料如聚偏氟乙烯（PVDF）和聚四氟乙烯（PTFE）等的应用，提高了膜的抗污染性能和使用寿命。

同时，对膜表面进行改性处理，如增加亲水性涂层，能够有效减少膜污染，降低运行维护成本。

膜组件的设计也在不断改进。

从传统的平板膜和中空纤维膜，发展到如今的管式膜和浸没式膜组件，提高了膜的装填密度和处理效率。

此外，采用多段式膜组件布置，能够实现更灵活的工艺组合和更高效的污水净化。

在运行方式上，通过优化膜通量、错流速度和曝气强度等参数，MBR 系统的稳定性和处理效果得到了显著提升。

同时，结合智能化控制技术，实现了对 MBR 系统的实时监测和自动调控，进一步提高了运行效率和可靠性。

二、高级氧化技术的突破高级氧化技术（AOPs）在污水处理中具有广阔的应用前景。

常见的 AOPs 包括芬顿氧化、臭氧氧化、光催化氧化和电化学氧化等。

芬顿氧化技术通过 Fe²⁺和 H₂O₂的反应产生强氧化性的羟基自由基（·OH），能够快速降解有机污染物。

近年来，对芬顿反应的条件优化和催化剂的改进取得了重要进展。

例如，采用非均相催化剂替代传统的均相催化剂，不仅提高了催化剂的稳定性和重复使用性，还降低了铁泥的产生量。

臭氧氧化技术具有氧化能力强、反应速度快等优点。

新型的臭氧发生装置和高效的臭氧传质技术，提高了臭氧的利用率和氧化效果。

同时，将臭氧与其他技术如活性炭吸附、生物处理等联合使用，能够实现对复杂污水的深度处理。

污水处理技术中的生物膜反应器模型生物膜反应器（Biofilm Reactor）是一种在污水处理过程中广泛应用的技术。

它通过利用微生物附着在固体表面上形成的生物膜，将废水中的有机物质和污染物转化为可被生物吸收的无害物质。

在生物膜反应器中，微生物通过使用可附着在固体载体上生长，并以废水中的有机物作为其碳源来进行降解处理。

生物膜反应器模型是为了描述微生物在反应器中的生长和代谢过程而建立的数学模型。

它是根据反应器中微生物的动力学特性和污水处理过程的实际情况而建立的。

通过利用生物膜反应器模型，我们可以更好地理解和优化废水处理过程，提高处理效果和效率。

在生物膜反应器模型中，通常涉及以下几个方面的内容：1. 质量平衡模型：生物膜反应器中的质量平衡模型用于描述废水中有机物质的降解过程。

该模型基于多相流体力学和微生物动力学理论，考虑了废水流动、微生物生长、废水传质等因素对有机物质转化的影响。

2. 生物膜动力学模型：生物膜反应器中的微生物动力学模型用于描述微生物在生物膜中的生长、产物积累和废物排放过程。

该模型基于微生物的生长动力学和代谢特性，通过考察反应器中微生物的浓度和活性来预测微生物对有机物质的转化效果。

3. 反应器设计模型：反应器设计模型用于确定最佳的生物膜反应器尺寸、载体形式和曝气方式等参数。

该模型基于流体力学和传质理论，通过考察废水流速、微生物附着率和气氛混合效果等因素来设计出具有高效降解效果的生物膜反应器。

生物膜反应器模型的建立和应用对于废水处理技术的改进和污染物降解效果的提升具有重要意义。

它可以帮助工程师和研究人员更好地理解和预测生物膜反应器的工作原理，并提供指导生物膜反应器的操作和优化。

通过生物膜反应器模型，我们可以优化废水处理过程的运行参数，例如调节反应器的曝气方式和气氛混合效果，改变反应器尺寸和负荷等参数，以提高废水处理效果。

此外，模型还可以帮助我们预测废水处理系统在不同运行条件下的响应和表现，从而及时采取正确的调控措施。

第一章导论1.1膜科学技术膜分离过程已逐渐成为化学工业、食品加工、水处理、医药技术等方面的重要分离过程。

已经工业化的有微孔过滤、超滤、反渗透、电渗析和气体分离等，渗透汽化也已建成几种工业规模的装置。

膜分离与反应结合的过程，各种膜反应器的研究与应用也发展较快。

其他非分离膜过程，如控制释放技术、医用人造膜和膜传感应器的种类也不少，有的发展速度将超过膜分离过程。

各种膜过程具有不同的机理，适用于不同的对象和要求。

但有其共同点，如过程一般较简单，经济性较好，往往没有相变，可以在常温下操作，即节约能耗，又特别适用于热敏性物质的处理，在食品加工、医药、生化技术领域有其独特的适用性。

各种膜过程，又以不同结构与性能的膜为主要决定因素。

因此，各种膜过程、膜的形成机理、膜材料和成膜条件，以及如何控制其结构等，都是膜科学技术领域中的重要内容。

膜科学技术涉及的学科不少，例如：适应不同分离要求的膜“剪裁技术”，它与膜材料和结构的研究有关，属于高分子化学和无机化学的研究范畴；过程的分离特性、传质性质、机理和数学模型，属于无机化学和数学研究范畴；过程中涉及的流体力学、传热、传质、化工动力学以及过程的设计和工业应用，主要属于化学工业研究范畴；生化技术、医药方面的应用，涉及生物学和医学；生物膜、生物合成膜属于化学和生物学的研究范畴；其他如食品、石油和环境保护的领域的膜过程，还涉及有关各行业和学科。

在科学发展和相互渗透的基础上，膜科学技术有了迅速的发展；同时，膜科学技术的研究和应用，也促进了有关学科的开拓和发展。

近20多年来，国际上应用化学和化学工程学科对膜科学技术较为重视，因此膜科学技术在化学、化工领域中的应用发展较为显著，正在与材料科学、药物学、电子工业学和生命科学等学科更好等交叉结合，以解决现代科学中的很多重要问题。

1.1.1膜的定义一个包含各方面的精确的、完整的膜（membrane）定义是不容易得出的。

现代著名科学家霍金（Stephen Hawking ）认为我们生活在一张大“膜”上，写了“Brane New World”（原书“The University in a Nutshell”中第七章）把新世界的模型描写为膜的世界。

活性污泥数学模型的研究应用进展与问题讨论论文作者：李茹莹1，季民1，任智勇1，胡振苓2，马文杰2摘要：对间歇厌氧反应器、UASB反应器、复合式厌氧反应器和厌氧滤池污泥中的发酵细菌、硫酸盐还原菌、产甲烷菌的数量和生物相进行了分析，并观察了颗粒污泥的结构，剖析了影响厌氧颗粒污泥形成的因素。

关键词：硫酸盐有机废水发酵细菌硫酸盐还原菌产甲烷颗粒污泥Approaches to the Development and Problems of Researchand Application of Activated Sludge ModelAbstract: Analysis and comparison were made to the activated sludge model No.1，2 and 3 (ASM No.1，2and 3) proposed by International Association on Water Quality(IAWQ)．Some problems of the models were found．According to the practice of applications and researches on activated sludge model, the key issues on modeling are water quality analysis，model simplification and parameter calibration．Key words：activated sludge model(ASM)；modeling；parametercalibration近年来，国外有很多关于数学模型在饮用水处理、污泥处置、各种污水处理等工艺中的应用报道。

在活性污泥工艺众多的数学模型中，由原国际水质协会（IAWQ）（现已改称为国际水协会IWA）推出的活性污泥数学模型（ASM）发展最为成熟，应用最为广泛。

SBR法及其研究进展
SBR法是一种将水处理工艺与微生物结合的方法，其可以有效去除水中有机物、氮、
磷等污染物。

近年来，SBR法得到了广泛的应用和研究，取得了很多进展。

首先，SBR法在废水处理方面的应用越来越广泛，特别是对于一些难以降解的有机物，如化学需氧量（COD）和氨氮等的去除效果较好。

此外，SBR法还可以同时去除COD和氮磷等多种污染物，其处理效果显著，可达到国家排放标准要求。

其次，SBR法具有良好的运行灵活性与适应性，操作简单、设备体积小，尤其适合小
型污水处理厂。

其对进水质量变化的适应能力较强，可根据排放需求灵活的控制处理过程，以充分发挥污水处理设备的稳定性和有效性。

此外，SBR法还能够与其他处理技术进行优化结合，例如在去除污泥中的硬性氮时与
膜技术共同应用，可以获得更高的废水排放标准要求，同时也提高了废水处理的效率。

最后，SBR法在污水处理技术研究中、利用数学模型对操作参数、系统稳定性和物质
转移过程进行研究等方面的应用研究也越来越多。

此外，在反应器设计及优化、建立确定
化学动力学参数、提高系统运行效率等方面的研究也取得了一些进展。

总的来说，SBR法不仅是一种高效的废水处理方法，而且在研究领域也具有广泛的应
用前景。

未来随着技术的不断进步，SBR法极有可能成为处理废水行业普遍采用的一种高效、节能的污水处理技术。

膜生物反应器MBRMBR产品用途:污水处理:中国是一个缺水国家,污水处理及回用是开发利用水资源的有效措施。

污水回用是将城市污水通过膜生物反应器等设备的处理之后,将其用于绿化、冲洗、补充观赏水体等非饮用目的,而将清洁水用于饮用等高水质要求的用途。

城市污水就近可得,免去了长距离输水:其在被处理之后污染物被大幅度去除,这样不仅节约了水资源,也减少了环境污染。

污水回用已经在世界上许多缺水的地区广泛采用,被认为具有显著的社会、环境和经济效益。

迸出水水质比较:设计进水水质:BOD5<30Omg/l CODcr<50Omg/lSS<30Omg/l T--N<4-5mg/l出水水质:BOD5<5mg/l NH4+-N<1.Omg/lCODcr〈2Omg/l 浊度<1NTUSS=Omg/l 细菌总数<20个/mlT-N<0.5mg/l 大肠杆菌数未检出MBR工艺特点:膜生物反应器(MBR)是杨造燕教授及其领导的科研小组历经10年时间研究开发出来的新型污水生物处理装置,该技术被称为"21世纪的水处理技术",该项目曾被列为国家八•五、九•五重点科技攻关项目并被国家列为"中国21世纪议程实施能力及可持续发展实用新技术",此项技术在国内处于领先水平,部分指标达到国际领先水平。

MBR是膜分离技术与生物处理法的高效结合,其起源是用膜分离技术取代活性污泥法中的二沉池,进行固液分离。

这种工艺不仅有效地达到了泥水分离的目的,而且具有污水三级处理传统工艺不可比拟的优点:1、高效地进行固液分离,其分离效果远好于传统的沉淀池,出水水质良好,出水悬浮物和浊度接近于零,可直接回用,实现了污水资源化。

2、膜的高效截留作用,使微生物完全截留在生物反应器内,实现反应器水力停留时间(HRT)和污泥龄(SRT)的完全分离,运行控制灵活稳定。

3、由于MBR将传统污水处理的曝气池与二沉池合二为一,并取代了三级处理的全部工艺设施,因此可大幅减少占地面积,节省土建投资。