凈水過程中膜污染的機理及控制

1、凈水過程中膜污染的機理及控制（一）立項依據(jù)與研究內(nèi)容（4000-8000字）：1、項目的立項依據(jù)（附主要的參考文獻目錄）。1.1研究背景、意義膜分離是隨著材料學科的發(fā)展而新興的一種高效分離技術(shù)，近年來逐步應(yīng)用于給水與廢水凈化領(lǐng)域中，并顯示了常規(guī)技術(shù)難以達到的良好效果及廣闊的應(yīng)用前景1。目前，膜分離技術(shù)在水處理中應(yīng)用最為廣泛的是給水處理中的飲用水深度凈化和污水處理中的膜生物反 應(yīng)器（MBR;在飲用水深度凈化中的一般應(yīng)用形式為預處理、膜過濾相組合，預處理主要作 用為去除原水中易于通過絮凝、氧化、吸附等過程去除的污染物質(zhì)，剩余的難以通過常規(guī)技術(shù)去除的污染物質(zhì)，則通過合適的終端膜工藝得以截留。例如我國

2、在深圳梅林一村居住小區(qū)已建成的以膜分離技術(shù)為核心的居住小區(qū)管道直飲水工程I2】，工藝流程為：市政自來水活性炭微濾膜超濾膜CIO2消毒送用戶膜生物反應(yīng)器是污水的生化處理和膜有機結(jié)合的技術(shù)，通過膜技術(shù)的應(yīng)用，達到取消二沉池、增加反應(yīng)器污泥濃度、 延長污泥齡和提高處理效率等目的，目前國內(nèi)外也開展了大量的研究及工程實踐。例如，通過向曝氣池中投加多孔懸浮載體供微生物附著生長，可以提高反應(yīng)器中生物濃度，改善污泥的沉降性能，提高曝氣池的硝化能力，從而大大提高現(xiàn)有污 水處理廠的處理能力和運行穩(wěn)定性3;將膜生物反應(yīng)器應(yīng)用于處理生活污水，出水中幾乎無懸浮物和濁度，對有機物和含氮化合物的去除效率很高；利用MB還可實

3、現(xiàn)同步硝化反硝化，并與厭氧組合進一步實現(xiàn)生物除磷5。盡管膜分離技術(shù)在水處理技術(shù)中已確立了常規(guī)技術(shù)難以比擬的優(yōu)勢地位，并在一定程度上得到推廣應(yīng)用，但多年的研究及應(yīng)用經(jīng)驗表明，膜法水處理技術(shù)依然存在一些尚未解決的技術(shù)關(guān)鍵，而這些問題依然是制約膜法水處理技術(shù)進一步發(fā)展的重大科學問題，總體而言有如下兩方面：（1）由于膜的低成本工業(yè)化制造技術(shù)尚未完全成熟，膜的成本依然偏高；在實際應(yīng)用 中膜的使用壽命到期后膜更換費用巨大；（2） 凈水過程中的膜污染一直是困擾工程界的問題，膜污染現(xiàn)象已成為工程應(yīng)用中最為普遍且難克服的問題， 也是技術(shù)工作者在應(yīng)用中最為擔憂的問題。膜污染不僅使運行過程中膜通量快速降低或壓力增大

4、，從而使能耗大幅度增加，更為重要的是膜的壽命大大降低， 大幅度增加了工程應(yīng)用中膜的更換頻率及膜更換費用，對于大中型工程膜更換費用更是巨大。膜污染已經(jīng)成為膜法水處理技術(shù)推廣應(yīng)用的最大阻礙，是當前國內(nèi)外學術(shù)界廣泛關(guān)注 的焦點問題。關(guān)于第一個問題解決， 在根本上受限于膜材料科學的發(fā)展，而膜材料科學的發(fā)展是一個相對漫長、復雜的過程，在水質(zhì)凈化工程應(yīng)用中并不能等到膜制造技術(shù)發(fā)展相當完善的程度、 膜成本降低到一定程度才去“用膜”，比較有現(xiàn)實意義的方法是在當前膜材料科學發(fā)展水平 的基礎(chǔ)上，在實踐中將研究和應(yīng)用的重點集中于解決第二個關(guān)鍵問題膜污染的控制，既 在當前膜材料的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體的膜法水處理技術(shù)，發(fā)現(xiàn)

5、膜污染的根本致因，并有針對 性地提出膜污染的控制方法及措施。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析 膜法水處理工藝的應(yīng)用形式，均是在膜與水直接接觸的過程中來實現(xiàn)膜高效分離的作 用。水中的污染物質(zhì)必然與膜材料發(fā)生作用， 附著或吸附在膜面上或膜孔中， 或與膜材料發(fā) 生物理、 化學及生物反應(yīng)， 導致短期內(nèi)膜透水通量大幅度下降或操作壓力大幅度增加， 甚至 影響到膜的使用壽命。根據(jù)目前的研究，按照膜污染的成分可以分為無機污染、 有機污染、生物污染。膜的無 機污染主要是大顆粒物質(zhì)對膜孔的堵塞作用，或者是是膜上的CaCO和MgCO吉垢，靠化學清洗可以有效去除。 可以通過水力反沖完全消除； 生物污染主要是微生物在膜材料

6、上的附著 與生長， 膜材料主要為有機成分， 因此膜材料極有可能成為微生物利用的底物， 但是這類污 染是易于通過調(diào)控宏觀運行參數(shù)得以有效控制； 膜的有機污染主要是水中的一些小分子有 機物和膜材料通過較強的化學鍵合力吉合甚至和膜材料發(fā)生化學反而形成，這類污染往往 是最難消除的膜污染。針對膜污染及控制這一科學問題，國外學者進行了相關(guān)研究, 例如通過在膜上引入一些化學基團的表面改性方法來提高膜對配置溶液的抗污染性能6；膜材料的親水性對污染物質(zhì)在膜上的吸附有重要影響 7。這些研究盡管也在一定程度上揭示了膜污染的機理，但這些研究大多是膜材料開發(fā)者為測定膜的本體性能而進行的一些模擬研究，研究對象也是人工配

7、置的大分子溶液，和膜法水處理技術(shù)中的實際原水有較大差別，研究中的工藝形式和在水 處理應(yīng)用中的工藝形式差別較大，研究成果對膜法水處理技術(shù)工程化不具備直接的指導意 義。另外， 在膜法水處理技術(shù)的實際應(yīng)用中盡管目前對膜污染有一個總體的認識，但由于原水中污染物質(zhì)的復雜性， 膜污染形成機理、 過程及污染物質(zhì)種類也是不盡相同的， 目前盡管 靠化學清洗的方法能夠消除一定的膜污染成分，但由于在實際應(yīng)用中對膜污染的微觀分子 成分及其與膜材料的相互作用尚未從根本上認識清楚，所以只能采用成分單一的化學藥劑（如酸、堿等） ，并不能從根本上消除膜污染。國內(nèi)的學者和技術(shù)工作者在研究膜法水處理技術(shù)的同時， 也進行了膜污染及

8、控制措施的 相關(guān)研究， 例如王錦等研究了凈水過程中致濁物質(zhì)和腐殖酸物質(zhì)對超濾膜的污染模型8，陸曉峰等研究了不同材料、 不同的親水性、 孔徑相當?shù)某瑸V膜及同種材料、 四種不同孔徑的超 濾膜受蛋白污染的情況 9。 總之， 國內(nèi)總體研究水平也僅僅停留在膜污染宏觀表征的研究， 對膜污染的研究目前尚未深入到微觀分子水平，因而也不能從根本上剖析膜污染的形成原 因， 所采用的單一成分的化學清洗也不能完全消除膜污染。1.3 課題學術(shù)思想的提出基于國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析， 針對實際應(yīng)用中最難以控制的膜的有機污染， 提出本課題 的學術(shù)思想：（1）如要有效控制膜法水處理技術(shù)中的膜污染，首要的關(guān)鍵問題在于剖析膜污染的根

9、 本致因， 尤其是從微觀分子水平分析膜的有機污染， 這也是真正實現(xiàn)膜污染有效控制的前提 和基礎(chǔ)。（2）在闡明膜污染微觀特性的基礎(chǔ)上，研究宏觀運行參數(shù)對膜的生物污染和化學污染的影響， 從而發(fā)現(xiàn)在運行過程中盡最大可能減輕膜污染的最優(yōu)運行參數(shù)， 并革新膜污染的消 除措施，主要是新型膜污染清洗劑的研制及開發(fā)。（3）為保證研究結(jié)果的理論意義及實用價值，以當前在研究及應(yīng)用中有代表性的污水 處理的膜生物反應(yīng)器（MBR和膜法飲用水深度凈化工藝為研究對象進行分析，研究成果可 以直接應(yīng)用于這兩種典型的膜法水處理技術(shù)。1.4 主要參考文獻1 Y. Magara, S. Kunikane and M. Iton. A

10、dvanced membrane technology for application to water treatment. Water Science and Technology. 1998,37 （ 10） : 91-992 劉起香 ,陳華.深圳市梅林一村管道直飲水設(shè)計體會.中國給水排水 .2000,16 （3）:31-33.中國給水排水 .1998 ，.中國給水排水 .1998 ，3 王建龍，吳立波，錢易 .復合生物反應(yīng)器處理廢水特性的研究 14（ 2）： 29-314 顧平，周丹，楊造燕 .應(yīng)用膜生物反應(yīng)器處理生活污水的研究 14（ 5）： 6-85 何圣兵 .膜生物反應(yīng)器在生活污

11、水回用與污泥減量中的實驗研究.哈爾濱工業(yè)大學工學博士學位論文 .2003： 45-936 Huimin Ma,Christopher N.Bowman, Robert H.davis. Membrane fouling reduction by backpuls ing and surface modificatio n. Journal of Membra ne Scie nee. 2000,173:191 -2007 Catharina Jonsson, Ann-sofi Jonsson. Influence of the membrane material on the adsorpti

12、ve fouling of ultrafiltration membranes. Journal of Membrane Science. 1995,108:79-878 王錦,王曉昌 ,何自琦.濁度和腐殖酸對超濾膜污染過程的研究.膜科學與技術(shù)，2002，22（ 1 ）： 24-289 陸曉峰，陳仕意，劉光全等.超濾膜的吸附污染研究 .膜科學與技術(shù)， 1997， 17（1）：37-412、項目的研究內(nèi)容、研究目標 ,以及擬解決的關(guān)鍵問題2.1 研究目標圍繞課題的學術(shù)思想，提出本課題的研究的總體目標：以典型的、具有代表性的膜生物反應(yīng)器（MBR和膜法飲用水深度凈化工藝為研究對象，從微觀分子水平 研

13、究膜污染的機理，并提出相應(yīng)的膜污染控制措施。具體的分項目標是：首先從微觀分子水平識別膜生物反應(yīng)器（MBR和膜法飲用水深度凈化工藝中膜有機污染的成分及形成過程。其次分析膜污染和宏觀運行參數(shù)的相關(guān)關(guān)系， 提出盡最大可能減輕膜污染的最優(yōu)運 行參數(shù)。根據(jù)膜污染的微觀分子特性，有針對性地研制新型化學清洗劑，提高膜污染的清除 效率。2.2 研究內(nèi)容在研究目標的控制下， 本課題分為如下三個內(nèi)在有機關(guān)聯(lián)的專題進行研究， 基本涵蓋了 膜生物反應(yīng)器（MBR和膜法飲用水深度凈化工藝中涉及到的膜污染機理和控制措施研究的 主要問題。三個專題研究如下：專題（ 1）：膜法凈水過程中膜污染的微觀分析以膜生物反應(yīng)器（MBR和膜

14、法飲用水深度凈化工藝為研究對象，對污水處理膜生物反 應(yīng)器（MBR膜法飲用水深度凈化工藝在短期及長期運行中不同材料的膜上形成的有機污染 的微觀分子成分進行分析， 從而闡明膜法凈水過程中膜污染與膜材料的相關(guān)關(guān)系的機理。 該 部分研究是后續(xù)研究的基礎(chǔ)， 需要利用多種微量物質(zhì)分析手段， 難度和復雜程度均較高， 是 本項目研究的切入點及最大難點。專題（ 2）：膜污染的宏觀運行控制研究及應(yīng)用表明，膜污染程度的大小與通量、操作壓力等工藝宏觀運行參數(shù)密切相關(guān)， 在膜生物反應(yīng)器（MBR中，膜污染主要與生物反應(yīng)器中的水質(zhì)、污泥濃度、微生物種類、 膜通量等運行參數(shù)密切相關(guān)；在膜法飲用水深度凈化工藝中，膜污染主要與水

15、質(zhì)、預處理、 膜通量等運行參數(shù)密切相關(guān)。 雖然僅靠調(diào)控宏觀運行參數(shù)并不能完全消除膜污染，但在工藝長期 運行過程中， 尋求有利于減輕膜污染的宏觀運行參數(shù)對于延長膜化學清洗周期、降低膜清洗費用還是具有較大的實用意義。專題（ 3）：膜污染的化學清洗控制 由于目前在實際應(yīng)用對膜有機污染微觀成分認識模糊， 導致在工程應(yīng)用中只能采用簡單 的酸、堿等成分單一的溶液作為膜的化學清洗劑， 實踐證明這些成分單一的清洗劑并不能有 針對性地、 較徹底地消除膜污染， 致使在實際應(yīng)用時膜的通量越來越低， 膜的使用壽命也不 能有效延長。 由此可見， 膜的化學清洗效果的關(guān)鍵在于清洗劑的成分是否適合于清除附著于 膜上的污染物，

16、 研制新型高效的清洗劑是本課題的重要研究內(nèi)容之一。 關(guān)于這一研究， 我們 的初步設(shè)想是將目前在水處理中廣泛應(yīng)用的、 對小分子有機物有較強氧化作用的氧化劑作為新型高效的清洗劑的主要成分，但應(yīng)在研究中對其最佳濃度進行嚴格界定，因為在實際應(yīng)用中如果濃度較高則容易損傷膜材料，濃度太低則不易氧化膜上附著的污染物質(zhì)。2.3 擬解決的關(guān)鍵問題本課題主要研究內(nèi)容是關(guān)于膜生物反應(yīng)器（MBR ）及飲用水膜法深度凈化工藝中膜污染控制的科學問題，根據(jù)課題的性質(zhì)與研究內(nèi)容，如要實現(xiàn)既定的研究目標， 在研究過程中 尚需解決如下關(guān)鍵問題：盡管膜污染盡管是當前膜法水處理技術(shù)面臨的共性課題，但至今尚未從微觀分子的角度從內(nèi)在根本

17、上揭示膜法深度凈水實際工程中的膜污染的分子組分和形成規(guī)律，該問題的解決，需要利用多種微量物質(zhì)分析手段，是本項目研究的最大難點，這也是該課題能否達到預期目的的關(guān)鍵問題。根據(jù)特定的膜污染組分并借助化學手段有針對性地開發(fā)新型高效的清洗劑的研究也是一項難度及復雜程度較高的工作，需要進行大量的化學篩選、對比實驗。3、擬采取的研究方案及可行性分析。3.1研究技術(shù)路線3.1.1課題總體組織結(jié)構(gòu)課題的總體組織結(jié)構(gòu)見圖 1 。圖1課題的總體組織結(jié)構(gòu)3.1.2課題研究的技術(shù)路線本課題的技術(shù)路線流程圖如下：建立膜生物反應(yīng)器（MBR ）及膜法深度凈水工藝及實驗裝置分別選用不同膜材料、膜孔徑的膜進行對比實驗MBR以生活

18、污水及12種典型的 高濃度難降解工業(yè)廢水為研究對象膜法深度凈水工藝以市政管網(wǎng)飲用水或出廠水為研究對象研究MBR及膜法深度凈水工藝中膜有機污染及生物污染的微觀成分（課題首要解決的關(guān)鍵問題）圖2課題研究的技術(shù)路線3.2研究方法3.2.1試驗系統(tǒng)及裝置本研究主要以好氧膜生物反應(yīng)器和膜法深度凈水工藝為研究對象，試驗中擬建立的MBR試驗裝置簡圖如下：曝氣管自制膜組件（并排放置若干）圖3 MBR試驗裝置在試驗中如使用中空纖維膜組件，則不便于對膜上的微量污染物質(zhì)進行實時觀察和分 析，故在試驗中采用自制平板膜組件，膜片可靈活拆卸，從而便于對膜上的微量污染物質(zhì) 進行觀察和分析，克服了常規(guī)膜組件構(gòu)造不利于試驗的缺

19、點。試驗中采用自制平板膜組件構(gòu)造簡圖如下:膜進水帶孔隙的塑料支撐材料可靈活拆卸 的平板膜片圖4自制膜組件縱剖面圖試驗中擬對典型的活性炭及膜過濾組合、臭氧活性炭及膜過濾組合工藝進行研究，在進行實驗時在活性炭過濾單元可選擇投加及不投加臭氧作為對比實驗。為便于進行膜污染的 分析，在該部分實驗中膜組件依然采用上述的自制平板膜形式。建立的膜法深度凈水工藝試驗裝置簡圖如下：03投加點臭氧反應(yīng)單元活性炭過濾單元圖5膜法深度凈水工藝試驗裝置3.2.2試驗方案圍繞課題的研究內(nèi)容與技術(shù)路線，擬訂如下實驗方案：（1）首先建立如上所示試驗裝置，尤其是膜組件的設(shè)計應(yīng)充分考慮便于分析膜上微量 污染物質(zhì)。(2) 進行MBR

20、及膜法深度凈水工藝短期及長期運行實驗，通過微量物質(zhì)分析方法分析 在運行過程中膜污染的微觀特征及變化，包括有機污染及生物污染。同時考察不同膜材料、 不同膜孔徑的膜污染特征。(3) 在實驗中通過變化、調(diào)控 MBR及膜法深度凈水工藝的宏觀運行參數(shù)的對比實驗， 發(fā)現(xiàn)宏觀運行參數(shù)與膜污染的相關(guān)關(guān)系，找出有利于控制膜污染的最優(yōu)宏觀運行參數(shù)。(4) 根據(jù)MBR及膜法深度凈水工藝中膜污染的微觀成分分析 ，“對癥下藥”進行高效清 洗劑的配制， 初步設(shè)想是以對小分子有機物有較強氧化作用的氧化劑作為新型高效的清洗劑 的主要成分。在實驗中首先對所選取的若干種氧化劑對膜有機污染的清除效能進行對比分 析，然后通過不同濃度

21、的對比實驗， 找出不致?lián)p傷膜材料的最佳濃度， 最后完成氧化劑與常 規(guī)阻垢劑、清洗劑的配比及復合工作，使其能夠同時高效清除膜的有機、無機污染。3.3 可行性分析( 1)多種微量物質(zhì)分析手段的協(xié)同使用為完成膜污染微觀成分的分析和鑒定奠定了技 術(shù)基礎(chǔ)。可以說， 在本研究中能否達到預期研究目標的關(guān)鍵在于膜污染微觀成分的精確鑒定和 分析。 從理論上分析， 就目前的分析方法而言可以達到這一要求， 但是在實驗過程中， 由于 微量膜污染物質(zhì)和膜材料緊密結(jié)合在一起， 實際操作時有一定的難度。 我們的設(shè)想是首先通 過洗脫的方法將與膜材料結(jié)合力不強的污染物質(zhì)從膜上分離開來，采用色質(zhì)聯(lián)機的方法進行定性及定量分析；膜上

22、難以洗脫剝離的污染物質(zhì)則通過固體微量物質(zhì)的分析方法加以鑒定。( 2)研究內(nèi)容的廣泛學術(shù)基礎(chǔ)從宏觀角度分析， 隨著膜法水處理技術(shù)的發(fā)展， 膜污染對于該技術(shù)的進一步推廣及應(yīng)用 的阻礙作用顯得益發(fā)突出，這也是目前幾乎所有的研究及應(yīng)用碰到的最大技術(shù)難題。因此， 膜污染的研究已成為國內(nèi)外研究的一個熱點課題， 這一階段的研究成果及研究方法均可為本 研究所借鑒。從微觀角度分析，申請者目前 主持在研霍英東基金優(yōu)選資助課題、上海市自然科學基 金項目、上海市優(yōu)秀青年教師后備人選項目、北京市水質(zhì)科學與水環(huán)境恢復工程重點實驗 室開放基金 四項縱向課題， 這四項課題均是關(guān)于膜法水處理技術(shù)的基礎(chǔ)研究， 其研究內(nèi)容均 涉及

23、到了膜污染機理及控制的研究， 本研究的部分學術(shù)思想就是在這些課題的實施過程中凝 練并提出的(見后文研究基礎(chǔ)詳述) 。( 3)研究目標、研究內(nèi)容和研究方法、技術(shù)路線的可行性 本項目提出的研究目標相對較高， 但是本項目的研究方法和技術(shù)路線都是針對具體的研 究內(nèi)容和現(xiàn)有條件與基礎(chǔ)提出的，具有較好的可行性與可操作性。( 4)有較好的研究基礎(chǔ)與試驗條件。申請者與課題組成員在膜法水處理技術(shù)等方面， 都有一定的研究基礎(chǔ)； 也有較好的研究 條件(具體見后文) 。4、本項目的特色與創(chuàng)新之處。綜合項目的學術(shù)思想的提出、 研究目標及研究內(nèi)容， 并結(jié)合國內(nèi)外的研究水平， 本項目 的特色和創(chuàng)新之處主要體現(xiàn)在如下方面：關(guān)

24、于膜污染機理的研究以往關(guān)于膜污染的研究大部分主要集中在膜污染過程及模型的探討，而沒有結(jié)合具體 的膜法水處理工藝探討微觀膜污染的成分及其與膜材料的相互關(guān)系， 其研究成果離工程應(yīng)用 尚有較大的距離。 而本項目直接以實際的膜法水處理工藝為研究對象，從膜污染的根本原 因的分析入手，旨在從微觀分子水平闡明膜生物反應(yīng)器（MBR和膜法深度凈水工藝中膜污染的微觀特征及其與膜材料的相互關(guān)系， 這在國內(nèi)外同類型的基礎(chǔ)或應(yīng)用基礎(chǔ)研究方面尚 屬首次。關(guān)于膜污染化學清洗控制的研究本項目的研究最終目標是實現(xiàn)膜生物反應(yīng)器（ MBR及膜法深度凈水工藝中膜污染的最 優(yōu)控制。膜污染的清洗主要靠化學清洗， 盡管目前也有多種膜的化學

25、清洗劑， 但這些清洗劑 對最難清除的膜的有機污染及生物污染不能起到 “對癥下藥” 的作用。 本研究則直接針對膜 生物反應(yīng)器（MBR及膜法深度凈水工藝的膜污染微觀分子特性，擬通過化學手段開發(fā)研制 新型高效的膜污染化學清洗劑， 這一研究至少在國內(nèi)外膜法深度凈水技術(shù)研究領(lǐng)域尚未見 到相關(guān)報道及成果。關(guān)于膜污染的宏觀運行控制的研究研究表明， 膜污染不僅與水質(zhì)、 膜材料有密切的關(guān)系， 而且與工藝的運行參數(shù)也有較大 的相關(guān)關(guān)系。因此， 發(fā)現(xiàn)膜生物反應(yīng)器（MBR及膜法深度凈水工藝中有利于減輕膜污染的 最優(yōu)宏觀運行參數(shù)及變化規(guī)律，對于以最低運行費用為目標的長期優(yōu)化運行及膜污染的在 線模糊監(jiān)控有重要的意義。 這

26、也是本課題的一個重要的創(chuàng)新點。5、年度研究計劃及預期研究結(jié)果。5.1 年度研究計劃根據(jù)本項目的研究內(nèi)容和研究方法，年度研究計劃及預期進展如下：（ 1） 200 年 月 200 年 月建立試驗平臺，并進行專題（ 1）的研究，從微觀分子水平分析膜生物反應(yīng)器（MBR ）及膜法深度凈水工藝中膜污染成分及其與膜材料的相互關(guān)系。重點是摸清膜污染的微觀組分及形成規(guī)律，取得階段性成果。（ 2） 200 年 月 200 年 月進行專題（ 2）的研究，通過調(diào)整變化膜生物反應(yīng)器（ MBR ）及膜法深度凈水工藝的運 行參數(shù)，同時分析觀察膜污染的情況，發(fā)現(xiàn)最優(yōu)的運行參數(shù)及變化規(guī)律。（ 3） 200 年 月 200 年

27、月依據(jù)膜污染組分微觀分子水平的分析， 進行膜污染化學清洗劑主要成分的篩選、 對比實 驗，開發(fā)出新型高效的、能夠切實解決膜生物反應(yīng)器（MBR ）及膜法深度凈水工藝中膜污染的化學清洗劑 ”。（ 4） 200 年 月 200 年 月：在此期間根據(jù)實驗結(jié)果對一些可能出現(xiàn)的、 沒有預料到的新發(fā)現(xiàn)進行分析， 不斷地進行 一些補充試驗研究。全面總結(jié)本項目并撰寫總結(jié)報告。接受對本項目的最終檢查與考核。5.2 預期研究結(jié)果A. 通過協(xié)同使用多種微量物質(zhì)分析手段及大量的試驗研究，從微觀分子水平闡明膜生 物反應(yīng)器（MBR及膜法深度凈水工藝中膜污染的微觀特征及其與膜材料的相互關(guān)系，為實 現(xiàn)膜污染的最優(yōu)控制奠定基礎(chǔ)。B

28、. 在試驗過程中通過變化膜生物反應(yīng)器（ MBR及膜法深度凈水工藝的宏觀運行參數(shù)， 探討宏觀運行參數(shù)與膜污染的相關(guān)關(guān)系， 發(fā)現(xiàn)有利于減輕膜污染的最優(yōu)宏觀運行參數(shù)及變化 規(guī)律，對于進一步研究以最低運行費用為目標的長期優(yōu)化運行及膜污染的在線模糊監(jiān)控有較 大借鑒意義。C. 根據(jù)膜污染的微觀成分分析，利用化學手段有針對性地篩選能夠有效清除膜污染的 化學物質(zhì)作為清洗劑的主要成分，研制開發(fā)新型高效的膜污染清洗劑。D. 本課題的研究具有較廣泛的應(yīng)用價值與前瞻性。如果在今后的研究中能進一步開展中型試驗，本課題研究成果將能更快地應(yīng)用于膜生物反應(yīng)器（MBR及膜法深度凈水技術(shù)中。E 擬正式發(fā)表 10 篇以上學術(shù)論文，

29、其中三大檢索論文 5 篇左右。F.取得至少兩項發(fā)明專利。二）研究基礎(chǔ)與工作條件1、研究基礎(chǔ)（1）關(guān)于凈水過程中膜污染的微觀分析的研究基礎(chǔ)：? 申請者目前主持在研 霍英東青年教師基金優(yōu)選資助課題納濾膜凈化受污染地 下水的理論與技術(shù) （編號： 94004）。該課題的研究已歷時一年，在研究過程中以實際受污 染地下水為研究對象， 探討了納濾膜的預處理、 膜工藝運行參數(shù)對膜污染的影響， 并通過 傅 立葉紅外 -拉曼光譜手段 檢測了試驗中納濾膜上附著的微污染物質(zhì)，結(jié)果表明，納濾膜用于 凈化受污染地下水時膜上的主要污染物質(zhì)由 CaC03、CaS04和一些難以清除的微量有機污染 物質(zhì)組成 。這一研究結(jié)果充分表

30、明膜污染成分的多元復雜化，也說明膜污染的微觀成分并 不是不可知的，更為重要的是這一研究為實現(xiàn)本課題專題（1）的研究目標提供了思路和技術(shù)基礎(chǔ)。? 申請者目前 主持在研上海市教委優(yōu)秀青年教師后備人選項目 膜法凈水工藝的 優(yōu)化運行及膜污染控制措施 。 該課題也涉及到了凈水過程中膜污染控制的研究。? 申請者目前 主持在研北京市水質(zhì)科學與水環(huán)境恢復工程重點實驗室開放基金項目 膜法凈水過程中膜污染的機理及特性 。 該項目是本課題的前期可行性研究，目前已所 獲得的階段性成果也已充分證明本課題研究內(nèi)容與技術(shù)路線的可行性。（2）關(guān)于膜污染的宏觀運行控制的研究基礎(chǔ)：? 申請者目前主持在研 上海市自然科學基金項目

31、膜法深度凈水工藝優(yōu)化運行的理 論及方法（編號： 04ZR14010）。 在該項目的研究中，利用數(shù)學和計算機手段建立膜法深度 凈水工藝的優(yōu)化運行模型， 并擬通過相應(yīng)軟件和硬件實現(xiàn)膜法深度凈水工藝的優(yōu)化運行，同時優(yōu)化運行模型建立也考慮到了膜污染對膜工藝運行費用的影響。? 申請者作為項目主要負責人完成了黑龍江省科技攻關(guān)項目 多功能組合式高效凈 水裝置研制 （成果登記號：黑 2001-307 ）的全部理論及試驗研究工作。在該項目中將 納濾 膜凈水關(guān)鍵技術(shù) 、生物過濾及相關(guān)技術(shù)靈活組合， 進行了中試及生產(chǎn)試驗， 在方法和技術(shù)上 成功地解決了我國小城鎮(zhèn)及鄉(xiāng)鎮(zhèn)的各種水源污染情況，部分研究成果已成功用于工程實

32、踐。在這一科研成果的工程化的過程中，申請者結(jié)合實際工程操作，探討了納濾膜凈水工藝的 最佳運行參數(shù)，初步構(gòu)建了實現(xiàn)納濾膜凈水工藝優(yōu)化運行及自動控制的技術(shù)路線和策略方 法，本課題的專題（ 3）的研究主要就是在這一階段通過實踐提煉出的思路。? 申請者在攻讀博士學位間完成了題為 地下水生物法除鐵錳及優(yōu)質(zhì)飲用水凈化理論 及應(yīng)用的學位論文。在論文中，針對我國城鎮(zhèn)供水中亟待解決的地下水的鐵錳污染、 地表 水微污染的問題， 分別進行了 納濾膜深度凈化地表水 、生物法除地下水中除鐵錳的理論及應(yīng) 用研究。在研究中， 針對實際受污染飲用水確立了納濾膜深度凈水的理論、方法與技術(shù)， 并認識到了確定納濾膜深度凈水工藝常規(guī)

33、方法的不足，明確了膜污染形成的宏觀規(guī)律，為 及應(yīng)用的學位論文。在論文中，針對我國城鎮(zhèn)供水中亟待解決的地下水的鐵錳污染、 地表 水微污染的問題， 分別進行了 納濾膜深度凈化地表水 、生物法除地下水中除鐵錳的理論及應(yīng) 用研究。在研究中， 針對實際受污染飲用水確立了納濾膜深度凈水的理論、方法與技術(shù)， 并認識到了確定納濾膜深度凈水工藝常規(guī)方法的不足，明確了膜污染形成的宏觀規(guī)律，為 本課題的研究奠定了一定的學術(shù)思想準備。（3）關(guān)于膜污染新型高效化學清洗劑的研制：在申請者目前主持在研的 霍英東基金優(yōu)選資助課題、上海市自然科學基金項目、上海 市教委優(yōu)秀青年教師后備人選項目、北京市水質(zhì)科學與水環(huán)境恢復工程重點

34、實驗室開放基 金等縱向課題的研究中， 均涉及到了膜污染的化學清洗的研究， 并開創(chuàng)性地應(yīng)用低濃度氧化 劑來清除膜的有機污染， 初步取得了較好的效果， 但清洗劑成分的最佳配比尚待于本課題的 進一步研究。（4）以上述研究為基礎(chǔ)，目前已發(fā)表與“膜法凈水技術(shù)”相關(guān)的主要論文17 篇（ 含已錄用文章 ）：1 薛罡，趙興元，汪永輝等臭氧活性炭、納濾聯(lián)用制取優(yōu)質(zhì)飲用水的中試研究水質(zhì)凈化效果東華大學學報2003， 29（3）:89-932 薛罡，趙興元，汪永輝等臭氧活性炭、納濾聯(lián)用制取優(yōu)質(zhì)飲用水的中試研究納濾優(yōu)化運行東華大學學報2003， 29（4）:76-803 薛罡，趙洪賓，劉勝利等洗浴廢水超濾膜處理回用技

35、術(shù)研究哈爾濱建筑大學學 報 2000,33（ 6）：66-694 薛罡，趙洪賓，魏希柱等超濾膜在制酒原水制備中的應(yīng)用給水排水 1999,25 （12）：32-355 鄒聯(lián)沛，薛罡等膜生物反應(yīng)器中化學除磷的研究中國給水排水2002,18（11）：19-216 Xue Gang, He Sheng-bin, Wang Xinze Pilot Study on Nanofiltration Combined with Ozonation and GAC for Advanced Drinking Water Treatment Journal of Donghua University （Editi

36、on in English） （EI 檢索源，已錄用 ）7 薛罡，李盛凱，汪永輝，納濾膜凈化地下水時預處理工藝的選擇研究 . 環(huán)境污染及 防治 .（已錄用 ）8 He Sheng-bing ，Xue Gang ，Wang Bao-zhen et al Experimental Study on Minimization of Sludge Production by Ozonation Process Journal of Donghua University （Edition in English） . 2003, 20 （3）: 69-71 （被El收錄）9 Wang Xin-ze ， X

37、ue Gang， Wang Bao-zhen et alPilot Study on Drinking Water AdvancedTreatment by GAC-MF System. Journal of Donghua University （Edition in English） 2004， 21（1）：135-139 （被 EI 收錄）10 He Shengbing, Xue Gang, Wang Xin-ze et al An Approach to Enhance Permeate Flux of Submerged Ultra-filtration Membrane Biore

38、actor System. Journal of Donghua University （Edition in English） （EI 檢索源，已錄用 ）11 He Sheng-bing, Xue Gang, Wang Xin-ze.Implementing both domestic wastewater reuse and sludge reduction by a combination of anaerobic phase and MBR.Journal of Donghua University （Edition in English） （EI 檢索源，已錄用 ）12 Chang

39、Ying ，Wang Yong-hui ，Xue Gang et al Analysis of Circumstance Influence factors on HMBR for Wastewater Reclamation in Dwelling District Journal of Donghua University （Editio n in En glish） . 2003, 20 （3）: 78-83 （被 El 收錄）13 He Sheng-bing, Xue Gang. Factors affecting simultaneous nitrification and de-n

40、itrification in MBR. lnternational Symposium on Biotechnology for Environmental Pollution Control. August 14-15, 2004, Beijing, China. （ lSTP 收錄）14 何圣兵 , 薛罡, 王寶貞, 蔣軼鋒 . 生活污水與剩余污泥的 MBR 組合處理研究 . 中國 環(huán)境科學（已錄用）15 何圣兵 , 薛罡 , 王寶貞 . MBR 污泥臭氧化減量技術(shù)的影響因子 . 城市環(huán)境與城市生 態(tài).（已錄用）16 李盛凱，汪永輝，薛罡 . 納濾膜及其在水處理中的應(yīng)用研究 . 凈水技術(shù)

41、 . 2004， 23 （ 5） :811.17 張洪國，趙洪賓，薛罡等.氣浮 纖維過濾法和微絮凝纖維過濾 膜濾法處理洗浴 廢水的研究.中國給水排水. 1998， 14（2）： 10-13 （被 El 收錄）（5）其他相關(guān)研究基礎(chǔ)：申請者所在工作單位東華大學 （原中國紡織大學） 環(huán)境科學與工程學院曾負責 高 效亞濾膜的開發(fā)及在水處理中的應(yīng)用 、大孔水處理纖維膜的開發(fā) 兩項上海市科委重點 項目。具有研究 “膜法水處理技術(shù)” 的豐富經(jīng)驗及雄厚實力。申請者曾作為主要負責人與大連節(jié)水辦合作完成 超濾膜處理回用洗浴廢水 的中 水回用研究項目，與企業(yè)合作完成 超濾膜在制酒原水制備中的應(yīng)用 研究項目，并積累

42、 了研究 “膜法水處理技術(shù)” 的較豐富的經(jīng)驗。雖然上述研究和“膜法深度凈水技術(shù)”無最為直接的關(guān)系，但都屬于 “膜法水處理 技術(shù)” 的范疇，其研究思路和學術(shù)思想均可為本課題所借鑒。申請者曾作為主要骨干參與彭永臻教授主持的 活性污泥法絲狀菌污泥膨脹的控制與防止（批準號59778024）、SBR法的在線模糊控制系統(tǒng)（批準號59878016）兩項國家自然科學基金項目的主要研究工作； 并作為項目主要負責人完成黑龍江省科技攻關(guān)項目 多 功能組合式高效凈水裝置研制 （成果登記號：黑 2001-307），該項目于 2001 年 7月通過黑 龍江科學技術(shù)廳鑒定， 研究成果綜合水平達到了國內(nèi)領(lǐng)先水平， 目前申請者

43、還主持在研多項 有影響力的縱向課題。因此，申請者完全具備主持并完成該項目的能力。除了碩士研究生以外，本項目組成員都具有較長時間從事水處理技術(shù)的研究經(jīng)驗。 主要成員還具有與本項目直接相關(guān)的研究工作積累和已取得了較多的研究工作成績，這也是完成本項目所必需的。2、工作條件本項目組所在的東華大學 （原中國紡織大學） 環(huán)境科學與工程學院 環(huán)境工程學科 具有博 士學位授予權(quán)。東華大學于1976年組建了環(huán)境工程專業(yè)，成為全國最早成立該專業(yè)的高校 之一。本學科于2002年全面進行了學科建設(shè)，加強了包括購置實驗儀器與設(shè)備、以及實驗 室改裝等在內(nèi)的科研基地建設(shè)與實驗室建設(shè)，并建設(shè)了研究生實驗平臺， 大大改善了承擔

44、科研工作的硬件條件。2002年底，經(jīng)上海市教委考察驗收，東華大學環(huán)境科學與工程學院被 評為上海市高校實驗室建設(shè)優(yōu)秀集體 。目前與本項目相關(guān)的主要儀器常規(guī)設(shè)備有：色質(zhì)聯(lián)機；TOC測定儀；COD快速測定儀；紫外分光光度計；光電分光光度計；原子吸收光度計；顯微鏡攝影儀；生物顯微鏡；超級恒 溫水??；光電分光光度計；上皿式快速天平；真空泵；超級恒溫水??；轉(zhuǎn)子流量計；壓差式 流量計；流量積算儀；酸度計；高壓液相色譜儀；電導儀；蠕動泵；磁力泵；溶解氧測定儀； 計算機、能量色散 X射線光譜儀等。另外，本校分析測試中心的大型精密儀器也可為順利 完成本項目提供便利條件，基本可保證試驗中綜合指標及微量指標的測定分析

45、。本校分析測試中心現(xiàn)有的大型精密儀器見下表。表1分析測試中心現(xiàn)有的大型精密分析儀器儀器名稱主要用途核磁共振波譜儀傅立葉紅外-拉曼光譜儀分析小分子化合物和聚合物的化學結(jié)構(gòu)，研究材料的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)等分析小分子化合物和聚合物的分子結(jié)構(gòu)，研究分子之間相互作用等裂解-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀掃描探針顯微鏡掃描電子顯微鏡透射電子顯微鏡有機化合物和聚合物結(jié)構(gòu)分析，高分子材料熱降解研究等 觀察物質(zhì)表面納米尺度以及原子大小尺度結(jié)構(gòu)觀察材料表面形貌和內(nèi)部結(jié)構(gòu)對材料的形貌、結(jié)構(gòu)、缺陷及微區(qū)成分進行分析X-射線多晶衍射儀用于無機物、有機物、高分子、藥物、礦物等多晶樣品的物相定性及定量分析、晶粒度和結(jié)晶度測定X射線能譜儀紫外

46、-可見分光光度計溶液/熔體流變儀元素分析儀物質(zhì)表面微區(qū)成分定性或定量分析有機化合物的結(jié)構(gòu)分析和純度測定；固體樣品的漫反射測試等研究溶液、膠體或聚合物熔體的流變性質(zhì)分析有機化合物的C、H N等元素含量全譜直讀等離子體發(fā)射光譜儀靜態(tài)/動態(tài)激光光散射儀分析各種物質(zhì)中的金屬元素含量研究高分子的溶液性質(zhì)，測納米粒子大小及其分布輝光放電光譜儀金屬材料表面分析由于本項目具有多學科交叉與融合的特點，研究內(nèi)容又比較廣泛， 在試驗研究與模擬試驗驗證中還缺少很多儀器與設(shè)備，現(xiàn)有的儀器與設(shè)備還不能完全滿足試驗研究的要求，都需要重新購置，個別儀表還需要進口產(chǎn)品； 此外還需要委托加工或自己動手加工很多的試驗設(shè) 備，但是這些問題都是可以解決的。我們還擬通過本校配套科研經(jīng)費、與有關(guān)生產(chǎn)單位合作的途徑爭取一些研究經(jīng)費，保證科研經(jīng)費的充足來源，以便圓滿地完成提出的研究任務(wù)。3、申請人簡歷薛罡：男，博士，副教授， 1971 年 10 月生于山西省原平市。學歷和工作簡歷：1991年 9月1995年 7月：于哈爾濱建筑大學攻讀給水排水專業(yè)學士學位；1995年 9月1998年 7月：于哈爾濱建筑大學攻讀市政工程專業(yè)碩士學位；1998年 9月2001年 7月：于哈爾濱工業(yè)大學攻讀