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1、上海应用技术学院研究生课程（论文类）试卷2 0 1 2 /2 0 1 3学年第 二 学期课程名称： 环境工程学 课程代码： 论文题目：TiO2涂覆膜在重力流系统中对饮用水的处理 学生姓名： 李 隽 专业学号： 化学工程 126406278 学院： 化学与环境工程学院 课程（论文）成绩：课程（论文）评分依据（必填）：任课教师签字： 日期： 年 月 日课程（论文）题目：TiO2涂覆膜在重力流系统中对饮用水的处理内容： 我国面临着水污染，河湖萎缩、功能退化,地下水大量超采，水土流失严重等水环境问题。l 中国的水质标准和水质状况中国制定的地面水环境质量标准GB 383888把水分为五类。水质按一、二、
2、三、四、五类而逐步下降。当水质下降到三类标准以下，即：四类和五类，由于所含的有害物质高出国家规定的指标，会影响人体健康，因此不能作为饮用水源。 根据水利部对全国700余条河流约10万km河长开展的水资源质量评价结果：46.5%的河长受到污染（相当于IV、V类）；10.6%的河长严重污染（已超V类），水体已丧失使用价值。90%以上的城市水域严重污染。从地区分布来看，支流水质一般劣于干流，干流下游水质一般劣于上游，城市工矿区河段水质最差。南方河流水质整体上优于北方河流，中西部地区水质整体上优于东部发达地区。在全国七大流域中，太湖、淮河、黄河流域均有70%以上的河段受到污染；海河、松辽流域污染也相当
3、严重，污染河段占60%以上。全国有1/4的人口饮用不符合卫生标准的水。l 2007太湖水污染事件 2007年5月29日开始，江苏省无锡市城区的大批市民家中自来水水质突然发生变化，并伴有难闻的气味，无法正常饮用。无锡市民饮用水水源来自太湖。 l 造成这次水质突然变化的原因是：入夏以来，无锡市区域内的太湖水位出现50年以来最低值，再加上天气连续高温少雨，太湖水富营养化较重，从而引发了太湖蓝藻的提前暴发，影响了自来水水源水质。无锡市民纷纷抢购超市内的纯净水，街头零售的桶装纯净水也出现了较大的价格波动。测试指标一、浊度：悬浮颗粒对光产生散射，表现浑浊现象。1.目视比浊法：将浊度标准原液逐级稀释为一系列
4、浊度标准液，与待测水样进行目视比较。2.分光光度法：在680nm波长下测定浊度标准液的吸光度，并绘制标准曲线。然后吸取适量水样测定吸光度，在标准曲线上查得浊度再乘以稀释倍数。 l pH值：l 玻璃电极法：以玻璃电极为指示电极，饱和甘汞电极为参比电极，插入待测水溶液中组成原电池。l E=甘汞-玻璃=甘汞-（+0.059lgaH+） =E0+0.059pH 溶解氧（DO）l 通过溶解氧的测定，可以大体估计水中还原性物质的含量，是衡量水质优劣的重要指标。l 碘量法：水样中加入硫酸锰和碱性碘化钾，水中溶解氧将二价锰氧化成四价锰的棕色沉淀。加酸后，棕色沉淀溶解并与碘离子反应释放出游离碘，以淀粉为指示剂，
5、用标准硫代硫酸钠测定，通过计算得出溶解氧的含量。l 化学需氧量（COD）：水中易被强氧化剂氧化的还原性物质所消耗氧化剂的量，以氧的mg/L表示。反映水体受有机物污染的程度。l 重铬酸钾法（CODCr）：在强酸性溶液中，一定量的重铬酸钾在催化剂的作用下氧化水样中还原性物质，过量的重铬酸钾以试亚铁灵为指示剂，用硫酸亚铁铵溶液回滴，溶液的颜色由黄色经蓝绿色至红褐色即为滴定终点，记录硫酸亚铁铵标准溶液的用量。V0：空白试验时硫酸亚铁铵的用量，ml；V1：测定水样时硫酸亚铁铵的用量，ml；V ：所取水样的体积，ml；c ： 硫酸亚铁铵标液的浓度，mol/L；8 ：氧的摩尔质量，g/mol。l 生化需氧量
6、（BOD）：在一定条件下，好氧微生物分解水中的可氧化物质，特别是有机物的生物化学过程中所消耗溶解氧的量。间接表示水中有机物的含量。l 直接测定法：调节水温至20，曝气使水中溶解氧接近饱和（9mg/L）。将水样 装满2个生化需氧量培养瓶（溶解氧瓶），测定其中1个瓶中水样的当日溶解氧，另一个瓶在培养箱中培养5d，5d后取出测定瓶中水样剩余的溶解氧。当天溶解氧减去五天后溶解氧所得数值即为水样的BOD5。膜法水处理l 膜分离技术与传统的分离方法(如筛分、过滤、蒸馏、蒸发、重结晶、萃取、离心分离等)相比较，具有如下明显的优点:(a)高效:由于膜具有选择性，它能有选性地透过某些物质，而阻挡另一些物质的透过
7、。选择合适的膜，可以有效地进行物质的分离，提纯和浓缩;(b)节能:与热分离过程相比，多数膜分离过程在常温下操作，被分离物质不发生相变，是一种低能耗，低成本的单元操作;(c)过程简单、易于放大并于其他分离过程相结合，从而实现连续分离，容易操作和控制;(d)不需要任何填加物或者添加剂，因而不污染环境。但膜在使用过程中容易被污染，需要对其改性。案例分析l Rosngela Bergamasco等人在一篇文献中，使用TiO2对醋酸纤维素膜进行改性，并比较了改性前后膜对饮用水的处理情况。他们将膜置于自制的过滤装置内，且此装置只通过重力作为驱动力进行过滤。实验结果表明TiO2涂覆膜在抗膜污染和对余氯的去除
8、效果较好。l 过滤装置的搭建：l 该系统中一个可容纳20L原料液的原料池，将原料池置于一合适高度来提供适当的压力，本实验的压力为：30397.5Pa。将平板膜固定在过滤组件的底部，采用死端过滤的方法进行。l 一、实验所测自来水的性质如下：l pH 7.8, color = 4.93 UC, l 浊度 = 1.15 NTU. l 用质量分数为14.0%的次氯酸钠溶液调节自来水中余氯的浓度为 1.5 mg/L l 二、另一种测试水为：包含有大肠杆菌的去离子水。l 实验过程如下：l （1） 先对去离子水进行过滤，测试渗透通 量。 l （2）对含有大肠杆菌的去离子水进行过滤，大肠杆菌的浓度为：1.01
9、051.0106CFU/ml。l （3）每120min过滤自来水，进行四次，历时480min。l （4）使用上述（2）、（3）膜过滤去离子水，分析膜最终的通量。 l 结果分析：l 过程（1）的渗透通量如图：从图中可看出改性膜的纯水通量较未改性膜有所下降，表明改性后膜的粗糙度增加，使通量减小。M：代表未改性膜。l 对于过程（2）由于有大肠杆菌的存在未改性膜的抗污染性能不及改性膜，使未改性膜的通量显著下降。如图，M03的渗透通量比M的略微提高。l 表明：改性后膜的污染百分比下降。l 浊度去除率：从图中可看出，改性膜M03的浊度去除率最低，这与膜M03的高通量和低污染百分比有关。用M03膜处理后自来
10、水的浊度值为0.540.89NTU，并没有超过WHO规定的1NTU。l 余氯的去除：图中清晰地显示M02和M03膜对于余氯的去除效果明显，去除率接近100%。结果表明，TiO2的沉积增加了改性膜对余氯的去除能力。因而氯离子的去除可能与改性膜表面的反应和展望l 目前，世界膜市场以每年递增1430%速度发展，它不仅自身形成了每年约百亿美元的产值，而且有力地促进了社会、经济及科技的发展。特别是它的应用与节能、环境保护以及水资源的再生有密切的关系，因此在当今世界能源短缺、水荒和环境污染日益严重的情况下，膜分离技术得到世界各国的普遍重视通过空气等离子体改性的聚醚砜超滤膜用于油/水乳液分离作者：Ilin
11、Sadeghi, Abdolreza Aroujalian, Ahmadreza Raisi, Bahram Dabir, Mahdi Fathizadeh期刊：Journal of Membrane Science 膜科学杂志摘要：本文主要研究使用空气等离子体对聚醚砜超滤膜进行表面改性，用来减少在油水乳液分离过程中的膜污染。聚醚砜膜通过相转化法制备，用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）作为成孔剂，溶剂相包含N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、甲基吡咯烷酮和二甲基亚砜。研究了铸膜液中溶剂的作用，以及改性条件对膜表面性质、形态、和分离效果的影响。通过红外光谱、SEM和AFM来分析未改性膜和改性膜的
12、性质。结果表明：铸膜液的粘性和溶剂、非溶剂的溶解度参数在膜结果和性能方面起着重要的作用，粘度的作用更加重要。膜表面的电晕处理明显加强了表面亲水性，提高了膜的抗污染性，以及在没有明显改变油截留率的情况下提高了油/水通量。电晕参数的效果表明：长时间和较高功率下对膜进行照射，可显著提高膜孔分布和渗透性。引言：不同工业产出大量废水使得废水处理俨然成为大问题。膜技术有解决此问题的潜能，包括：微滤、超滤、纳滤和反渗透。超滤膜在废水处理中是极好的选择，可作为纳滤和反渗透的预处理步骤，其孔径变化在250之间。污染是限制超滤膜的重要问题，可由油层在膜表面积聚或油滴堵塞膜孔引起，从而使通量急剧下降。聚醚砜膜由于自
13、身物理-化学、机械强度和液压稳定性而广泛应用。尽管聚醚砜膜机械强度高，但其疏水性使膜极易污染。对减小膜污染进行了许多的尝试，大体可分为：（1）原料预处理；（2）膜本体/表面改性；（3）试验参数；（4）清洗过程。膜改性可以通过在制膜时将聚合物与改性剂共混来完成7-11或者制膜后的表面改性。表面改性的优点是可以提高膜的润湿性和极性，同时并不改变膜结构12。表面改性的方法包括：涂覆13、紫外辐射接枝聚合14、等离子体和电子束引发的接枝聚合15、16，等离子体17和电晕改性18。多孔膜的等离子体改性是很多研究的焦点，因为该法能显著提高膜表面亲水性。O2等离子体聚砜膜的研究表明：改性膜表面亲水性提高、膜
14、表面与原料液的电荷排斥使改性膜能有效应用于蛋白质超滤19。另一个研究20是用氨等离子体处理聚砜膜，并发现该法能改变膜的表面形态以及渗透性。Wavhal等21解释了CO2等离子体对聚砜超滤膜的影响，并且制得的膜表面亲水且对蛋白质污染可逆。Ar-O2等离子体处理后的聚醚砜超滤膜表面亲水性和渗透性能都有所提高22。Steen等23,24指出用H2O等离子体处理聚砜膜和聚乙烯膜可提高膜的润湿性。Pal等24,25用CO2等离子体处理聚醚砜膜，发现表面亲水性的提高几乎是永久的。使用含N等离子体改性是一种不错的选择26。等离子体中反应物的化学性质对诱导膜的亲水性起着重要作用。Bryjak等27，通过使用两种不同类型的等离子气体，对聚砜超滤膜起着不同的影响，反过来将会影响孔分布和渗透性。对比上述提及的方法并考虑实际应用，涂覆过程中涂覆材料的耐久性、紫外照射引起的孔结构的破坏以及等离子处理时维持低压都限制了这些方法的应用。目前为止，电晕放电主要运用在对聚合物薄膜的表面处理，来加强膜洗印和吸附性质。电晕处理当做是多孔膜表面接枝聚合改性的引发过程。将丙烯酸接枝在聚醚砜膜的表面，使膜表面亲水有利于减弱蛋白质的污染趋势。然而，该法会降低膜的孔
