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污染物与生物大分子互作及效应研究前沿与展望

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科学通报 2022年第35期67卷 4155-4158页

作者：高彦征张效伟朱利中南京农业大学土壤有机污染控制与修复研究所南京210095 南京大学环境学院污染控制与资源化研究国家重点实验室南京210023 浙江大学环境与资源学院杭州310058

环境污染与健康的关系是交叉学科领域中重要的热点研究方向之一.当前,重金属、有机毒物等各类有毒化学物质通过多种途径进入环境,病毒、有害基因等生物污染事件多发,严重危害人类健康和生态安全[1,2].通过对195个国家和地区84个疾病负... 详细信息

环境污染与健康的关系是交叉学科领域中重要的热点研究方向之一.当前,重金属、有机毒物等各类有毒化学物质通过多种途径进入环境,病毒、有害基因等生物污染事件多发,严重危害人类健康和生态安全[1,2].通过对195个国家和地区84个疾病负担风险因素的研究发现,环境因素与全球约60%的死亡有关[3,4].

关键词：有毒化学物质生物污染有机毒物交叉学科领域环境因素疾病负担生态安全研究前沿

基于群体感应的水处理膜生物污染控制研究进展

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环境工程 2022年第11期40卷 251-259页

作者：陈新语侯冰倩耿茹周向同吴智仁韦静江苏大学环境与安全工程学院江苏镇江212013 江苏大学环境健康与生态安全研究院江苏镇江212013 苏州科技大学江苏水处理技术与材料协同创新中心江苏苏州215009

生物污染是水处理膜分离应用面临的主要问题之一。生物膜的形成受细菌群体感应系统调控,群体感应抑制是控制膜生物污染的新兴技术。介绍了群体感应机制及其参与生物膜形成的有关研究。通过干扰和阻断细菌的信息交流通路,可阻止群体感应... 详细信息

生物污染是水处理膜分离应用面临的主要问题之一。生物膜的形成受细菌群体感应系统调控,群体感应抑制是控制膜生物污染的新兴技术。介绍了群体感应机制及其参与生物膜形成的有关研究。通过干扰和阻断细菌的信息交流通路,可阻止群体感应依赖型基因表达从而抑制细菌的特定群体行为。综述了基于细菌群体感应和群体淬灭的水处理膜生物污染控制研究,考察了各类群体感应抑制剂在膜法水处理系统中的应用,以及抑制剂固定化、膜材料改性等研究进展,展望了群体感应理论在膜生物污染控制中的研究方向。

关键词：膜分离技术群体感应水处理生物污染生物膜

CNTWs-PVDF复合导电膜的制备及抗生物污染性能研究

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水处理技术 2023年第4期49卷 32-37页

作者：韩硕邵林张朝晖康志雄马聪王亮天津工业大学环境科学与工程学院 300380 天津市电力科学研究院天津300000

选择高导电性、高分散度和高长径比的碳纳米晶须(CNTWs),通过两步相转换法制备了CNTWs-PVDF导电复合膜。结果表明,制备的导电膜具有特殊的双层孔道结构和较强的亲水性。该导电复合膜的导电性达到0.15S/m,比共混法制备的导电膜导电性能提... 详细信息

选择高导电性、高分散度和高长径比的碳纳米晶须(CNTWs),通过两步相转换法制备了CNTWs-PVDF导电复合膜。结果表明,制备的导电膜具有特殊的双层孔道结构和较强的亲水性。该导电复合膜的导电性达到0.15S/m,比共混法制备的导电膜导电性能提高33%。施加-1.5 V电压时CNTWs-PVDF导电膜表现出良好的抗生物污染性能,且多次反洗后导电复合膜依然保持良好的导电性,说明导电层的机械稳定性良好。

关键词：导电膜生物污染碳纳米晶须超滤水处理

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生物污染

上海环境科学 1994年第4期13卷 37-39页

作者：李堃宝交通大学上海200030

介绍了生物污染的概念和特点,着重讨论了造成生物污染的主要因素,如引种,生物有机体的过度繁殖和扩张等,以及畜牧场污水、生物合成工厂废弃物等引起的生物污染。文章呼吁:在研究保护生物多样性整体计划时必须考虑到生物圈污染这一最大... 详细信息

介绍了生物污染的概念和特点,着重讨论了造成生物污染的主要因素,如引种,生物有机体的过度繁殖和扩张等,以及畜牧场污水、生物合成工厂废弃物等引起的生物污染。文章呼吁:在研究保护生物多样性整体计划时必须考虑到生物圈污染这一最大的理论问题;要加强移入种和本地种之间相互关系的生态学研究;当今最迫切也是最复杂的研究方向是预测生态系统中由人类引起的变化。

关键词：生物污染环境污染污染源

二硫化钼-铜联合修饰纳滤膜增强膜抗生物污染能力研究

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二硫化钼-铜联合修饰纳滤膜增强膜抗生物污染能力研究

作者：赵亚翔广东工业大学

学位级别：硕士

纳滤以其绿色、环保、高效、低能耗等独特优势,在饮用水处理中倍受关注;然而膜污染却严重制约其推广和应用。膜生物污染是膜污染重要的一部分,微生物在膜表面积聚繁殖,进而降低产水量并恶化水质。由于历史的原因,现有商业可用纳滤膜主... 详细信息

纳滤以其绿色、环保、高效、低能耗等独特优势,在饮用水处理中倍受关注;然而膜污染却严重制约其推广和应用。膜生物污染是膜污染重要的一部分,微生物在膜表面积聚繁殖,进而降低产水量并恶化水质。由于历史的原因,现有商业可用纳滤膜主要聚焦在截盐率及抗有机污染等方面的设计,而缺乏对抗生物污染能力方面的考虑。针对膜生物污染问题,本课题采用一种新型亲水性二维纳米材料二硫化钼(MoS)与抗菌材料铜离子(Cu)联合对常规聚酰胺(PA)纳滤膜进行修饰改性,通过界面聚合方式制备出一种具有较强抗生物污染能力的纳滤膜,主要研究结论如下:(1)以膜的纯水通量和截盐率为衡量指标,确定间苯二胺(MPD)和均苯三甲酰氯(TMC)浓度分别为0.375wt%和0.01875wt%时,PA膜的性能最优,以此作为参照原膜。以膜的抗菌能力、纯水通量、截盐率作为主要评价指标,确定MoS和Cu的摩尔浓度比为1:0.3时,改性膜的效果最佳。相比原膜,改性膜对枯草芽孢杆菌的灭活率达到96.7%;对大肠杆菌的灭活率达到99.1%;且改性膜的纯水通量提升了44%;截盐率(以NaCl计)比原膜轻微降低1.91%,约为65.12%。(2)通过透射电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射和Zeta电位对剥离前后的MoS进行表征可知,体相MoS已经成功被剥离为MoS纳米片;通过扫描电镜原子力显微镜、水接触角测试仪以及电感耦合等离子体光谱分析仪等对改性膜前后进行表征可知,MoS和Cu已经成功负载在原膜上。由于金属Cu的高抗菌能力,使得改性膜具有优异的抗生物污染能力;由于MoS纳米片具有较高的亲水性,使得改性膜的纯水通量相比原膜有了较大的提升,同时改性药剂能够均匀分散在膜表面;由于剥离后的MoS纳米片外层含有丰富的S原子接触位点,而S离子是一种软路易斯碱,对重金属离子Cu有较强的吸引力,因此MoS与Cu结合在一起形成稳定的化合物,使得改性膜具有较好的稳定性,改性膜连续5天在水中浸泡时,其膜上Cu和Mo的掉落率均在7%以下。(3)以模拟水体(含有腐殖酸、牛血清白蛋白、大肠杆菌和枯草芽孢杆菌)为原水,探究水化学条件(pH、离子强度、钙离子)对改性膜通量及抗菌性的影响。结果表明,随着pH的降低(8.5→4.7),膜通量呈下降趋势,这是由于pH值越低,膜表面电荷越小,静电排斥作用会越弱,从而会加剧膜表面污染情况;随着NaCl浓度的提高(0.1M→1M),膜表面的双电层被压缩作用,导致膜污染愈发严重;此外,随着Ca浓度的增加(0M→1m M),电荷屏蔽作用增强,从而降低污染物和膜表面的静电排斥作用,加剧膜污染。在不同水化学条件下,改性膜均具有较好的抗菌效果,抑菌率在92%以上。(4)以不同水源实际水体为NF进水,评价改性膜在实际水体中的抗菌效果及过滤表现。结果表明:改性膜对实际水体的灭菌率均达到了100%;改性膜在过滤120min后水通量仍为原膜的1.5～2.0倍;同时,改性膜展现出较好的污染物截留效果,对浊度截留率达到99%以上,对UV截留率达到93%以上,对TOC截留率达到94%以上。(5)从技术经济性角度与现有改性方案对比可知:本课题改性方法操作简单、耗材成本较低且易获得,具有明显的经济性优势;此外,本课题改性方法不仅使膜具有优异的抗菌能力,而且能够大幅提升膜的水通量,具有明显的技术优势。

关键词：二硫化钼铜纳滤膜膜改性生物污染

CNTWs-PVDF导电复合膜制备及抗生物污染性能研究

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CNTWs-PVDF导电复合膜制备及抗生物污染性能研究

作者：韩硕天津工业大学

学位级别：硕士

超滤工艺广泛应用于废水处理领域,然而膜生物污染依旧是一个难以解决的问题。电化学耦合膜过滤技术是水处理领域中新兴的研究方向,导电膜可以实现污染物的截留,同时外加电压可以调节污染物和膜的相互作用力,可有效抑制污染物在膜上的附... 详细信息

超滤工艺广泛应用于废水处理领域,然而膜生物污染依旧是一个难以解决的问题。电化学耦合膜过滤技术是水处理领域中新兴的研究方向,导电膜可以实现污染物的截留,同时外加电压可以调节污染物和膜的相互作用力,可有效抑制污染物在膜上的附着与繁殖,从而有效地缓解膜污染问题。针对上述问题,开展了如下工作:（1）通过对碳纳米管晶须（CNTWs）含量、导电层厚度、导电层聚偏氟乙烯（PVDF）含量、导电层聚乙烯吡咯烷酮（PVP）含量进行优化,采用两步相转法制备出导电性良好、机械性能稳定的CNTWs-PVDF导电复合膜。（2）以铜绿假单胞菌（PAO1）作为生物污染物,研究了电化学耦合CNTWs-PVDF导电膜对活细菌菌液、死细菌菌液和“死细菌+胞外聚合物（EPS）”溶液的抗污染性能。结果表明,外加电压下CNTWs-PVDF导电膜对上述三种溶液都具有较好的抗污染效果,但对活细菌溶液的抗污染效果最明显,对“死细菌+EPS”溶液的抗污染效果最弱。在三种进水条件下,六周期连续过滤实验后,导电膜在外加-1.5V电压下的膜比通量（J/J）比无外加电压时分别提高了30%、17%、7%,不可逆污染累积速率分别减小40%、20%、16.6%,不可逆阻力值(R)分别降低31.2%、39.8%、21.6%。（3）实验采用激光共聚焦（CLSM）、蛋白和多糖含量计算、Zeta电位测定、平均粒度分布、以及三维荧光光谱（3D-EEM）分析对多种手段对导电膜抗污染机理进行分析。结果发现,活细菌的电负性最强,细菌与带负电导电膜间较强的静电排斥显著抑制了细菌在膜上的不可逆附着以及累积。与单独死细菌溶液相比,“死细菌+EPS”溶液虽然与导电膜间静电斥力更强,但由于“死细菌+EPS”溶解性有机污染组分显著高于死细菌溶液,最终导致荷负电导电膜对“死细菌+EPS”溶液的抗污染性能最差。（4）实验探讨了两种电场强化膜清洁技术,结果表明,当在膜面短时间施加较高的负电高压时（-10V）,静电排斥力和析氢反应会进一步促使细菌远离膜面,有利于减轻膜面的不可逆污染。但电压进一步增加效果不再明显。当在膜面施加较强的正电压时（+10V、+20V）,5min后膜面细菌大部分被杀灭,这意味着在长期运行过程中,对导电膜定时施加短时正电压能够显著抑制细菌在膜面的增殖,从而抑制膜生物污染的快速发展。

关键词：导电膜生物污染碳纳米管晶须外加电场水处理

污水深度处理工艺中UF膜生物污染及缓解方法研究

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污水深度处理工艺中UF膜生物污染及缓解方法研究

作者：李晓颖哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

污水深度处理中超滤工艺已有广泛应用,超滤过程中普遍存在生物型膜污染现象,导致了膜性能的损失,增加膜工艺运行成本。目前,针对超滤过程中的生物污染研究主要集中在生物污染对膜分离性能的影响、膜清洗方法等方面,缺乏对生物膜的动态... 详细信息

污水深度处理中超滤工艺已有广泛应用,超滤过程中普遍存在生物型膜污染现象,导致了膜性能的损失,增加膜工艺运行成本。目前,针对超滤过程中的生物污染研究主要集中在生物污染对膜分离性能的影响、膜清洗方法等方面,缺乏对生物膜的动态发展过程及特征、进水水质对生物污染的影响以及膜生物污染过程控制等研究。本文通过分析超滤膜表面生物污染发展过程,探究不同阶段生物污染特点,探索对膜性能有重要影响的生物膜特性;改变进水中有机物种类、有机负荷和氮负荷,考察不同进水水质对关键生物膜特性和膜性能影响;针对生物污染在不同发展阶段特征,探究纳米银膜改性和投加D-酪氨酸对生物污染的控制效果及机制。研究了超滤过程中膜生物型污染的动态发展过程与特征。超滤中生物污染的发展主要包括3个主要阶段,即初期(0-1 d)进水中有机物和微生物等在膜表面的快速附着,导致通量的迅速下降,并改变膜表面性质;中期(1-15 d)微生物开始生长并分泌代谢产物,生物膜厚度增加,形成的生物膜较为松散;后期(15-30d)膜的接触角、粗糙度和Zeta电位以及微生物的ATP维持在稳定水平,生物膜结构随着过滤过程逐渐致密,微生物代谢产物的浓度进一步增加,导致膜通量持续下降。冗余分析表明胞外聚合物(EPS)浓度水平是影响膜过滤性能的主要原因。研究了不同进水水质参数对生物型污染特性的影响。在本研究实验条件下,对膜的生物污染层影响程度最大的因素为进水有机负荷,其次为有机物种类,最后是氮负荷,对膜生物阻力的影响程度也同样如此。膜的生物污染阻力与膜表面累积的生物质、EPS的多糖组分、EPS的大分子物质占比具有显著的线性正相关关系,相关系数分别为0.91、0.87和0.86,但与膜表面的ATP浓度的线性关系不显著。针对生物型污染在不同发展阶段的特征,建立针对性的控制方法。纳米银改性膜有效抑制了活菌的初期粘附,纳米银改性膜污染后通量比原始膜高出15.1%,膜表面抑菌率高达94.1%。D-酪氨酸可以通过阻碍中后期EPS中多糖蛋白质的分泌抑制生物膜的发展,在生物污染实验中,投加30μM D-酪氨酸后,膜表面累积多糖和蛋白质分别下降了19.7%和26.9%,最终通量比空白组高出42.0%。D-酪氨酸投加对膜生物污染的控制效果优于纳米银膜改性,改性膜+D-酪氨酸缓解生物型污染的效果最好。在超滤法市政污水深度处理中,改性膜+D-酪氨使膜通量提高了28.3%。

关键词：生物污染超滤膜控制方法进水水质代谢产物

改性聚吡咯导电膜制备与减缓膜生物污染机制研究

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改性聚吡咯导电膜制备与减缓膜生物污染机制研究

作者：张犇天津工业大学

学位级别：硕士

膜污染问题极大限制了超滤技术在水处理领域的应用。其中膜的生物污染由于微生物粘附以及粘附后在膜表面不断的生长繁殖并代谢出胞外聚合物,会造成更为严重的通量损失。因此,如何控制膜的生物污染是膜法水处理研究的核心问题。通过对膜... 详细信息

膜污染问题极大限制了超滤技术在水处理领域的应用。其中膜的生物污染由于微生物粘附以及粘附后在膜表面不断的生长繁殖并代谢出胞外聚合物,会造成更为严重的通量损失。因此,如何控制膜的生物污染是膜法水处理研究的核心问题。通过对膜进行表面改性赋予膜一定的抗菌能力,可以一定程度地缓解膜生物污染。但由于在过滤时会不断有细菌到达膜表面,造成死亡细菌堆积,抑制膜的抗菌能力。如果在抑菌的同时赋予膜以导电特性,将导电膜作为阴极,利用静电排斥阻碍微生物向膜表面的迁移,有望与抑菌作用发生协同,有效控制膜的生物污染。本研究以商用聚偏氟乙烯(PVDF)膜为基底,通过吡咯的液相聚合并以十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为掺杂剂制备了聚吡咯(PPy)导电膜,掺杂3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵作为季铵盐(QAC)制备季铵盐-聚吡咯(QAC-PPy)抗菌导电膜。通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、原子力显微镜(AFM)等表征手段对膜的性质进行了表征。结果表明制备出的PPy导电膜与QAC-PPy抗菌导电膜具备了一定的导电性能和较高的纯水通量。膜的抗菌性能实验表明,PPy和QAC的掺入可提高膜的抗细菌粘附性能。通过膜的过滤实验评估膜的动态抗污能力。实验以大肠杆菌为模拟污染物,在过滤1 h后,PPy膜的归一化通量降至46.50%±3.08%,仅掺杂QAC后可提高至56.67%±4.37%;对PPy膜施加-10V电位后为59.6%±7.26%;对QAC-PPy膜施加-10V电位后能达到69.00%±3.70%并且在条件下过滤完成后膜表面粘附的总细菌数和活细菌数最少。并且在周期过滤实验中表现出最高的通量恢复水平,具有长期运行的潜力。实验证明了在负载抗菌剂的膜表面施加电位后能提高抗菌膜的抗生物污染能力,并在一定程度上解决了抗菌膜的不持久稳定的问题,具有长期运行的潜力。

关键词：超滤生物污染导电膜抗菌基团电化学

抗生物污染及耐氯性正渗透膜的制备其性能研究

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抗生物污染及耐氯性正渗透膜的制备其性能研究

作者：张宁辉天津工业大学

学位级别：硕士

近年来,海水淡化被用来解决人类活动造成的水资源短缺危机。正渗透技术作为一种新型的海水淡化膜分离技术,正在迅速发展。然而,膜面临着不可避免的生物污染问题,这将影响其广泛应用。膜过滤技术是一种在工业生产中广泛应用的固液分离技... 详细信息

近年来,海水淡化被用来解决人类活动造成的水资源短缺危机。正渗透技术作为一种新型的海水淡化膜分离技术,正在迅速发展。然而,膜面临着不可避免的生物污染问题,这将影响其广泛应用。膜过滤技术是一种在工业生产中广泛应用的固液分离技术。纳滤和反渗透和正渗透膜的分离层大多都是通过界面聚合制备的。但是由于纳滤和反渗透技术需要压力驱动,因此其消耗相对较高。正渗透技术不需要压力,能耗更低,受到了人们的关注。正渗透是利用原料液溶液和汲取液溶液之间的渗透压差,通过聚酰胺层将水分子从原料液运输到汲取液。但是正渗透膜表面形成了一个不太致密的有机污垢层,可以通过简单的反冲洗和冲洗来清除。但是对于生物污染的问题,正渗透膜污染难以预防,至今还无法避免。正渗透污染的加剧会导致膜的透水能力降低,进而提高工艺运行的能耗,因此已经严重制约了正渗透水处理技术推广和应用。使用柠檬醛交联壳聚糖制备水凝胶,然后通过把水凝胶涂敷在正渗透膜上,来抵抗生物污染和有机污染。因水凝胶结构简单,操作简便的优点。由于未交联的壳聚糖机械性能较差因此采用化学交联剂来交联壳聚糖制备水凝胶。壳聚糖的交联剂一般采用的是戊二醛,但是戊二醛对身体伤害较大。因此采用了更为环保毒性更小的柠檬醛交联壳聚糖制备水凝胶,柠檬醛上的胺基和醛基发生席夫碱反应生成了亚胺键,亚胺键的存在增强了水凝胶的黏附能力。壳聚糖交联后,其机械性能得到了增强,避免了壳聚糖机械性能较差的缺点。正渗透膜改性后,水凝胶能够更稳固得负载在膜上。虽然水凝涂层产生了一定得水力阻力,使得改性后的膜与未改性的膜,通量下降了8%左右。但是改性后得正渗透膜其抗菌和抗污染能力都得到了增强,抗生物污染和有机污染都达到了98%以上。因此本研究提出了一种简单便捷表面改性正渗透膜的方法,膜的抗污染性能得到了提升。在以往耐氯膜的研究中大多在膜上形成耐氯的保护层。由于在膜耐氯的研究过程中,利用了环糊精作为单体制备了抗氯的聚酯膜,然而环糊精在应用过程中,浓度在增高的过程中,发生了团聚的现象。本研究通过聚乙烯醇和环糊精形成了一个整体,避免了环糊精的团聚,提高了环糊精的利用效率。通过环糊精改性的正渗透膜具备了一定的耐氯性,耐氯能力达到了8000ppm.h。从正渗透膜发生生物污染清洗的角度,使得正渗透膜具备了一定抗生物污染的能力。

关键词：正渗透生物污染壳聚糖柠檬醛团聚现象耐氯