脉冲电絮凝—电催化氧化预处理对超滤膜污染的影响研究

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超滤作为第三代饮用水处理技术的代表,在水处理领域具有十分广泛的应用。但随着超滤设备的大规模应用,膜污染逐渐突出,膜通量降低,渗透压升高等问题逐渐显现。在给水与中水回用中,以腐殖酸(HA)为主的天然有机物(NOM)分子量与超滤膜截留分子量接近,易堵塞于膜孔中,对超滤膜造成较严重的污染,简单的水力反冲洗无法完全去除,因此有必要在超滤前加装预处理装置进行去除,从而保证超滤长期稳定运行。本文主要研究了脉冲电絮凝-电催化氧化预处理技术对HA造成超滤膜污染的影响。本文以50k超滤膜为研究对象,研究了脉冲电絮凝-电催化氧化预处理对腐殖酸的去除效果,以及剩余污水经过超滤后膜通量、膜阻力的变化,以UV254、TOC、三维荧光光谱、膜通量等检测指标,对预处理前后膜过滤性能的变化进行分析,通过膜通量、膜阻力、膜污染模型变化与扫描电子显微镜等表征分析手段,分析减轻膜污染的机理。实验发现,脉冲电絮凝-电催化氧化对HA有明显去除效果,脉冲电絮凝在pH=7条件下可去除90%以上的HA,电催化氧化对剩余HA也有较高去除效果,总去除率超过96%,在电流恒定情况下,常规电絮凝经过长时间运行电压有升高趋势而脉冲电絮凝电压较为稳定,三维荧光光谱发现脉冲电絮凝优先去除大分子腐殖酸,而电催化氧化荧光峰明显移动,污染物被氧化分解为中间小分子化合物。因此脉冲电絮凝-电催化氧化对HA有较好的去除效果。经过脉冲电絮凝-电催化氧化预处理,随着初始pH的升高,膜通量先升高后降低,铁电极与铝电极电絮凝在中性条件下对HA去除效果较好,电催化氧化对剩余HA有较强氧化能力,可进一步去除HA,缓解膜污染。铝电极脉冲电絮凝-电催化氧化在初始pH=3与11时对HA去除率较小,在pH=5、7、9时去除率较高;铁电极脉冲电絮凝-电催化氧化对HA去除率与pH相关性较小。以膜通量、膜阻力为考察指标发现,脉冲电絮凝-电催化氧化通过去除HA从而明显减轻膜污染,铝电极在初始pH=3与11条件下,产生絮体量少,对HA去除效果较差,导致中间堵塞与滤饼层堵塞相关系数偏高,污染物堵塞膜孔并堆积形成滤饼层,SEM显示在膜表面产生较薄且粘性较强的滤饼层,导致膜污染明显。铁电极在初始pH=9与11条件下,产生絮体粒小且分散,悬浮于溶液中难以沉降,导致完全堵塞、中间堵塞于滤饼层堵塞相关系数较高,膜污染严重。
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