BDD电氧化处理污水厂二级出水的纳滤浓缩液研究

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水资源的短缺推动了膜滤技术在再生水处理领域的快速发展。纳滤膜对于水中溶解性有机物和高价无机离子有着较高的去除率。膜的生物污染和纳滤浓缩液的处理阻碍了纳滤技术在再生水处理领域的应用。本研究提出了一种电氧化耦合纳滤膜的工艺系统(Nanofiltratio-Electrooxidation简称NF-EO)用于处理二级出水的纳滤浓缩液,探究该系统对纳滤浓缩液中无机污染物和有机污染物的去除效果,以达到“零液体排放”的目的,同时探究掺硼金刚石(Boron doped diamond简称BDD)电极原位电解产物对纳滤膜表面生物污染层的控制效果。首先,纳滤膜表面生物污染层的流变特性和膜表面微流场有关。通过振荡和稳定剪切模式下运行的平行板流变仪测试了纳滤膜产生的生物污染层,并对膜表面的剪切应力进行了计算流体动力学模拟。结果表明,生物污染层展示出弹性特征,并且随着COD含量的增加,表现出更强的弹性、更大的粘度和屈服应力。与数值模拟得到的膜表面微流场剪切应力相比,纳滤过程中生物污染层的剪切应力比低剪切应力条件下生长的絮体层高一个数量级,即水流的剪切应力可能不会有效地导致生物污染层脱落,需要寻求电化学途径控制纳滤膜表面生物层污染。其次,采用BDD阳极构建的电氧化(Electro-oxidation简称EO)反应器来氧化纳滤处理污水厂二级出水产生的浓缩液。为了达到排放标准,收集二级出水电解液与未经处理的二级出水的混合物,并将其输送回纳滤系统来提升系统回收率。结果表明,在30 m A/cm~2的电流密度下,电氧化过程中产生的活性氯自由基使得大部分氨氮在30分钟内氧化为氮气。此外,在60分钟的长时间电解下,EO反应器完全去除了纳滤浓缩液中的磺胺二甲基嘧啶、腐殖酸和细菌总数。值得注意的是,在长达120小时的长期运行中EO反应器中的有机污染物去除率保持在稳定值,纳滤膜表面生物污染减小,产水通量较为稳定。本次研究强调了NF-EO工艺作为处理二级出水的“零液体排放”方法的潜力。为了实现可持续的纳滤膜表面生物污染的控制,采用BDD阳极的电氧化电解液将原位产生的氯胺与未经处理的二级出水混合,作为后续纳滤工艺的进水,以减轻膜生物污染,并实现“零液体排放”。结果表明,在30 m A/cm~2的电流密度下,氯胺在电解30分钟时浓度达到最大值;当氯离子浓度低于500 mg/L时,氯胺的浓度大于游离氯的浓度。由于氯和氯胺在原位同时生成,NF-EO混合工艺可以完全去除抗生素和细菌。同时,纳滤膜表面生物污染也能得到有效缓解,可以在长达160小时的长期运行中保持稳定的通量。本研究为二级出水的可持续再利用提供了一个有效的“零液体排放”策略。
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