【摘 要】
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微塑料是对生态系统和人类健康有着严重威胁的一种新型污染物,已在水源水中大量检出。传统混凝-沉淀工艺对微塑料的去除效果有限,运用混凝-超滤工艺能显著提高微塑料的去除效率,改善出水水质,但膜污染问题始终是限制其广泛应用的重要原因。本文运用混凝-超滤联用工艺处理微塑料-腐殖酸-高岭土复合污染的模拟水样,从絮凝形态学的角度深入分析该工艺对各种污染物的去除效能及其膜污染控制机理,阐释微塑料颗粒对滤饼结构与滤
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微塑料是对生态系统和人类健康有着严重威胁的一种新型污染物,已在水源水中大量检出。传统混凝-沉淀工艺对微塑料的去除效果有限,运用混凝-超滤工艺能显著提高微塑料的去除效率,改善出水水质,但膜污染问题始终是限制其广泛应用的重要原因。本文运用混凝-超滤联用工艺处理微塑料-腐殖酸-高岭土复合污染的模拟水样,从絮凝形态学的角度深入分析该工艺对各种污染物的去除效能及其膜污染控制机理,阐释微塑料颗粒对滤饼结构与滤前颗粒形态二者关系的影响作用。将聚合硫酸铁(PFS)投加量以及原水中微塑料的浓度、粒径和种类作为考察条件,研究联用工艺去除含微塑料复合污染物的效果,其结果表明,最佳混凝剂投加量为30mg/L,经混凝-沉淀工艺后,微塑料的去除率随混凝剂投加量的增加先增大后减小;微塑料浓度的增大对各种污染物的去除均产生不利影响,原水微塑料浓度为100mg/L时,浊度、腐殖酸、微塑料的去除效率最小;微塑料粒径对微塑料的去除效果的影响较显著,相同混凝条件下,大尺寸微塑料的去除效果较差,此外随着微塑料粒径的增大,浊度和腐殖酸的去除效率总体上呈上升趋势;混凝-沉淀后聚氯乙烯(PVC)和聚苯乙烯(PS)微塑料去除效率显著大于聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP),而混凝-超滤后四种类型微塑料的去除效率相差不大。通过混凝超滤小试试验探讨混凝剂投量和微塑料性质对絮体形态、膜通量的衰减程度及膜污染可逆性的影响,结果表明:随着聚合硫酸铁混凝剂投量的增大,絮体的最终粒径呈先增大后减小的变化趋势,当混凝剂投加量为30mg/L时,形成的絮体尺寸较大且结构疏松,絮体的分形维数Df较小,膜通量下降速率减缓;微塑料颗粒的存在会对超滤膜污染造成不利影响,随着原水微塑料浓度的升高,膜通量下降程度增大,滤饼层透水性变差,而低浓度微塑料可有效减缓膜污染,在膜表面形成松散的滤饼层,易受水体的扰动作用消散,不可逆污染数值减小;混凝过程中小粒径微塑料容易被絮体捕获进入絮体内部的网状空间,形成的絮体尺寸较小,过滤时大量小粒径微塑料吸附在膜表面的凝胶层上,造成超滤膜孔隙率严重下降,膜分离性能降低;不同种类微塑料混凝后形成的絮体形态存在差异,PVC微塑料混凝后形成的絮体尺寸较小且结构紧凑,膜表面堆积的滤饼层较为致密,膜比通量下降程度较大。通过采用数码显微镜和扫描电子显微镜观察分析混凝过程微塑料颗粒的分布、迁移规律及超滤膜表面的滤饼层形态,结果表明,慢速搅拌阶段,混合液中的微塑料大部分单独存在于水中,且该过程中混合液开始出现微絮体,随着混凝时间的延长,絮体颗粒不断生长,微塑料颗粒与絮体碰撞生成微塑料-腐殖酸-PFS絮体;不含微塑料的混凝水样过滤后形成的滤饼层蓬松多孔,表面存在较多孔隙,而含微塑料水样在膜表面堆积成的滤饼层很不规则,表面有较多凸起的微塑料颗粒,且膜表面大部分孔径被污染物堵塞,难以通过水力反冲洗作用去除。
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