【摘 要】
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水资源短缺是人类社会在发展过程中面临的全球性问题,水质净化回用是缓解该问题的重要手段。膜分离技术因其具有工艺简洁、自动化程度高、出水水质优良等优点在水处理中的应
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水资源短缺是人类社会在发展过程中面临的全球性问题,水质净化回用是缓解该问题的重要手段。膜分离技术因其具有工艺简洁、自动化程度高、出水水质优良等优点在水处理中的应用日益广泛。膜污染问题严重制约了膜技术的推广应用,因此如何减缓膜污染是膜法水处理研究的核心问题。本文应用电絮凝膜分离一体式反应器(Electrocoagulation membrane reactor,ECMR),将微滤平板陶瓷膜膜组件置于电化学系统的电场区域,研究絮凝和电场的协同作用对腐殖酸的去除效果,膜污染缓解情况,以及电场对平板陶瓷膜和PVDF膜膜污染影响变化程度。ECMR(内置平板陶瓷膜)在最佳工艺参数下,对水中HA浓度为5 mg·L-1的去除率可达88.3%。能有效去除水中HA,其HA的去除效率明显高于EC-MF、MF及EC。ECMR(内置平板陶瓷膜)减缓膜污染的最佳工艺参数为:电流密度J=10 A·m-2、初始pH=7、初始电导率σ00=100 μS·cm-1、电解时间30 min条件下,膜通量稳定在93%-95%之间。且较高电流密度和弱酸性pH有利于提高膜通量。与EC-MF平板陶瓷膜相比,达到稳定状态时时间提高了 7 min,通量高出近20%,孔隙率提高20%,且达到稳定的时间较短。对新膜、污染的膜以及清洗后的膜表面滤饼层进行表征发现:被污染膜表面铝元素和硅元素含量明显提高,膜通量的衰减是因为絮体吸附于膜孔内或沉积在膜表面构成膜污染。而絮体因为铝离子通过水解产生的物质吸附、中和高岭土和腐殖酸形成的。清洗后的膜通量可以恢复到初始膜通量的约97%,清洗后的膜可再次利用,膜污染为可逆膜污染。ECMR(内置平板陶瓷膜)可以实现絮凝和电场的协同作用,即减缓膜污染又提升出水水质。以往装置应用的膜组件为中空纤维膜(PVDF),平板陶瓷膜相对于其而言,使用寿命长、机械强度高、易清洗。对ECMR装置中电场对两种膜的防污染的性能进行对比,研究结果表明:电场下平板陶瓷膜相对于PVDF膜对减缓膜污染,短时间内提高膜通量有更好的效能。电场作用提高了滤饼层孔隙率,在电场作用下,平板陶瓷膜比PVDF膜的孔隙率增加幅度更大。平板陶瓷膜的抗污染的能力高于PVDF膜,提供更大水通量。电场强度升高,膜通量升高,亲水性增加。电场强度增加幅度相同的条件下,平板陶瓷膜的疏水性下降幅度大于PVDF膜,进而提高更大的膜通量。平板陶瓷膜和PVDF膜能耗消耗从小到大依次是:ECMR平板陶瓷膜、ECMR PVDF膜、EC-MF平板陶瓷膜、EC-PVDF膜,ECMR装置应用平板陶瓷膜与PVDF相比,每立方米能耗减少了 0.09KWh,电场对平板陶瓷膜能耗减少影响幅度大于PVDF膜。
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