水处理中超滤工艺研究Word下载.docx

水处理中超滤工艺研究Word下载.docx

《水处理中超滤工艺研究Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水处理中超滤工艺研究Word下载.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

L-1，向溶液中加入0.5mmol·

L-1的NaHCO3作为缓冲物质，溶液pH用0.1mol·

L-1的NaOH和HCl调至7，并用NaCl调节溶液电导率至1mS·

cm-1，试验所用药品均为分析纯.

　　1.2试验方法

　　EC试验:

试验采用自制有机玻璃槽（有效容积为400mL，下端留有出水口）作为反应器，阴、阳两极均采用铝板，极板尺寸为115mm×

65mm×

2mm，极板间距20mm.根据Faraday定律选取电流密度10、20、30A·

m-2电解3min，使得反应器内Al3+浓度分别达到2.5、5、7.5mg·

L-1,试验先以200r·

min-1快搅3min，随后以100r·

min-1慢搅15min使絮体稳定增长.

　　CC试验:

用去离子水溶解适量的Al2（SO4）3·

18H2O，配置成Al3+浓度为0.5g·

L-1的溶液并贮存在试剂瓶内.同样用自制有机玻璃槽作为反应器，用计量泵控制流速为0.667、1.333、2mL·

min-1，运行3min将Al3+标准溶液转移到反应器内使Al3+浓度分别达到2.5、5、7.5mg·

　　UF试验:

将EC、CC反应18min后的溶液从反应器下端出口转移到超滤杯（有效容积180mL）内，压力由恒压氮气提供，在恒定压强为0.1MPa的条件下进行死端过滤，试验装置如图1所示.

图1 

UF试验装置示意

　　絮体性质的测量试验:

絮体的性质采用激光衍射仪动态分析和测量.EC、CC絮体测试试验前18min如上所述，试验先以200r·

min-1慢搅15min使絮体稳定增长，然后提高搅拌速率至300r·

min-1快搅5min对絮体进行破碎，最后再以100r·

min-1慢搅10min使破碎絮体再絮凝.絮体强度、恢复系数和分形维数被用来表征絮体的性质特征，其计算公式如下[14]:

　　式中，d1、d2、d3分别为絮体在初始稳定阶段、破损阶段和再生稳定阶段的平均粒径，I为光强，Q为散射矢量，方程（3）中的斜率便为分形维数.强度系数越大表明絮体更耐高剪切力，也就意味着絮体不易被剪切力打碎;

恢复系数越大表明絮体经过高剪切力作用后可恢复性较好;

Df值高表明絮体结构更加密集和紧凑，而较低的Df表明絮体结构比较松散且高度支化.

　　1.3分析方法

　　HA储备液用总有机碳分析仪（TOC-VCPH,SHIMADZU,Japan）定量其浓度，pH测定用pH测定仪（720，ThermoOrion，USA），电导率的测定采用电导率仪（METTLERTOLEDO，S230，China），UV254测定用紫外/可见分光光度计（U-3010，HitachiHigh-TechnologesCo，Japan），絮体粒径和性质的测定采用激光粒度分析仪（Mastersizer2000，Malvern，UK），试验在保持恒定压力的条件下以相对通量J/J0表征膜污染程度，电子秤的读数采用相关传感器与相应的数据采集软件来记录，膜表面情况采用场发射扫描电镜（SEM,JSM7401F,JEDL,Japan）表征，水接触角的测量采用接触角测量仪（dataphysics，OCA15EC，GER）.

　　2结果与讨论

2.1不同工艺对膜通量和HA去除率的影响

　　对比研究了UF、CC-UF、EC-UF这3种不同工艺对膜通量的影响和UF、CC-UF、EC-UF、CC、EC这5种不同工艺去除腐殖酸的效能，结果如图2.由图2（a）可知，在UF工艺单独运行条件下，UF膜通量不断地在下降.这是由于一些粒径较小的HA吸附或黏附在UF膜孔内，使膜孔堵塞造成膜内污染，而粒径相对较大的HA吸附、沉积在UF膜表面形成致密紧实的滤饼层，使过滤阻力增加造成膜外污染.在相同的反应时间内CC-UF、EC-UF组合工艺的膜通量明显高于UF工艺，这是由于Al3+的水解产物通过吸附电中和或网捕卷扫作用与HA聚集成粒径较大的絮体，这些絮体不但不会堵塞膜孔造成膜内污染，而且可以沉积在UF膜表面形成一层疏松的滤饼层，防止一些粒径较小的絮体进入膜孔内，具有减缓膜污染的作用.由图2（b）可知，5种不同工艺对HA去除效能排序为:

CC-UF>

EC-UF>

CC>

EC>

UF.UF工艺对HA的去除是由于UF膜孔的物理筛分作用，所以对HA的去除率比较低只有41%.CC-UF与EC-UF工艺对HA的去除率差别不大分别为99.65%、98.95%，相比于CC、EC工艺，对HA的去除率提高约6%，说明UF有效地提升了CC、EC对HA的去除效能.CC、EC作为UF工艺的预处理工艺，不仅有效地减缓了膜污染，而且还提高了出水质量，虽然EC-UF工艺在HA去除率方面上低于CC-UF工艺0.70%，但是膜通量高于其5.57%.综上可知，5种工艺中的最佳工艺为EC-UF工艺.

Al3+投加量5mg·

L-1（20A·

m-2）

图2 

不同工艺对膜通量和HA去除率的影响

　　2.2Al3+投加量和投加方式对膜通量的影响

　　在CC-UF工艺中分别选取絮凝剂投加量2.5、5、7.5mg·

L-1，EC-UF工艺中分别选取电流密度10、20、30A·

m-2，考察Al3+投加量和投加方式对膜通量的影响，结果如图3.CC-UF工艺中，絮凝剂投加量为5mg·

L-1时反应结束后膜通量比投加量为2.5mg·

L-1、7.5mg·

L-1时分别高约16.20%、5.20%，结果如图3（a）.同样，在EC-UF工艺中电流密度为20A·

m-2时反应结束后膜通量比电流密度为10A·

m-2、30A·

m-2时分别高约16.90%、9.32%，结果如图3（b）.虽然Al3+的投加方式不同，但Al3+的投加量都存在一个最优值，高于或低于最优值都会造成膜通量下降.由图4可知，当Al3+的投加量低于最优值时，导致HA与Al3+水解产物结合不完整，使溶液中存在大量粒径相对较小的胶体粒子和部分未被结合的HA;

当Al3+的投加量高于最优值时，在CC中由于过量Al3+的水解作用使溶液的pH值偏低，而在EC中由于阴极电解产生大量的氢氧根使溶液pH值偏高，溶液pH值过高或过低都不利于铝络合物与HA结合，导致与最优投加量相比高投加量条件下形成絮体粒径相对较小，而粒径较小的絮体生成的滤饼层就相对比较紧实，使过滤阻力增大.因此，在膜过滤过程中，低Al3+投加量容易堵塞膜孔而高Al3+投加量容易增加过滤阻力，这与前人的研究结果一致[18].综上可知，Al3+的浓度为5mg·

m-2）时为最优投加量，可以有效地减缓膜污染.

　　2.3Al3+投加量和投加方式对絮体性质的影响

m-2，考察Al3+投加量和投加方式对絮体性质的影响，结果如图5与表1.由图5（a）可知在CC-UF工艺中，絮凝剂的加入使得带正电的铝离子和铝络合物与带负电的HA迅速发生吸附电中和作用，使胶体颗粒脱稳生成粒径相对较大的絮体.与此同时，絮体之间的碰撞和磁力搅拌器转子的剪切力作用使絮体也在不断地破损，当絮体破损与聚合速度达到平衡时，絮体的粒径便趋于一个稳定值.然而，絮体处于稳定期的粒径并不随着絮凝剂的投加量增大而增大，这主要归因于HA表面吸附多余的正电荷使其带正电，增加了胶体之间的排斥力，不容易聚合生成粒径较大的絮体.由图5（b）可知同样的结果也出现在EC-UF工艺中，阳极电解释放Al3+的同时阴极也在产生氢氧根，絮体的生成主要依靠Al（OH）3的网捕卷扫作用.根据Faraday定律可知，当电解出Al3+的量增多时阴极产生的氢氧根也在增多，由于溶液中存在大量的氢氧根使水解产物向Al（OH）4-等负离子转化，系统脱稳困难混凝效果较差，所以絮体处于稳定期时的粒径相对小于最优投加量时的絮体粒径.由表1可知，絮体的强度系数与Al3+投加量成负相关，说明Al3+低投加量条件下形成的絮体抗剪切力的能力越大.在EC和CC各自的工艺条件下，分形维数大的絮体其恢复系数值相对较大.

　　EC工艺所形成絮体的分形维数要高于CC工艺，表明EC工艺相对于CC工艺所形成絮体的结构更加紧实，这是由于通过网捕卷扫生成的絮体比电中和形成的絮体更加密实的原因，这与前人的研究结果是一致的.综上可知，相比CC，EC工艺条件下形成的絮体对抗剪切力的能力大，并且结构相对紧实.

　　2.4滤饼层结构性质表征

　　分别对CC-UF工艺与EC-UF工艺中被污染的超滤膜做水接触角和SEM表征，考察Al3+的投加方式对膜表面滤饼层结构性质的影响，结果如图6.由图6（a）可知，不同工艺膜表面滤饼层水接触角的排序为:

90°

>

空白>

CC-UF>

UF>

EC-UF，说明不同工艺条件下所形成的滤饼层均为亲水性，但EC-UF工艺膜表面滤饼层的亲水性最强.当絮体被吸附到超滤膜表面时，滤饼层就逐渐形成，如果絮体的特性不同，那么滤饼层的密实程度也不同.由图6（b）可以看出，仅用UF过滤模拟试验用水时，膜表面被大量HA覆盖只能看清零星的几个膜孔，而且滤饼层非常的密实.CC-UF工艺与EC-UF工艺相比，由于EC产生的絮体强度大且相对紧实，在膜分离过程中不容易被压力压碎、压实，所以EC-UF工艺形成的滤饼层更加的疏松多孔，而且表面也相对比较粗糙.正如Wenzel的研究结果，物体表面在原有亲疏水性的基础之上，表面的粗糙程度与其亲疏水的性质呈正比，亲水性的物体表面越粗糙其亲水性越好，同理疏水性物体表面越粗糙疏水性越好，所以EC-UF工艺膜表面滤饼层的水接触角较小亲水性强.综上可知，EC-UF工艺条件下形成的滤饼层更加有利于减缓膜污染.具体参见污水宝商城资料或更多相关技术文档。

　　3结论

（1）CC、