混凝-超濾聯(lián)用工藝去除水中腐殖酸-納米二氧化鈦復合污染物的研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、納米二氧化鈦顆粒(TiO2 nanoparticles,TiO2-NPs)是水處理最常使用的納米材料之一,大量TiO2-NPs隨生產(chǎn)使用直接或間接進入天然水體中,對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響。腐殖酸是天然水體中最普遍存在的有機污染物,進入水體中的TiO2-NPs與HA發(fā)生復雜的相互作用。超濾膜技術被廣泛應用于水處理領域,混凝預處理作為一種有效減輕膜污染的手段,可以大大延長超濾膜技術的使用壽命。論文采用實驗室自制的聚合硫酸鐵(PFS)作為混凝劑,通

2、過探究不同投加量、pH、攪拌程序、Ca2+濃度條件下,混凝-超濾聯(lián)用工藝處理 HA-T復合污染物的出水效果,并根據(jù)混凝過程中形成的絮體特性與超濾膜通量變化情況,對膜表面污染機理進行解釋。主要研究內容和結果如下:
 ?。?)分別對相同濃度HA和納米TiO2體系進行粒度分布和Zeta電位表征,并進行紫外-可將光光譜掃描、三維熒光光譜掃描、同步熒光光譜掃描,結果表明:HA在水體中的存在對TiO2-NPs體系的穩(wěn)定性有著非常重要的影響,具

3、體表現(xiàn)為HA的加入,使TiO2-NPs水溶液體系的有效粒徑減小,表面負電性增強。TiO2-NPs在水體中的存在對HA的結構同樣有著非常重要的影響,具體表現(xiàn)為:TiO2-NPs的加入,使HA的UV-VIS吸光度大大增加,熒光基團發(fā)生淬滅,且淬滅強度隨TiO2-NPs濃度的升高而增強,3DEEM掃描以SSF掃描光譜呈現(xiàn)出同樣的紅移趨勢。
 ?。?)混凝劑投加量、pH、攪拌程序對C-UF聯(lián)用工藝處理HA-T復合污染物有重要影響。以PFS

4、為混凝劑時,PFS投加量為0.456mmol/L,pH=8(弱堿性),240rpm/min-2min,40rpm/min-18min,10rpm/min-10min三階段攪拌程序為C-UF的最佳運行條件。在此工況下,HA分子呈線性舒展狀態(tài),且與TiO2-NPs穩(wěn)定復合存在,此時混凝機理以吸附架橋和網(wǎng)捕卷掃為主,形成的絮體尺寸大,分形維數(shù)適宜,結構疏松多孔且具備一定強度,膜表面濾餅層絮體以的大分子骨架結構為主,且以不同角度交錯連接,骨架間

5、空隙很大,滲透率高,末端標準化通量高,膜污染較輕。運行絮體破碎-再生程序后,超濾膜通量發(fā)生大幅度下降,且膜污染隨著破碎強度的增加而加重。
 ?。?)Ca2+對C-UF工藝處理HA-T復合污染物的影響效果主要與PFS投加量有關。低PFS(0.23mmol/L)投加量時,添加2mmol/L Ca2+可明顯提升出水水質,減輕超濾膜表污染;最佳PFS(0.46mmol/L)投加量時,隨著Ca2+濃度的增加,C-UF出水水質呈現(xiàn)略微增加而后

6、下降的趨勢,超濾膜污染加重;在高劑量(0.57mmol/L)PFS投加量情況下,隨著Ca2+濃度的增加,C-UF出水水質呈現(xiàn)下降趨勢,超濾膜污染急劇加重。同時Ca2+可以顯著改變超濾膜表面濾餅層的絮體形態(tài)。在低PFS投加量時,投加Ca2+后其超濾膜表面由小顆粒絮體結構變?yōu)槭杷啥嗫浊規(guī)в袑訝罱Y構的大尺寸絮體,濾餅層結構明顯呈海綿狀,孔隙分布均勻且密集,此時添加Ca2+可以有效減輕膜污染;在最佳PFS投加量和高PFS投加量時,投加Ca2+后

7、超濾膜表面濾餅層表面結構變得更為密實,孔隙相對較少,結構呈片狀或層狀,與未加Ca2+時的大分子骨架結構有明顯不同,且隨Ca2+的增加濾餅層發(fā)生板結現(xiàn)象,膜污染加重。
 ?。?)超濾膜表面污染機制主要與HA-T復合污染物性質、絮體特性、Zeta電位有關?;炷齽┩都恿?、pH、攪拌程序及Ca2+濃度通過改變原水中HA-T復合污染物性質、混凝階段形成的絮體特性、出水Zeta電位值進而影響C-UF聯(lián)用工藝的出水水質及膜通量情況。在實驗采用的

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