Fe(Ⅵ)强化超滤处理二级出水效能和膜污染缓解机制的研究

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超滤技术作为污水深度处理技术日益受到广泛关注,超滤膜长期运行过程中的膜污染问题成为限制膜发展的重要因素,缓解膜污染通常采用混凝、吸附、氧化等预处理方式,其本质是通过絮凝、吸附、氧化分解等作用去除部分引起膜污染的有机物,从而缓解膜污染同时提升出水水质。但有时单一的膜前预处理技术不能很好地缓解膜污染,常常通过不同工艺组合来缓解膜污染。本文选取具有氧化、絮凝、吸附和消毒等多功能的高铁酸钾作为膜前预处理药剂,并选用氯化铁强化高铁酸钾的氧化和混凝效果,将二级出水作为研究对象,分别考察Fe(Ⅵ)、不同摩尔比Fe(Ⅵ)/Fe(Ⅲ)对超滤膜的污染控制效果,实验中以膜通量曲线、膜污染阻力分布、膜污染表面扫描电镜表征和膜污染模型拟合分析进行膜污染缓解效果的评价。同时考察了这些膜前预处理技术与超滤耦合对水质的净化效能,从DOC、UV254、多糖、蛋白、三维荧光(EEM)、分子量分布和营养盐(TN、TP)等水质指标进行除污效能评价。在单独投加Fe(Ⅵ)工艺中,发现高铁酸钾还原产物形成的絮体粒径小且沉降性能较差,从而引起浊度的上升,严重影响UV254、多糖等紫外测量指标结果,但是超滤能很好截留铁絮体,提升了出水水质,但超滤本身对二级出水中有机物去除率并不高。膜前Fe(Ⅵ)预处理能显著缓解膜通量下降,对水力可逆阻力去除效果显著,对水力不可逆也有较好的去除效果,能有限缓解标准堵塞,从而有效缓解膜污染。当Fe(Ⅵ)投量为100μmol/L,超滤之后的DOC、UV254、多糖、蛋白去除率分别能达到36.58%、39.51%、17.75%、36.71%,荧光类有机物和紫外检测的大分子有机物的去除效果也是最佳,但对TN几乎没有影响,对TP去除率达到92.37%。Fe(Ⅵ)的氧化和絮凝作用均对有机物有去除效果,其中絮凝作用对DOC去除效果优于氧化作用。当Fe(Ⅵ)投量为100μmol/L时,对DOC去除贡献中,氧化作用占比30.85%,絮凝占比69.15%,但是氧化是去除所以荧光类有机物的主要作用,而絮凝仅对芳香族蛋白质和类色氨酸物质有一定去除效果,紫外吸收类大分子有机物主要靠氧化作用去除。至于膜污染控制,随着Fe(Ⅵ)投量的增加和运行周期的增加,絮凝作用逐渐成为缓解膜污染的主要机制,其中氧化作用能较好缓解水力可逆阻力,絮凝作用是缓解水力不可逆阻力的关键,但是氧化作用能有限缓解标准堵塞。Fe(Ⅵ)/Fe(Ⅲ)联用能明显促进絮体形成和絮体的沉降性能和改善进水水质,从而避免对紫外检测有机物指标的影响。其中Fe(Ⅵ)/Fe(Ⅲ)投量比为100/50μmol/L耦合超滤对有机污染物的去除效果最佳,对DOC、UV254、多糖、蛋白去除率分别能达到40.08%、48.15%、23.67%、41.67%。Fe(Ⅵ)/Fe(Ⅲ)投量比为50/100μmol/L,对膜污染控制能达到最好的缓解效果,结束时比通量为0.6,水力反冲洗后第三周期开始时比通量恢复到0.91,并且最大程度缓解了水力可逆阻力和不可逆阻力,相比而言Fe(Ⅵ)/Fe(Ⅲ)投量比为100/50μmol/L结束时比通量为0.54,且水力反冲洗后第三周期开始时比通量恢复到0.77。本论文分别采用Fe(Ⅵ)、Fe(Ⅵ)/Fe(Ⅲ)联用系统的进行膜污染控制和水质改善的机制探究,研究结果可为膜前预处理工艺和污水深度处理技术提供一种新思路。
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