【摘 要】
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超滤技术(Ultrafiltration,UF)作为一种高效的分离工艺,在污水深度处理及回用中得到广泛关注,然而膜污染是限制其推广应用的关键因素。次氯酸钠(NaClO)可快速高效去除膜污染并恢复膜通量,已广泛应用于化学清洗膜污染领域,但NaClO化学清洗膜污染时可能生成大量强毒性卤代副产物。目前针对超滤膜过滤实际二沉池出水所产生的膜污染在NaClO溶液中的清洗效果和副产物生成情况仍缺乏系统研究。针
【基金项目】
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国家自然科学基金“次氯酸盐清洗典型膜污染过程中毒性副产物的生成机理及控制方法”,项目编号为 5160080567;
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超滤技术(Ultrafiltration,UF)作为一种高效的分离工艺,在污水深度处理及回用中得到广泛关注,然而膜污染是限制其推广应用的关键因素。次氯酸钠(NaClO)可快速高效去除膜污染并恢复膜通量,已广泛应用于化学清洗膜污染领域,但NaClO化学清洗膜污染时可能生成大量强毒性卤代副产物。目前针对超滤膜过滤实际二沉池出水所产生的膜污染在NaClO溶液中的清洗效果和副产物生成情况仍缺乏系统研究。针对上述情况,本文首先探究了二沉池出水对超滤膜的污染特性,之后采用NaClO溶液对污染后的膜进行化学清洗,系统研究了不同参数条件下NaClO化学清洗膜污染的效能并明确了清洗过程中副产物的生成情况。实验选用的二沉池出水经超滤膜过滤后SS、TP、TOC和UV254均显著降低,但TN无明显去除。超滤膜截留二沉池出水中的污染物会产生膜污染进而导致膜通量降低。NaClO化学清洗可使膜通量得到完全恢复,但会改变膜表面形貌及元素组成,且清洗后膜表面疏水性增强。NaClO溶液清洗膜污染时不同操作条件对二沉池出水造成膜污染的去除效能有重要影响:清洗温度升高对NaClO清洗效能具有促进作用;NaClO清洗后膜通量恢复率在清洗时间由2 h延长至24 h的过程中逐渐升高,且清洗8 h后的膜通量超过初始通量;在p H4~10的范围内NaClO清洗效能随p H升高先增强后减弱,膜通量恢复率在p H=8处达到最高值;在NaClO浓度从100 mg/L升高至1000 mg/L的过程中膜通量恢复率先降低后升高,且在400 mg/L时恢复效果最差。在NaClO溶液清洗二沉池出水造成的膜污染过程中会生成卤代副产物。在选定的实验条件下,大部分卤代副产物的生成潜能随清洗温度升高(15~35℃)、清洗时间延长(2~24 h)及NaClO溶液浓度升高(50~1000 mg/L)而增加,但二氯丙酮(1,1-DCP)在室温(25℃)时最容易生成,二氯乙腈(DCAN)在NaClO浓度为200 mg/L、清洗时间为4 h时生成量最高。在p H4~10范围内,三氯乙酸(TCAA)生成浓度随溶液p H增加而先升高后降低;二氯乙腈(DCAN)生成浓度与溶液p H负相关,其余副产物则在p H升高时更易于生成。综合NaClO化学清洗二沉池出水造成的膜污染效能及清洗过程中卤代副产物的生成情况,建议采用的清洗条件为:温度15℃、清洗时间2 h、初始p H=4~7、NaClO浓度100~200 mg/L。NaClO重复清洗次数增加会导致超滤膜对TOC和TP的截留率降低;清洗后膜通量恢复率随清洗次数增加总体呈上升趋势;剩余清洗液中的卤代副产物随清洗次数增加而逐渐积累,但三氯乙烯(TCE)和1,1-DCP的浓度变化不明显。综上可知,NaClO虽然可有效清洗二沉池出水造成的膜污染并恢复膜通量,但是膜结构特性在NaClO化学清洗后会逐渐改变,同时清洗过程中会产生大量卤代副产物;此外,当对NaClO清洗液重复使用时,大量卤代副产物会在清洗液中积累。因此,应用NaClO对二沉池出水造成的膜污染进行化学清洗时,需要对剩余清洗液进行有效处理后方可排入天然水体。
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