随着人口的不断增长以及工业化的迅速发展,水资源短缺已成为全球面临的严重挑战之一,控制废水的排放以减轻其对环境的污染和危害成为急需解决的问题。近年来,膜分离作为一项高效、节能的新型分离技术,已在水处理领域有广阔的应用前景。然而在处理有机废水时,有相当一部分有机污染物具有高浓度、高化学需氧量(COD)等特性,对膜法水处理系统造成了极大的负荷,严重影响了处理系统的效率和使用寿命。针对有机废水难处理的问题,本文采用孔隙丰富、性能稳定、导电性能良好的微滤炭膜为分离膜,通过耦合电化学作用来强化膜分离处理有机废水过程。在此基础之上,通过在炭膜上担载金属氧化物催化剂来进一步提升其电化学活性,探究了膜分离和电催化协同作用对废水中有机污染物的去除性能及膜抗污染性能的影响。主要研究成果如下:(1)探究了电化学作用强化对导电炭膜处理含油废水的分离性能和膜抗污染性能的影响。结果表明,电化学作用强化下膜的渗透性得到显著地提升,在最优操作参数下(电压为2.0 V、电极间距为4.25 cm、电解质浓度为5 g/L、流速为1.2 mL/min),炭膜的初始通量几乎为未加电时的2倍,处理8 h后的通量下降率仅为28.52%;膜污染指数计算结果表明电化学反应对膜污染的改善主要在于对表面可逆污染的抑制,从而减小油滴附着在膜表面的概率;同时,在电化学作用强化下,炭膜也保持着高分离性能,废水中油去除率达到97.63%,COD去除率达到81.89%;气相-质谱(GC-MS)对处理前后含油废水中的主要石油烃组分(正构烷烃和多环芳烃)的种类和含量的分析结果得出,大分子油滴可以被降解为小分子副产物,证明膜上的阳极氧化反应是提升膜分离性能和抗污染性能的关键。(2)开发了一种动态电化学沉积技术,制备出CuO/炭电催化膜,探究了电催化剂在膜上的分布方式对电催化膜催化活性的影响,并考察了电催化耦合膜分离技术去除废水中有机污染物的性能及膜抗污染性能。结果表明,所制备的动态电沉积CuO/炭膜(DECuO/CM)较原炭膜(CM)和常规电沉积CuO/炭膜(CECuO/CM)具有更好的去除尺寸小于膜孔径的污染物的能力,其罗丹明B(RhB)、COD和总有机碳(TOC)去除率分别是CM和CECuO/CM的9.0-20.2和1.4-1.5倍,同时DECuO/CM的渗透通量高于CM和CECuO/CM;采用DECuO/CM的处理系统表现出更好的节能优势,在去除废水中等量的RhB时,利用DECuO/CM处理分别比CECuO/CM和CM处理节能33.2%和95.3%,甚至比普通微滤法处理节能99.3%;电催化与膜分离的协同作用可进一步提升对尺寸大于膜孔径的污染物的去除效率和抗膜污染性能,DECuO/CM在处理含油废水过程中的去除率均保持在99.8%以上,渗透通量较单独膜分离提高了 66.59倍,且处理高浓度含油废水长达24 h小时后,膜的渗透通量下降率仅为33.98%。(3)利用锐钛矿型纳米TiO2的高电催化活性以及在强酸性环境中的稳定性,采用动态电沉积法制备了 TiO2/炭电催化膜(TiO2/CM)用于强酸性有机废水的处理。结果表明,TiO2的电催化协同作用可显著提升炭膜对于酸性RhB废水的处理性能,在外加2.5 V电压时,TiO2/CM对酸性RhB废水的去除率较未加电提高了约155倍;TiO2/CM具有优异的耐酸性能和较长的使用寿命,在处理强酸性RhB废水(pH=1)6h后,膜的渗透通量可达421.95 L/(m2·h·bar),去除率达到97.35%,且电化学性能表征结果证明TiO2/CM在强酸性环境中电化学活性和电导率几乎没有损失;TiO2/CM展现出广泛的适用性,对分别含有四种目标污染物(RhB、苯酚、四环素、油)的强酸性废水的去除率均在92%以上;高温热解有助于TiO2/CM的通量再生,经热解后的TiO2/CM的通量再生率达到100%。(4)利用动态电沉积技术,在炭膜上合成多种形貌(纳米棒(NRs)、纳米花(NFs)和纳米片(NPs)的ZnO电催化剂,探究了催化剂纳米颗粒的形成及生长机制,并揭示了催化剂形貌对电催化膜的有机废水处理性能的影响。结果表明,废水处理性能与膜上电催化剂的形貌显著相关,与ZnO NFs/CM和ZnO NPs/CM相比,ZnO NRs/CM由于具有更大的电催化表面积、更快的电子转移速度和更高的活性物质生成速率而展现出了更好的阿莫西林废水处理性能,阿莫西林(AMX)去除率高达99.5%;处理系统中外加电压依次升高时,ZnO NRs/CM对AMX的去除表现出吸附-直接氧化-间接氧化耦合的作用,其中·OH生成能力为决定ZnO NRs/CM处理能力的关键,外加2.0 V电压时·OH的生成速率达到4.56×10-10 M-1s-1;ZnO NRs/CM对混合抗生素废水和天然有机物废水的良好处理性能以及膜再生工艺对其通量及去除率的再生效果,证明了 ZnO NRs/CM具有良好的稳定性、广泛适用性和可重复利用性,具有一定的实际应用潜力。