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混凝-膜过滤中滤饼层对双酚A的去除强化作用研究
作者:管理员    发布于:2016-01-20 08:41:35    文字:【】【】【

  双酚A(BPA)是典型的内分泌干扰素之一,近年来有地表水体甚至饮用水源中检出BPA的报道。水处理系统中去除BPA的主要方法包括胶体和微生物絮体吸附、生物、化学降解、树脂吸附等。相比物理、化学方法去除BPA研究的较少。混凝技术在净化和提高水质方面有时间短、效率高的优势,应用广泛。王梓松等、张良亮等通过研究表明,聚合氯化铝(PAC)的电中和作用促使体系中胶体物质脱稳并逐渐凝聚,去除BPA主要机制为胶体物质吸附,去除率可达到30左右。

  根据混凝去除BPA机理,单独混凝受反应及接触时间的限制,对BPA去除作用有限。膜过滤对小尺寸的颗粒物具有良好的去除效果,但对BPA具有较好截留能力的反渗透、纳滤等价格相对昂贵,若采用微滤(MF)或超滤(UF)过滤技术则因其孔径较大,理论上无法有效截留BPA分子由于膜面存在复杂的物理化学作用,其微观界面对BPA去除会产生一定的影响,尤其是将絮体混合液进行膜过滤时在膜表面形成污染层,当混合溶液透过污染层时,迫使BPA再次与带电絮体接触,延长了BPA分子与带电絮体接触时间,使电性中和及吸附作用继续发生,起到强化去除的作用。因此,本研究从膜面污染层角度入手,采用循环错流过滤的方法形成滤饼层,并对其截留BPA的能力进行分析,以进一步探明混凝-微滤膜过滤作用对BPA的去除机理。

  1材料与方法1.1,将浸泡过的微滤膜装入过滤装置,将500mL混凝后未经沉淀的混合液在0.02MPa下过滤,当滤过液达到400mL时停止过滤,记录过滤时间,取样后将1次过滤液进行第2次过滤。当2次滤过液达到400mL时停止2次过滤,记录2次过滤时间,取样后将2次滤过液进行第3次过滤。以此类推,共进行4次过滤。

  1.3测定方法分别采用紫外/可见分光光度计(T6新世纪)和高效液相色谱仪(Waters2478)测定原液和滤过液中的BPA浓度。通过对BPA进行全波段扫描,确定其特征吸收峰为227nm.液相色谱柱采用SymmetryC18(5叫,4.6mmx150mm),流动相为甲醇和去离子水(体积比5:95),流速为1mL/min,进样体积20吣,时间8min,BPA出峰时间为2.290min,激发波长227nm左右。并据此绘制BPA浓度的标准曲线。

  将混凝后的混合液通过。在膜过滤刚开始的1min内,微滤膜片对BPA的截留作用明显,随着时间的延长,透过液BPA浓度逐渐增加,6min时出水中BPA已接近进水浓度,说明此时膜对BPA的截留作用很小。推测其原因,是由于微滤膜内部复杂的孔道结构能够对BPA形成一定量的截留与吸附,但短时间内即达到了吸附饱和状态。微滤膜对BPA只有极短暂的吸附截留作用。

  膜过滤后出水浊度可以看出,膜过滤对于浊度有良好的去除效果。浊度去除率与混凝对BPA去除率趋势一致,即混凝去除BPA效果佳的PAC和FeCl3投加量下,对浊度的去除率也是高的。

  膜过滤后浊度都可降至0.4NTU以下。由此可知,无论是以PAC还是以FeCl3作为混凝剂,其形成的絮凝体均可被微滤膜有效的截留,而这正是混凝-膜过滤联合去除小于膜孔径的小分子物质的前提。2.3混凝一微滤膜过滤膜污染状况选用0.45um的平板膜片,混凝混合液经进水泵加压后进行膜过滤,絮体被膜截留并在膜面积累形成污染层。清洁膜和污染后膜的SEM照片如。清洁膜表面的结构清晰,而过滤混凝絮体后的膜面则可观察到不规则的饼状结构污染层。

  膜面污染层的形成会使膜的有效孔径减小,同时也相当于在原膜的基础上附着了一层“动态膜”

  使污染膜的有效“膜面积”增加,增大了膜本体与混合液中絮体的接触几率。

  2.5混凝一微滤膜过滤去除BPA混凝对BPA具有一定的去除作用,其机理主要是源于絮体对BPA的吸附作用;微滤膜对BPA(b)污染后的膜表面的截留作用有限,短时间内膜的吸附作用即达到污染前后膜面SEM图谱饱和。因此本研究采用循环错流过滤强化累积污afterbeingfouled延长BPA与混凝絮体接触时间可使絮体对BPA 2.4混凝一微滤膜过滤对浊度的去除果的目的,因此为了继续延长BPA与絮体接触时从PAC和FeCl3混凝后上清液和经过4次间,本研究将经过1次膜过滤的滤过液再进行3发生了吸附和电性中和作用。由于膜面良好的截留作用,膜面的絮体密度要远高于混凝混合液,混凝絮体与BPA发生了基于膜表面的“界面吸附”

  作用。因此混凝-微滤膜过滤较之单独的混凝与微滤膜过滤,对BPA具有更为显著的去除效果。

  2.6混凝一微滤膜过滤膜阻力次重复过滤,如所示。

  膜过滤后滤过液中BPA浓度为3.28mg/L,去除率为42.88;第2次、第3次和第4次过滤后浓度分别为3.00,2.72,2.51mg/L,去除率分别为4次过滤,BPA的去除率比单独混凝提高了4.69mg/L,去除率为18.36;第1次膜过滤后滤过液中BPA浓度为3.70mg/L,去除率为35.50;第2次、第3次和第4次过滤后浓度分别为3.49、和47.74.经过4次过滤,BPA的去除率比单独混凝提局了28.38.采用PAC和FeCl3混凝剂分别进行了4次膜过滤,2组实验中均得到了相近的结果:每次膜过滤对BPA的去除率均有所提升,并且随着膜过滤次数的增加,去除率依次升高。这说明随着膜过滤的进行,絮体在膜面累积形成的污染层与BPA由可知,随着膜过滤的进行,膜表面会累积大量的絮体与颗粒物并形成滤饼层导致膜过滤阻力发生变化。采用PAC作为混凝剂时,混凝用量较小时,在4次过滤中均呈现出较大的膜阻力,此时相应的BPA去除率较小。随着混凝剂投量的增加膜阻力随之下降,而此时BPA去除率升高。这是由于PAC用量不同时混凝絮体形成的絮体结构差异而造成的+PAC用量较低时絮体细小,形成较致密的滤饼层。随着PAC用量增加,絮体尺度变大。较大的絮体在膜表面形成疏松的滤饼层,其比表面积较大膜阻力较小,且对BPA的吸附位较多,可获得较高的去除率。当PAC浓度为60,70mg/L时对BPA去除率达到高,此时过滤阻力也较小。

  与PAC相似,FeCl3在膜阻力较低时有高的BPA去除率。FeCl3浓度为50,60mg/L时混凝-微滤膜过滤对BPA去除率高,此时过滤阻力也较小。与PAC相比,FeCl3浓度对膜阻力的影响较小,主要是因为FeCl3絮凝体整体较PAC絮凝体的尺寸更大,受浓度影响小的缘故。

  由还可以看到,无论是采用PAC还是采用FeCl3作为混凝剂与微滤膜组合时,膜阻力均显现出先增大后减小的变化特征。这是因为在第1次过滤时,在清洁膜表面絮凝体与颗粒物在膜面形成了初步的累积。第2次过滤时,膜阻力有所增加,经过此次过滤后,膜面的絮体累积量有所增加,且由于外部压力作用絮凝体会发生压实作用,形成了较高的膜阻力。当再次进行过滤时,由于原混合液中的大量絮体已转移至膜面,一方面使得过滤对象的絮体浓度降低,另一方面部分絮体会形成局部的“返混”作用而返回主体溶液中,使膜过滤阻力降低,因而在本研究的4次过滤实验中,膜阻力呈现出了先增大后减小的特征。2种混凝剂实验中第2次与第1次过滤之间在4次过滤中对BPA去除作用的提升幅度大,而第3、4次过滤较之第2次提升的幅度较小,也说明由于膜面絮体的“返混”而造成BPA浓度的现象。

  2.7BPA浓度对截留作用的影响由可知,相同PAC与FeCl3浓度对初始BPA浓度为100g/L的去除率高于5mg/L时的去除率。在PAC浓度为60,70mg/L时,初始BPA浓度为100pg/L去除率比5mg/L的分别提高7.7和6.4,而FeCl3提高4.3和6.7的。推测其原因,主要是源于絮体对BPA的吸附动力学。在本研究中,吸附是微滤去除BPA主要方式,低浓度的BPA更容易结合膜面絮体层的表面吸附位,导致膜过滤的去除率与BPA浓度呈反比,使高、低浓度环境下BPA的去除效果存在一定差距。

  不同BPA浓度下混凝-膜过滤过程BPA的去除3结论3.1PAC对BPA混凝去除效果略优于FeCl3,单独PAC混凝对BPA的去除佳投加量为80mg/L,此时为大去除率为29,浊度为0.69NTU.单独FeCl3混凝对BPA的去除佳投量为60mg/L,去除率达到20.81c,此时出水浊度为5.77NTU. 3.2微滤膜可以吸附一定量的BPA,但是短时间内吸附即达到饱和,之后微滤膜对BPA的吸附截留作用显著降低。

  3.3污染层的形成有利于BPA去除,PAC浓度为70mg/L时混凝后BPA浓度为4.48mg/L,去除率为22.04,浊度小为0.69NTU;经过4次过滤后浓度为2.51mg/L,去除率为56.34,比单独混凝提高了34.30.FeCl3浓度为50mg/L时混凝后BPA浓度为4.69mg/L,去除率为18.36;经过4次膜过滤后滤过液中BPA浓度为3.00mg/L,去除率为47.74,比单独混凝提高了28.38.并且初始BPA浓度越低,混凝-微膜过滤去除率越高。

  3.4混凝絮体与膜污染层形态有关,进而影响膜阻力和对BPA去除率。较高混凝剂投加量使絮体尺寸较大、膜面污染层松散,能达到较高去除率,且膜阻力较小。在混凝-微膜过滤中由膜面絮体累积形成的滤饼层可以进一步提高单独混凝对BPA的去除率。

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