电氧化耦合超滤处理近海区含盐高藻水研究

作     者：植许鋆 

作者单位：广东工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王志红;杜星;陈覃

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：电氧化 高锰酸钾 膜污染 超滤 高藻水 

摘      要：由于全球气候变化以及人类活动,在世界范围内的潟湖和河口等近海微咸水中发现藻毒素以及微囊藻细胞的报告逐年上升,这对水生态安全以及人类健康带来了严重威胁。如何安全、高效地处理高藻水一直是研究的热点。针对近海地区含藻水具有较高含盐量的特性,本论文以电氧化技术处理高藻水的角度着手,针对微咸高藻水构建氧化耦合超滤工艺,分别从实验室与实际水体两个维度出发,研究该工艺的净水效果,并探究除藻机理及膜污染的特性。主要的研究内容如下:(1)电氧化是处理近海区高藻水的有效方式。以常见的产毒藻种铜绿微囊藻为主体,使用BDD作为阳极,配置模拟高藻水进行电氧化试验,结果表明,盐浓度与电流密度均对电氧化的处理具有很大影响。最佳工艺参数为:盐浓度NaCl=50 mg/L,电流密度为10毫安/平方厘米,电氧化时间为10分钟。电氧化能够使藻细胞完全失活,并且对氨氮有89%的去除效率,且水中的微囊藻毒素能被降解至0.19μg/L,DOC的去除率达到66%,对富里酸类物质和腐殖酸类物质也有很好的去除效果。对藻源有机物的降解分析,水中的大分子物质被降解成为小分子,并且亲水性物质比例上升。(2)电氧化途径在近海高藻水中产生的活性氯是主要的净水机理。通过对电解液中氯形态与三氮含量的测定,发现阳极会将氯离子氧化为氯气,随后扩散至溶液中生成强氧化性的活性氯,一开始活性氯与氨氮等污染物反应生成各种形态的氯胺,因此自由性氯含量很低;随着电氧化时间的增长,生成的自由性氯越来越多。三种氯氨的生成总量与电流密度、氯化钠含量都成正相关。水中氨氮大部分转化为无害的氮气,少部分转化为副产物硝态氮与亚硝态氮。(3)以华南地区实际含藻水进行研究,电氧化耦合混凝超滤工艺在净化实际水体的应用中对铁、锰、藻和浊度也有很高的去除效率,且与电流密度的大小呈正相关。在盐含量为NaCl=50 mg/L,氧化时间为10分钟的条件下对其去除率分别达到96.75%,93%,100%与95.8%,且相比之下电氧化对UV的去除率比高锰酸钾氧化效果更高。(4)多周期实验表明电氧化处理的高藻水能够大幅降低跨膜压差的增长速率,从而延长系统运行时间。使用SEM进行分析,新鲜的藻细胞群体紧密结实连接在一起,可在滤膜表面形成紧密的滤饼层。经过电氧化处理后,藻细胞表面布满褶皱,体积变小,细胞的边缘模糊,连接处也不再紧密,而形成了更疏松的滤饼层。对滤饼层进行SEM分析,超滤膜表面的藻细胞粘结成块,形成的污染层呈现颗粒状。EDS能谱和XPS分析显示,在氧化混凝过程中,含藻水中共存的二价锰离子被氧化形成了二氧化锰,同时溶解态的二价铁离子也被氧化,形成沉淀氢氧化铁,后续在超滤膜上被截留。