電催化臭氧氧化技術深度凈化納濾膜濃水實驗方法

本研究以實際納濾膜濃水為目標水體，通過構建電催化臭氧氧化體系探究其對納濾膜濃水的深度凈化性能，評估其對實際納濾膜濃水中有機質和毒性的削減效果，為進一步完善膜法污水深度處理技術提供支撐。

1、實驗裝置與方法

1.1 材料與儀器

磷酸、濃硫酸、硝酸、無水乙醇、硝酸鈉、磷酸氫二鉀、碳酸鈉、二水氯化鈣、硼酸、檸檬酸、鉬酸鈉、硫酸銅等均為分析純。

直流穩壓電源；臭氧發生器；氣體轉子流量計；納濾膜組件；光照培養箱；壓力蒸汽滅菌鍋；紫外可見分光光度計；熒光分光光度計；總有機碳分析儀；多參數水質檢測儀。

1.2 納濾膜濃水制備

納濾裝置主要由過濾器、高壓水泵、膜組件、流量計、壓力表、配電箱等元件組成，其結構如圖 1 所示。納濾膜組件為美國海德能公司生產的 ESNA1-4040 系列高性能低壓納濾膜。再生水均取自北京市某再生水廠，其進水為周邊的居民生活污水和工業廢水。取得的實際再生水在進入膜組件之前，首先經過過濾器初步分離，以截留較大的顆粒污染物。再生水通過納濾膜后分別形成富集較多污染物的膜濃水和較為清潔的膜出水。在實驗過程中，通過調節流量計的截止閥控制產水率，即膜濃水和膜出水的比例。

1.3 電催化臭氧氧化處理膜濃水實驗

電催化臭氧氧化處理膜濃水的反應裝置如圖 2 所示。反應器為圓柱形玻璃容器，高 40 cm，直徑 20 cm，取 10 L 納濾膜濃水置于反應玻璃容器中開展電催化臭氧氧化實驗。電極為平板電極，陽極為負載二氧化錫的鈦電極 (Ti/SnO2)，陰極為鈦網電極，電極規格 5×10 cm，電極間距設置為10 cm。以穩壓直流電源為反應裝置供電，設置電流密度 10 mA·cm?2。空氣通入臭氧發生器制得 O3與 O2 混合氣體，經曝氣頭均勻曝氣后通入到反應器中，通過調節流量計設定通氣流量為 0.2 L·min?1，氣態臭氧質量濃度 8.3 mg·L?1。催化臭氧反應器頂部安裝尾氣排放管，通入到裝有一定體積 KI 溶液(質量百分比為 2%) 的吸收瓶中，以吸收尾氣中未反應的臭氧。

在單獨臭氧氧化實驗時，反應器中不放置電極；在單獨電催化實驗時，反應裝置中不通入臭氧。在實驗開始后的固定時刻進行取樣分析。

2、結論

1) 電催化臭氧氧化可實現納濾膜濃水的高效處理，反應 180 min 時可去除膜濃水中 72% 的 COD 和71% 的 TOC，其氧化降解 TOC 速率達到 0.7×10?2 min?1，分別是單獨電催化氧化和單獨臭氧氧化的 14 倍和 1.5 倍。

2) 以斜生柵藻生長抑制率評價不同氧化處理工藝對膜濃水的毒性削減效果，單獨臭氧氧化對膜濃水處理后的斜生柵藻生長抑制率達 24.6%，而電催化臭氧氧化深度處理后斜生柵藻生長抑制率僅 16.0%，電催化臭氧氧化處理顯著降低了膜濃水的生物毒性。

電催化+臭氧催化氧化一體化裝置