悬浮床光催化-膜分离反应器处理受污染河水的研究
| 论文类型 | 技术与工程 | 发表日期 | 2001-11-01 |
| 来源 | 第二届环境模拟与污染控制学术研讨会 | ||
| 作者 | 孟耀斌,黄霞,杨群豪,梁鹏,施汉昌,钱易 | ||
| 摘要 | 针对催化剂固定化导致传质困难而影响反应速率的缺点，本研究开发了基于悬浮粉末催化剂和低压汞灯光源的悬浮床光催化反应器，并用微滤膜单元完成催化剂截留分离。通过处理受污染河水的试验，衡量了该反应器用于水处理的可行性。 | ||
孟耀斌 黄霞 杨群豪 梁鹏 施汉昌 钱易
（清华大学环境科学与工程系，环境模拟与污染控制国家重点联合实验室）
针对催化剂固定化导致传质困难而影响反应速率的缺点，本研究开发了基于悬浮粉末催化剂和低压汞灯光源的悬浮床光催化反应器，并用微滤膜单元完成催化剂截留分离。通过处理受污染河水的试验，衡量了该反应器用于水处理的可行性。
1 试验方法
试验装置如图1所示。反应器中插入低压汞灯，反应器底部由微孔板曝气提供悬浮床的供氧和混合。聚乙烯中空纤维膜组件（孔径为0.4mm）浸没于反应器中，用抽吸泵抽吸，通过膜的过滤得到出水。催化剂则被截留于反应器内。反应器有效容积0.24m3，设计水量为1～1.8m3/d。
受污染的河水取自清华校河。进水COD大约在50～80 mg/L，NH3－N浓度大约2～6mg/L，由于原水在进水箱的沉淀，进水SS大约为0。
2 结果与讨论
2.1 COD和NH3－N去除效果
试验考察了不同HRT和进水条件下该反应器去除COD和NH3－N的效果。结果见表1。
NH3-N：2～6mg/L COD：～0mg/L
NH3-N：1～3mg/L ～100% 4～6d 4.5h 7～28d 3h COD：8～16mg/L
NH3-N：2～4mg/L 80% 29～30d 3h COD：50～80mg/L
NH3-N：15～20mg/L COD：～40mg/L
NH3-N：8～14mg/L 30% 31～35d 2h 36～41d 3h COD：50～80mg/L
NH3-N：8～12mg/L COD：15～20mg/L
NH3-N：5～7mg/L 70%
试验结果表明：进水水质正常时，COD去除率可达80%以上（HRT＝3、4.5、6h）。但氨氮浓度升高会大大恶化处理效果。如果认为COD和氨氮二者不相互抑制，则去除单位质量的NH3－N要相当于去除5倍质量的COD。这说明，对未受生活污水严重污染和较轻富营养化的河流、湖泊水而言，使用本系统进行COD和TOC的去除是合理的。
2.2 催化剂的截留和悬浮效果
通过使用0.4mm孔径微滤膜，催化剂可以被有效截留。在最初三天出水中有轻微的催化剂泄漏，但随后则被完全截留。总泄漏量不足总催化剂量的5%。通过微孔板曝气和膜组件下的反冲曝气系统，催化剂在悬浮床中能保持良好悬浮。在适当条件下，催化剂悬浮量可以保持40d不用添加。
2.3 膜过滤阻力的变化
在运行过程中，膜过滤阻力逐渐上升。膜过滤阻力与膜通量密切相关。通量越大，膜过滤阻力上升速率越快。大体上可以用指数关系来描述过滤阻力上升速率与膜通量的关系。试验结果表明：在膜通量小于54l/(m2h)时，过滤阻力增长速率小于0.15kPa/d，如果以压差增长小于8m水头为膜过滤周期，则可以稳定运行52天不清洗。
2.4 膜组件的清洗
膜过滤阻力上升到一定程度后，需要对膜组件进行离线化学清洗。试验表明NaClO漂洗足以使膜过滤阻力回落到相当于清洁膜的水平。这说明有机物是膜面污染物的主要成分。对污染后的膜丝做扫描电镜分析，表明膜面污染物主要为河水中的纤维状物质、藻类和真菌类物质。
2.5 催化剂活性的变化
在试验过程中，只要进水水质正常，均可以维持稳定的处理效果；经过进水水质恶化然后又恢复到基本正常时，处理效果也相应恢复。这说明在处理过程中催化剂活性得以保持。将运行后的催化剂与新催化剂在相同试验下对比其活性，发现运行后催化剂活性明显提高。
2.6 反应器运行成本分析
试验结果表明，本系统处理单位体积河水的运行电耗为明显高于太阳光催化反应器。但是，如果以单位紫外能的COD去除负荷而言，则比固定化太阳光催化高4～5倍，而且大大节约了占地面积。如果进水污染物浓度较低，则应用本系统处理吨水的运行电耗会大幅降低。在废水常规处理后的深度处理和微污染水源水处理方面有较大的应用潜力。
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