高规格柱状活性炭厂家电调谐超滤实现高效净水

　　高规格柱状活性炭厂家电调谐超滤实现高效净水

　　高规格柱状活性炭生产厂家电调谐超滤实现高效净水。

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　　传统超滤(UF)技术面临膜污染和分离性能有限等问题的挑战。本研究展示了一种新颖的电辅助强化超滤(EUF)调谐策略，可显著提升UF过程的分离效率。

　　研究基于一套衍生的EUF系统，通过多周期净水实验，揭示了EUF过程的净水特性和调谐机制。所施加的电调谐操作使平均跨膜压差增长速率(Rp)降低多达68%，表现出良好的抑制膜污染的能力。

　　这一膜污染的抑制效果可主要归因于所施加的电泳力、溶液化学环境变化以及过氧化物氧化等的作用。

　　此外，受益于非法拉第效应(包括电吸附和电泳排斥)和法拉第氧化降解，电调谐操作使污染物截留率提高了多达32%。与常规的电容性去离子(CDI)工艺相比，EUF系统的脱盐能力也获得显著提升，其盐吸附容量提高了~43%。

　　此外，EUF系统在去除重金属(Ag、Cu、Pb、Se、Sb)方面也展现出良好的性能。总体上，EUF调谐策略实现了同步除污、脱盐以及抗污染的高效净水效果，具有良好的应用前景。

　　研究背景

　　过度追求经济增长而未充分考虑环境保护已给世界造成了严重的水污染危机。

　　膜分离技术由于具有处理效率高，占地面积小等优点，已成为废水处理领域的主导技术之一。作为最广泛使用的膜分离技术之一，UF技术可以在温和条件下有效去除病原微生物、颗粒物以及大尺寸有机物等。

　　但是，UF技术的进一步发展正面临诸多困境：(i)膜污染问题;(ii)UF膜的截留能力有限，尤其是对于小尺寸微量有机物等;(iii)UF过程不具备去除盐分的能力。

　　近年来，基于导电膜的多项研究表明，在膜分离过程中施加电场可以有效减少膜污染的发生。以CDI为代表的电吸附脱盐技术也受到大量关注。这些研究均启示了外加电场作用在调控膜分离过程中物质迁移、转化等方面的积极作用，具有克服UF技术困境，显著提升UF分离效率的潜力，有望在UF过程中同步实现强化除污、脱盐以及抑制膜污染的高效净水效果。但是，相关研究目前鲜见报道。

　　图文导读

　　该系统的核心是EUF模组。如图1A所示，EUF模组包含两个相对放置的PVDF UF膜。在膜的外部分别放置导电碳布，并通过钛导体连接至外部电源，每个膜的有效过滤面积为22 cm2。

　　如图1C所示，在运行过程中，电源取向和跨膜水流流动方向将周期性变动，旨在调节电场作用依次对每片膜进行清洁。

　　多周期EUF实验中的每个运行周期包括两个操作阶段：(i)开启电源同时开始电辅助强化净水阶段(15分钟);(ii)关闭电源(即0V)同时开始浓水排放阶段。

　　在每个净水阶段，系统进水不断被引入EUF池中，同时池中的一部分水被泵送(2 mL min-1)穿过UF膜和碳布(在阴极侧)后产出干净的出水。

　　在每个排放阶段，首先关闭所有泵10分钟，以进行盐的脱附解吸，随后开启错流泵5分钟将浓缩后的废液从横流腔室中排出。

　　图1. EUF模组的(A)结构图和(B)照片;(C)EUF系统的周期性交替运行模式示意;(D)EUF系统构成示意图。

　　电调谐可有效抑制膜污染

　　为了评估电调谐操作抑制膜污染的能力，分别在0 V，0.8 V，1 V和1.2 V下进行了多周期EUF实验。使用三种典型的模型污染物(包括SA，BSA和HA)制备合成废水作为系统进水。如图2A所示，在净水阶段，跨膜压差(TMP)随着过滤的开始逐渐增长，表明膜污染的逐渐发展。所施加的电调谐作用有效减缓了TMP的增长，且施加的电压越高对应的TMP增长速率越低(图 2B)，表明膜污染抑制效果更好。这一抑制效果可归因于所施加的电泳力排斥、溶液pH环境变化和过氧化物(H2O2)的产生等。

　　电调谐有助于强化污染物截留性能

　　在EUF过程中，所施加的电调谐作用可提供辅助截污的作用。图2C显示了EUF操作期间的出水TOC浓度变化。总体上，EUF系统在前三个周期内在所有电压条件下(即0、0.8、1和1.2V)都能保持相对稳定的除污性能，相应的去除率范围为40%–77%。六个周期的平均截留率(图2D)表明，施加的电压越高对应的污染物截留率略高。尽管对应截留率的增加并不显著，但仍表明电调谐操作对污染物截留有着积极的作用。污染物截留性能的增强可归因于非法拉第效应(包括电吸附和电泳排斥)和法拉第反应。

　　电调谐操作可同步进行脱盐

　　电调谐操作使EUF过程具有脱盐能力。图2E展示了EUF的出水盐浓度变化。由于系统中包含电吸附模块，EUF系统展现出稳定的脱盐能力。此外，如图2F所示，EUF_1.2 V运行时对应的平均脱盐速率(ASAR)始终比对照运行(即，无膜_1.2 V的运行)的ASAR高，表明其脱盐性能更强。与CDI对照系统相比，EUF系统具有更强的脱盐能力(图3A)。在0.8至1.2 V的电压范围内，EUF过程的mSAC比CDI对照过程的高7.9%–43%。这种增强可以归因于在EUF模组电极之间插入的PVDF膜的介电特性有关。此外，EUF系统还比CDI对照系统实现了更高的充电效率(图3B)。如图3C所示(以1.2 V进行测试)，EUF系统在测试期间始终保持较高的ASAR。

　　图2. 六周期净水实验中不同电压条件下的EUF处理性能：(A)TMP变化，(B)TMP增长速率，(C)出水TOC浓度，(D)污染物截留率，(E)脱盐行为，(F)脱盐速率对比。

　　图3. 在不同电压下EUF和CDI对照系统之间的(A)mSAC、(B)充电效率(Λ)和(C)ASAR的对比。

　　总结与展望

　　该研究提出的电调谐策略针对传统UF工艺在污水处理与回收等领域中发展的局限性，基于提出了一种低耗高效的耦合净水解决方案，在有效抑制膜污染的同时实现了对污水中有机污染物、盐分、重金属等的同步去除，具有广阔的发展应用前景。

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