含油废水(如采油废水、金属加工液)处理的一大难题是乳化油的去除。微滤(MF)技术能有效截留乳化油滴,但膜极易被油污堵塞,通量衰减快。传统的膜清洗频繁且消耗化学品。臭氧氧化能降解有机物,但其在水中溶解度低、传质差。本研究将电场、纳米臭氧气泡与微滤膜集成于一个反应器内,提出了一种多物理场协同控制膜污染和降解有机物的新策略。其设计思路是:微滤膜本身作为阴极,施加负电场。带负电的油滴在电场力作用下被推离膜面,缓解其在膜面的沉积;同时,阴极表面的析氢反应产生微小的H₂气泡,对膜面起到物理冲刷和扰动作用。另一方面,向进水中通入纳米臭氧气泡(NB-O₃),其巨大的比表面积和内部高压能高效产生·OH,在膜面附近原位氧化分解有机污染物,不仅防止其附着,还能疏通已部分堵塞的膜孔。
实验处理人工配置的含油乳化废水。与单独微滤、微滤+电场、微滤+臭氧这三种对照模式相比,“电场+微滤+臭氧”三场耦合系统展现出了最优的抗污染性能。在持续运行4小时后,耦合系统的膜相对通量仍保持在初始值的90%以上,而单独微滤的通量已下降至40%。施加负电场使油滴在膜面的沉积量减少了约50%。SEM和共聚焦显微镜观察证实,耦合系统运行后的膜面污染层极薄且疏松。
耦合系统的出水水质也最优,COD去除率比单独微滤提高了约30%,出水中未检测出油类。对膜面污染的解剖分析发现,电场和臭氧的共同作用,不仅减少了污染物的总量,还改变了污染层的化学组成,使其中的疏水性饱和烃比例下降,亲水性含氧官能团比例上升,从而削弱了污染物与膜面的粘附力。该研究为从根本上解决含油废水膜处理中的膜污染难题,提供了一种无需停机加药的、连续的、物理化学多场协同的原位强化策略。
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