膜表面CNT巴基纸层修饰联合臭氧氧化控制再生水超滤过程膜污染的机制研究

Pollution of membrane is very complex during the ultrafiltrating process of wastewater or sewage effluent. The problem with respect to membrane fouling is need to resolve urgently. The project aims to explore a resolution method on fouling control including "pollutants removal" as well as "membrane surface modification". The related mechanism investigation with respect to the combining effect of carbon nanotube (CNT) buckypaper membrane surface modification and ozonation on membrane fouling will be performed. The main research contents include: (1) Ultrafiltration membrane surface CNT buckypaper modification method and its pollution resistance; (2) Effectiveness of ultrafiltration membrane surface CNT buckypaper modification combining with ozone oxidation on membrane fouling control; (3) Mechanism research of ultrafiltration membrane surface CNT buckypaper modification combining with ozone oxidation on membrane fouling control; (4) The mechanism of ultrafiltration membrane surface CNT buckypaper catalytic ozonation on alleviating membrane fouling. This research has a great application prospect in the field of advanced wastewater reuse. The hybrid method of membrane surface modification and ozonation proposed in the project is flexible and simple, and suitable for the pollution control in the completed ultrafiltration project. The results help to reduce the operation cost of wastewater regeneration in ultrafiltration process, and driven the application of combining oxidation with ultrafiltration in the field of wastewater reuse.

污水再生超滤处理过程中的膜污染状况十分复杂，膜堵塞问题亟待解决。本项目拟开展膜表面CNT巴基纸层修饰联合臭氧氧化控制再生水超滤过程膜污染的机制研究，分别从增加膜表面抗污染性能和致堵污染物去除两个途径，探寻缓解超滤膜污染层形成的控制方法。 主要研究内容包括：（1）超滤膜表面CNT巴基纸层修饰方法及其抗污染性能研究；（2）超滤膜表面CNT巴基纸层修饰联合臭氧氧化控制膜污染的效能研究；（3）超滤膜表面CNT巴基纸层修饰联合臭氧氧化控制超滤膜污染的机制研究；（4）超滤膜表面CNT巴基纸层催化臭氧化缓解膜污染的机制。 本研究在污水再生高级回用领域具有较大的应用前景，研究中提出的膜表面CNT巴基纸层修饰联合臭氧处理方法，灵活度高、简单易行，适合于已建成超滤处理工艺中的膜污染控制。研究结果有助于降低污水再生超滤过程中的膜运行成本，且对氧化-超滤联合技术在污水再生领域中的进一步推广应用起到推动作用。

本项目通过在不同类型的超滤膜表面负载一定厚度的CNT巴基纸层，建立了超滤膜表面CNT巴基纸层修饰方法，并对该方法进行了各项优化。该方法不改变原有机膜的结构和性能，在增强超滤膜表面抗污染性能的同时，能够保持CNT的活性不受遮蔽，发挥CNT层的吸附性、截留能力、灭菌能力，并进一步与臭氧氧化发挥协同作用。此外，建立了膜表面CNT巴基纸层修饰联合臭氧氧化的恒压膜滤、恒流连续流工艺模型，针对实际污水二级出水，从运行角度充分论证了CNT巴基纸层联合臭氧氧化缓解超滤膜污染的效能。并进一步通过模拟废水和实际二级出水，从有机污染、生物污染等污染类型形成的成因和可能的综合成因角度出发，明确了CNT巴基纸层联合臭氧氧化缓解超滤膜污染的协同作用机制，包括：CNT巴基纸联合臭氧氧化吸附/截留污染物的机制；CNT巴基纸联合臭氧氧化协同灭菌机制；CNT巴基纸联合臭氧氧化对膜表面生物膜形成的作用机制。该本项目首次提出了臭氧-CNT巴基纸层修饰联合缓解超滤膜污染控制方法，该方法将克服以往臭氧氧化-膜滤联用技术受限于膜材料这一问题，将自组装形成的具有独立支撑性能的CNT层稳定负载于有机超滤膜表面，保护有机膜主体结构不直接受化学氧化影响的同时，充分发挥CNT自身的吸附性、灭菌性和催化功能，与臭氧氧化发挥协同作用，在缓解超滤膜污染层形成的同时，改善超滤出水水质。