电催化臭氧氧化技术深度净化纳滤膜浓水实验方法

本研究以实际纳滤膜浓水为目标水体，通过构建电催化臭氧氧化体系探究其对纳滤膜浓水的深度净化性能，评估其对实际纳滤膜浓水中有机质和毒性的削减效果，为进一步完善膜法污水深度处理技术提供支撑。

1、实验装置与方法

1.1 材料与仪器

磷酸、浓硫酸、硝酸、无水乙醇、硝酸钠、磷酸氢二钾、碳酸钠、二水氯化钙、硼酸、柠檬酸、钼酸钠、硫酸铜等均为分析纯。

直流稳压电源；臭氧发生器；气体转子流量计；纳滤膜组件；光照培养箱；压力蒸汽灭菌锅；紫外可见分光光度计；荧光分光光度计；总有机碳分析仪；多参数水质检测仪。

1.2 纳滤膜浓水制备

纳滤装置主要由过滤器、高压水泵、膜组件、流量计、压力表、配电箱等元件组成，其结构如图 1 所示。纳滤膜组件为美国海德能公司生产的 ESNA1-4040 系列高性能低压纳滤膜。再生水均取自北京市某再生水厂，其进水为周边的居民生活污水和工业废水。取得的实际再生水在进入膜组件之前，首先经过过滤器初步分离，以截留较大的颗粒污染物。再生水通过纳滤膜后分别形成富集较多污染物的膜浓水和较为清洁的膜出水。在实验过程中，通过调节流量计的截止阀控制产水率，即膜浓水和膜出水的比例。

1.3 电催化臭氧氧化处理膜浓水实验

电催化臭氧氧化处理膜浓水的反应装置如图 2 所示。反应器为圆柱形玻璃容器，高 40 cm，直径 20 cm，取 10 L 纳滤膜浓水置于反应玻璃容器中开展电催化臭氧氧化实验。电极为平板电极，阳极为负载二氧化锡的钛电极 (Ti/SnO2)，阴极为钛网电极，电极规格 5×10 cm，电极间距设置为10 cm。以稳压直流电源为反应装置供电，设置电流密度 10 mA·cm−2。空气通入臭氧发生器制得 O3与 O2 混合气体，经曝气头均匀曝气后通入到反应器中，通过调节流量计设定通气流量为 0.2 L·min−1，气态臭氧质量浓度 8.3 mg·L−1。催化臭氧反应器顶部安装尾气排放管，通入到装有一定体积 KI 溶液(质量百分比为 2%) 的吸收瓶中，以吸收尾气中未反应的臭氧。

在单独臭氧氧化实验时，反应器中不放置电极；在单独电催化实验时，反应装置中不通入臭氧。在实验开始后的固定时刻进行取样分析。

2、结论

1) 电催化臭氧氧化可实现纳滤膜浓水的高效处理，反应 180 min 时可去除膜浓水中 72% 的 COD 和71% 的 TOC，其氧化降解 TOC 速率达到 0.7×10−2 min−1，分别是单独电催化氧化和单独臭氧氧化的 14 倍和 1.5 倍。

2) 以斜生栅藻生长抑制率评价不同氧化处理工艺对膜浓水的毒性削减效果，单独臭氧氧化对膜浓水处理后的斜生栅藻生长抑制率达 24.6%，而电催化臭氧氧化深度处理后斜生栅藻生长抑制率仅 16.0%，电催化臭氧氧化处理显著降低了膜浓水的生物毒性。

电催化+臭氧催化氧化一体化装置