无机陶瓷膜分离耦合高级氧化技术在水处理中的研究进展

第37卷第5期2017年1O月膜科学与技术MEⅣ田RANESCIENCEANDTECHN0L0GYVoL37No．5Oct．2017无机陶瓷膜分离耦合高级氧化技术在水处理中的研究进展李友铃，邓志毅H，柳寒。，董应超(1．湘潭大学环境与资源学院，湘潭411105；2．工业生态与环境工程教育部重点实验室，大连理工大学环境学院，大连116024；3．中国膜工业协会，北京100029)摘要：无机陶瓷膜具有热、结构和化学稳定性好等诸多优点，在水处理中具有巨大的应用前景，但膜污染和单一的分离功能等问题是限制其进一步应用的技术瓶颈．将陶瓷膜分离与高级氧化耦合的技术同时具备分离和催化降解双功能，可有效解决上述问题．本文综述了近年来陶瓷膜分离与臭氧、光催化耦舍技术及其应用于水处理领域的国内外研究进展，重点总结了直接臭氧氧化、催化臭氧氧化、掺杂及未掺杂TiOz光催化与陶瓷膜分离的耦舍技术及其水处理应用，并简要展望了陶瓷膜分离耦合硫酸自由基高级氧化技术的可行性、优势及应用前景．关键词：陶瓷膜；水处理；臭氧氧化；光催化；硫酸自由基高级氧化技术中图分类号：TQ028．8文献标志码：A文章编号：1O07—8924(2017)05-0134—08doi：10．16159／j．cnki．issnl007—8924．2017．05．021面对Et益严格的水排放标准，膜分离技术相比于传统的混凝沉淀法、活性污泥法及吸附等废水处理工艺，由于具有更好的出水水质而受到研究者的关注口]．在水处理领域中，膜分离技术常用的膜为有机膜，而无机陶瓷膜作为一种高性能的新型膜分离材料，与有机膜相比，其具有更好的耐高温性能、耐化学腐蚀性能、更高的机械强度、更强的抗氧化性和易清洗性等优点[2]，已逐渐在水处理应用中推广使用．孔径筛分、静电排斥是膜发挥截留功能的主要机制，然而随使用时间增加，会出现由浓差极化、吸附引起的膜孑L阻塞等膜污染问题，导致膜性能降低、运行成本增加[3]；且膜单独使用时仅具备分离功能，对渗透液中小分子物质浓缩液不能有效去除[4]，影响膜出水水质．为有效降低膜污染、提高出水水质，研究者主要从两方面对陶瓷膜分离工艺进行了改进．一是膜材料改性，在膜表面或膜孔内引入改性剂形成复合功能膜，如亲疏水性改性、表面粗糙度改性、膜孔径改性等E；二是与其它技术耦合，如作为分离介质与微生物处理技术耦合构成膜生物反应器，通过有效截留处理液中的活性污泥以及绝大多数悬浮物，提高反应器内的污泥浓度，增强生化处理效果，提升出水水质[8；此外，膜还可同时作为催化剂载体及分离介质与高级氧化技术耦合，发挥催化降解及膜分离双功能，提高出水水质同时降低膜污染L9]．本文中，主要关注陶瓷膜分离与高级氧化构成的耦合技术，综合国内外的研究进展，目前在水处理领域中研究较多的主要集中在膜分离与臭氧化高级氧化耦合技术[】n]和膜分离与光催化氧化高级氧化耦合技术E坨]．因此，文中主要对这两种耦合技术在水处理领域中的应用进行综述，重点总结直接臭氧氧化、催化臭氧氧化，掺杂及未掺杂TiO光催化与陶瓷膜收稿日期：2017—02—16；修改稿收到日期：2017—04—24基金项目：国家自然科学基金项目(213O1171)；中央高校基本科研业务费专项资金项目(DuT16Rc(3)050)；高等学校学科创新引智计划项目(“111计划”，B13012)；大连理工大学学科建设经费项目和工业生态与环境工程教育部重点实验室开放基金项目(KLIEEE-16一O1)第一作者简介：李友铃(1992一)，男，湖南邵阳人，硕士生，从事催化分离功能陶瓷膜材料制备及水处理应用研究．*通讯作者，E-mail：zhyd@xtu．edu．cn第5期挛友铃等：无机陶瓷膜分离耦合高级氧化技术水处理巾的研究进展分离耦合技术的优缺点及水处理应用情况，并简要展望陶瓷膜分离耦合硫酸n南高级氧化技术的可行性、优势及应用前景．1陶瓷膜分离耦合臭氧化高级氧化技术臭氧高级氧化技术具有对生物难降解有机污染物(如硝基苯、四氯乙烯等。。)处理效果好、降解速度快、无二次污染等特点，水处理中被广泛使用．其降解污染物途径包括利用()本身的强氧化性和催化产生的自由基，式(1)～式(3)为金属氧化物催化剂催化()。产生自由基降解污染物过程，催化剂具有提供活性位点的作用．参与自由基产生过程后恢复至初始状态，产生的自『{j基则发挥降解污染物的功能．Me—OH2+O3一Me～()H。+‘H()+()2(1)Me一()H‘+H!(Me一()H?+H()(2)R+’()H—R(‘()H)一RI+R!一无机物(i．e．C()2+H!())(3)综合国内外研究进展．陶瓷膜分离与臭氧高级氧化耦合技术按作用形式可分为两类，分别为陶瓷膜分离与直接臭氧化耦合技术j陶瓷膜分离与催化臭氧化耦合技术．1．1陶瓷膜分离与直接臭氧