Page 238 - 《环境工程技术学报》2023年第1期

· 234 · 环境工程技术学报 第 13 卷

行换算，质量的变化使用电子天平进行实时记录。 R r 为可逆污染阻力，m ； 为不可逆污染阻力，m 。
−1
−1
R ir
1.4 模型介绍 膜通量计算公式如下：
在催化臭氧氧化过程中使用准一级反应动力学 ∆V
J = （3）
模型进行氧化反应速率常数的计算，在陶瓷膜过滤 ∆t · A
式中：∆ 为体积流量，m ；∆ 为过滤时间，s； 为过
3
V
A
t
过程中使用串联阻力模型 和 4 种膜污染模型对膜污
滤面积，m 。
2
染情况和膜污染形成机制进行分析。
各组分膜阻力测算方法如下:首先过滤 100
1.4.1 准一级反应动力学
m 去离子水并记录通量为 J 0，计算 R ；过滤 100
L
按照准一级动力学方程拟 合 CO 去除率，计算 m
D
m 含 α-Fe O 和苯酚的混合液，每过 滤 10 m 记一
3
L
L
动力学反应速率常数，公式如下： 2
L
dc 次膜通量，最 后 10 m 混合液的平均通量记为 J 1，计
= −kt （1） 3
dt 算 R t；将过滤完 α-Fe O 混合液的陶瓷膜用去离子水
2
式中： 为 t 时 刻 CO D 去除率，%； 为反应速率常 反冲 洗 2 min，清洗完成后，过 滤 100 m 去离子水，
k
c
L
数，s 。 进一步充分清洗，该通量记为 J 2，计算反洗后阻力
−1
1.4.2 串联阻力模型 （R ）；通 过 R 、R 和 R 可推算出滤饼层污染产生的
m
b
b t
串联阻力模型可以用来描述膜污染过程中的阻 可逆和不可逆污染膜阻力，计算公式如下：
力变化，其表达式为： R ir = R b −R m （4）
∆P ∆P R r = R t −R b （5）
J = = （2） 1.4.3 膜堵塞模型
µR t µ(R m +R r +R ir )
式中： J为膜通量，m/s； ∆P为操作压力，Pa； µ为动力 完全堵塞、中间堵塞、滤饼堵塞和标准堵 塞 4 种
−1
−1
学黏度，Pa∙s； R t为总阻力，m ； R m为固有阻力，m ； 经典膜污染模型示意图 [22 ] 及方程如 图 2 及 表 1 所示。

图 2 膜污染堵塞模型
Fig.2 Membrane fouling blocking model

效果（ 图 3）。由 图 3 可见，投加催化剂 的 2 种条件下
表 1 膜堵塞模型公式
反应速率明显优于单 独 O ，反应均 在 30 mi 时达到
n
Table 1 Formula of membrane blocking model 3
97 % 以上的最 大 CO 去除率。未投加催化剂时，单
D
污染模型 模型公式
独 O 和 3 O -膜 的 CO 去除率仅 有 61.87 和 66.52%。
%
D
P 1 3
完全堵塞 =
P 0 1−k b t
P
中间堵塞 = exp(k i J 0 t)
P 0
P
滤饼堵塞 = 1+k c J 0 t
2
P 0
( ) −2
P k s J 0 t
标准堵塞 = 1−
P 0 2
注：P和P 当前状态的跨膜压差(TMP)，kPa； 、 、 k s
k b k i k c 及 为污染模
0
型的拟合参数。

2 结果与讨论
2.1 催化氧化效果
为研 究 α-Fe O 以及陶瓷膜催化臭氧氧化苯酚
3
2
的效果，对比了单 独 O 、O -膜、O -α-Fe O 催化臭 图 3 催化氧化效果
3
3 3 3 2
氧氧化和装备膜（O -α-Fe O -膜）条件下的废水处理 Fig.3 Catalytic oxidation effect
3
2
3