Page 246 - 《环境工程技术学报》2023年第1期
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· 242 ·                                 环境工程技术学报                                         第 13 卷

            测定气   相  O 浓度。                                                      d t    (  dt  ) n
                                                                                 2
                       3
                                                                                   = K                  （8）
             1.3.2 陶瓷膜过滤试验                                                      dV  2   dV
                                                                    K
                                                                                 n
                通过累积流量随时间的变化量来研究膜堵塞行                           式中： 为阻力系数； 为判断系数。
                            [10]
            为，计算公式如下 ：                                             整理后，得到式（9）：
                                                                            (  2  )         (   )
                                V = m/ρ              （1）                      d t             dt
                                                                           ln     = lnK +nln            （9）
            式中： 为水的累积流量，mL；              m  为水的质量，mg；                        dV 2            dV
                  V
                                                                             2
                                                                                 2
                                                                                            )
            ρ 为水的密度，mg/mL。                                         通过  对  ln(d t/dV ) 与  ln(dt/dV 进行线性拟合，得
             1.4 模型介绍                                          到对数曲线，其中通过拟合曲线截距求                 得  ln K，斜率
                                                                         1
                在  O -PA 氧化过程中使用准一级反应动力学                       为  n。 当  n= 时，膜污染为标准堵塞，即污染物进入
                         C
                    3
                                                                                         2
            进行氧化反应速常数的计算，在陶瓷膜过滤过程中                             膜孔造成的通量降低；          当  n=3/ 时，膜污染为中间堵
            使用串联阻力模型         和  Hermans-Brede 恒压过滤模型           塞，即污染物沉积于膜表面污染物上方造成的通量
                                             e
                                                                         2
            对膜污染情况和膜污染形成机制进行分析。                                降低；  当  n= 时，膜污染为完全堵塞，即污染物未进
             1.4.1 拟一级反应动力学                                    入膜孔，也未沉积于膜表面污染物上方造成的通量
                                                                         0
                按照准一级动力学方程进行拟合后计算动力学                           降低；  当  n= 时，膜污染为滤饼堵塞，即污染物形成
                                                                                          [15]
            反应速率常数 ，公式如下：                                      滤饼，此时过滤主要为滤饼过滤 。
                         [11]
                                dc
                                  = −kt              （2）        2 结果与讨论
                                dt
            式中： 为     t 时 刻  COD，%； 为反应速率常数，min ；               2.1 O -PA 污染物去除效果分析
                                                        −1
                  c
                                    k
                                                                         C
                                                                     3
            t 为反应时间，min。                                        2.1.1 CO 去除率
                                                                        D
                对式（2）进行积分，将边界条             件  t=0，c=c 代入，          通 过  O 、O -GAC、O -PAC  种方式处理模拟
                                                    0
                                                                         3   3        3     3
            可得：                                                废水，CO 去除率随反应时间变化如                图  2  所示。由
                                                                       D
                                  c 0
                               ln   = kt             （3）       图  2  可以看出， 种处理方式        下  CO D  去除率均随反
                                                                            3
                                  c
                                                                                                         C
                                                                                                  C
            式中，c 为 0  t= 时  的  COD。                            应时间增加而逐渐降低，其中，投              加  GA 和   PA 的
                        0
                                                                                         3
                                                                 D
                                                                                                         C
             1.4.2 串联阻力模型                                      CO 去除效果均优于单          独  O 处理，在投     加  PA 试
                                                               验中，40 mi 时    CO D  去除率达   到  100%。采用拟一
                                                                         n
                串联阻力模型表达式如下式所示 ：
                                             [12]
                            ∆P        ∆P                       级动力学    对  CO D  去除率随时间的关系拟合后得到
                         J =    =                    （4）
                                                                                               2
                                 µ(R m +R c +R ir )            氧化反应速率常数（k）和相关系数（R ）如               表  1  所示。
                            µR t
                                                                           2
            式中： 为膜通量，m/s；∆ 为操作压力，Pa；µ为动力                       由 表  1  可见，R 均大   于  0.99，说明拟一级动力学可以
                  J
                                  P
                                                        −1
            学黏度，Pa∙s；R 为总阻力，m ；R 为固有阻力，m ；                     很好地描    述  O 氧化污染物的过程。比           较  k 可知，投
                                      −1
                                                                           3
                                         m
                          t
            R 为可逆污染阻力，m ；R 为不可逆污染阻力，m 。                        加  PA 是投   加  GA 的  2. 倍，可以认为相比       于  GAC，
                                                        −1
                                                                    C
                                                                               C
                                                                                     5
              c
                                    r
                                −1
                                   i
                                                                       3
                膜通量的计算公式如下：                                    PA 与   O 的协同效果更好，可以显著增            强  O 对 3  COD
                                                                 C
                               J = V/(tA)            （5）       的去除速率。
            式 中  A  为过滤面积，m 。                                   2.1.2 PA 投加量的影响
                                2
                                                                       C
                各组分膜阻力测算方法            [13] ：1）过滤至 少  100 mL        PA 投加量与反       应  40 mi 时  CO 去除率的关
                                                                     C
                                                                                         n
                                                                                                D
            去离子水并记录通量（J ），计          算  R ；2）过 滤  130 m 含
                                                       L
                                0        m
            PA 混合液，最      后  10 m 混合液的平均通量记           为  J，
               C
                                 L
            利用式（4）计     算  R ；3）将过滤   完  130 mL PA 混合液
                                                  C
                            t
            的陶瓷膜反冲       洗  2 mi 后，再次过滤至       少  100 m 去
                                                       L
                               n
            离子水，该通量记为            J，此时的阻力（R ）主要由
                                                 b
            R 和   R 组成，利用式（4）计        算  R ；4）通 过  R 、R 和
              m
                   r
                                                       m
                   i                     b         t
            R 推算出滤饼层污染产生           的  R 。公式如下：
              b
                                       c
                                                     （6）
                              R ir = R b −R m
                                                     （7）
                               R c = R t −R b
             1.4.3 Hermans-Brede 恒压过滤模型                               图 2    不同氧化方式   下  CO 去除率变化
                                e
                                                                                           D
                在讨论恒压条件下膜污染机制时，Hermans-                           Fig.2    Variations of COD removal rate under different
                                         [14]
            Brede 一般判断方程如下式所示 ：                                                oxidation methods
                 e
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