CN109520907A - 一种快速估算芬顿-超滤联用中膜污染程度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种快速估算芬顿‑超滤联用中膜污染程度的方法。该方法包括如下步骤：（1）将一定浓度梯度的芬顿试剂与含溶解性有机物的水样充分反应；（2）将芬顿后的水样进行超滤处理，所得终点J/J 0 用于表示膜污染程度；（3）测量超滤污染膜的水分含量，得到水分系数γ；（4）探究水分系数γ和终点J/J 0 之间的相关关系，并进行回归分析，通过水分系数来表征膜污染情况，快速估算超滤膜的污染程度。本发明能够简便有效地分析芬顿处理对超滤膜性能的作用情况。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种快速估算芬顿-超滤联用中膜污染程度的方法。
背景技术
膜分离技术是近年来发展较快的一项新技术，由于具有优良的截留性能、操作简便等优点，已成为当今最具吸引力的水处理技术之一。但是，膜分离过程会发生膜污染现象，导致膜通量的衰减，膜使用寿命缩短，这大大制约了膜分离技术的发展。为了减缓膜污染，保持其通量，延长膜使用寿命，引入预处理十分有必要。芬顿技术是目前较为成功的预处理技术。研究认为，芬顿技术可有效氧化分解废水中污染物，减轻超滤膜膜污染。值得注意的是，芬顿试剂的不同投加量将对废水中的污染物粒子的尺寸等性质产生不同影响，而污染物粒子性质的改变与超滤膜的性能变化直接相关。目前，仍缺乏简便有效的方法研究芬顿试剂对超滤膜的作用情况。
膜水分含量对于膜是一项重要的指标，膜的水分含量的高低，将在一定程度上影响膜的过滤性能，而膜的过滤性能直接影响膜的废水处理效率，影响着出水质量。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种快速估算芬顿-超滤联用中膜污染程度的方法，从而简便有效地研究芬顿试剂对于超滤膜的作用情况。本发明主要是利用测量膜的水分含量，得到水分系数γ，探究水分系数γ和膜通量终点J/J0之间的相关关系，并进行回归分析，通过膜的水分系数快速估算超滤膜的污染情况。
本发明的目的通过如下技术方案实现。
一种快速估算芬顿-超滤联用中膜污染程度的方法，包括如下步骤：
(1)将一定浓度梯度的芬顿试剂与含溶解性有机物的水样充分反应；
(2)将芬顿后的水样进行超滤处理，所得终点J/J0用于表示膜污染程度；
(3)测量超滤污染膜的水分含量，计算得到水分系数γ；
(4)探究水分系数γ和终点J/J0之间的相关关系，并进行回归分析，通过水分系数来表征膜污染情况，快速估算超滤膜的污染程度。
进一步地，步骤(1)中，所述芬顿试剂为硫酸亚铁和过氧化氢。
进一步地，步骤(1)中，所述芬顿试剂过氧化氢的浓度梯度为0～2.50mL/L，硫酸亚铁的对应浓度梯度为0～0.6250g/L。
进一步地，步骤(2)中，所述终点J/J0表示过滤过程中滤液的流量与过滤开始时滤液的流量的比值。
进一步地，步骤(3)中，所述水分系数使用下列公式计算：
其中，γ表示水分系数，单位是％；G1表示恒重后称量皿重量，单位为g；G2表示恒重后称量皿和样品重量，单位为g；W表示样品重量，单位为g。
进一步地，步骤(4)中，所述探究水分系数γ和膜通量终点J/J0之间的相关关系，使用minitab软件中的皮尔逊相关系数，评估步骤(3)所获得的水分系数γ与步骤(2)所获得的终点J/J0之间的相关性，由数据分析可知，水分系数与终点J/J0之间的相关性很强。
进一步地，步骤(4)中，所述通过水分系数γ来表征膜污染情况，使用minitab软件对水分系数γ和膜通量终点J/J0进行回归分析，得出公式
其中，Y表示膜通量终点J/J0，X表示水分系数，n为正整数，kn为回归系数，tn为次数项，c为常数。
由此，可以通过水分系数表征超滤过程中膜污染的变化情况。
本发明提供的快速估算芬顿-超滤联用中膜污染程度的方法适用于含有各种溶解性有机物水样的分析，尤其适用于可进行芬顿氧化处理的含有溶解性有机物水样的分析。
与现有技术相比，本发明有如下优点和技术效果：
本发明提供了一种快速估算芬顿-超滤联用中膜污染程度的方法，简便有效地研究了芬顿试剂对于超滤膜的作用情况。
附图说明
图1为二次纤维造纸废水水分系数γ与终点J/J0的关系图。
图2为食品废水水分系数γ与终点J/J0的关系图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，所述实施例只用于阐述本发明，并非用于限定本发明的范围。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料及试剂等，如无特殊说明，均为从商业途径得到的试剂和材料。
实施例1
本实例的快速估算芬顿-超滤联用中膜污染程度的方法包括以下步骤：
(1)取广东省东莞市某纸厂二次纤维造纸废水500mL为水样，使用缓冲溶液调节其初始pH至3.0，芬顿试剂过氧化氢的浓度梯度确定为0、0.25、0.50、1.25、1.00、1.25、1.50、1.75、2.00、1.25、2.50mL/L,硫酸亚铁的对应浓度梯度确定为0、0.125、0.125、0.1875、0.2500、0.3125、0.3750、0.4375、0.5000、0.5625、0.6250g/L。把各组芬顿试剂浓度投加到上述水样中，反应过程使用70～80rpm转速搅拌水样，使得芬顿试剂与水样充分反应，反应20min。反应后静置30min，取上层清液待用。
(2)选取聚砜(PS)平板超滤膜，膜截留分子量为5000Dalton，在恒定0.4Mpa压力驱动下，对步骤(1)所述的上层清液进行超滤。使用量筒和秒表定时收集滤液体积，通过计算得出归一化的滤液流量比值J/J0，以表征膜的污染情况。采用第10min的J/J0作为终点J/J0来表示各组芬顿试剂浓度对超滤膜性能的影响。
(3)测量步骤(2)所用后超滤膜的水分含量，并计算得出其水分系数γ；
(4)图1为水分系数γ与终点J/J0的关系图。运行minitab软件，得出水分系数γ与终点J/J0之间的皮尔逊相关系数为0.984，相关性很强，进行回归分析，得到水分系数和膜通量终点J/J0的回归公式：
Y＝2.000X-0.6940(R2＝96.80％)
由上述回归公式可知，对于此实例，n＝1,t＝1,k1＝2.000,c＝-0.6940。由此，可以通过观察水分系数来确定芬顿处理对超滤膜性能的影响。
实施例2
本实例的快速估算芬顿-超滤联用中膜污染程度的方法包括以下步骤：
(1)取广东省某食品加工厂废水500mL为水样，使用缓冲溶液调节其初始pH至3.0，芬顿试剂过氧化氢的浓度梯度确定为0、0.25、0.50、1.25、1.00、1.25、1.50、1.75、2.00、1.25、2.50mL/L,硫酸亚铁的对应浓度梯度确定为0、0.125、0.125、0.1875、0.2500、0.3125、0.3750、0.4375、0.5000、0.5625、0.6250g/L。把各组芬顿试剂浓度投加到上述水样中，反应过程使用70～80rpm转速搅拌水样，使得芬顿试剂与水样充分反应，反应20min。反应后静置30min，取上层清液待用。
(2)选取聚砜(PS)平板超滤膜，膜截留分子量为10000Dalton，在恒定0.4Mpa压力驱动下，对步骤(1)所述的上层清液进行超滤。使用量筒和秒表定时收集滤液体积，通过计算得出归一化的滤液流量比值J/J0，以表征膜的污染情况。采用第10min的J/J0作为终点J/J0来表示各组芬顿试剂浓度对超滤膜性能的影响。
(3)测量步骤(2)所用后超滤膜的水分含量，并计算得出其水分系数γ；
(4)图2为食品废水水分系数γ与终点J/J0的关系图。运行minitab软件，得出水分系数γ与终点J/J0之间的皮尔逊相关系数为0.982，相关性很强，进行回归分析，得到水分系数和膜通量终点J/J0的回归公式：
Y＝0.995X-0.0081(R2＝96.40％)
由上述回归公式可知，对于此实例，n＝1,t＝1,k1＝0.995,c＝-0.0081。由此，可以通过观察水分系数来确定芬顿处理对超滤膜性能的影响。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种快速估算芬顿-超滤联用中膜污染程度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将芬顿试剂与含溶解性有机物的水样充分反应；
(2)将芬顿反应后的废水进行超滤处理，所得膜通量终点J/J0用于表示膜污染程度；所述膜通量终点J/J0表示超滤过程中滤液的流量与超滤开始时滤液的流量的比值；
(3)测量超滤污染膜的水分含量，得到水分系数γ；
(4)探究水分系数γ和膜通量终点J/J0之间的相关关系，并进行回归分析，通过水分系数来表征膜污染情况，快速估算超滤膜的污染程度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述水分系数使用下列公式计算：
其中，γ表示水分系数，单位是％；G1表示恒重后称量皿重量，单位为g；G2表示恒重后称量皿和样品重量，单位为g；W表示样品重量，单位为g。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)所述探究水分系数γ和膜通量终点J/J0之间的相关关系具体是：使用minitab软件中的皮尔逊相关系数，评估步骤(3)所获得的水分系数γ与步骤(2)所获得的终点J/J0之间的相关性。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)所述通过水分系数γ来表征膜污染情况具体是，使用minitab软件对水分系数γ和膜通量终点J/J0进行回归分析，得出回归方程
其中，Y表示膜通量终点J/J0，X表示水分系数，n为正整数，kn为回归系数，tn为次数项，c为常数。
5.根据权利要求1所述的一种快速估算芬顿-超滤联用中膜污染程度的方法，其特征在于，步骤(1)所述芬顿试剂为硫酸亚铁和过氧化氢。
6.根据权利要求1所述的一种快速估算芬顿-超滤联用中膜污染程度的方法，其特征在于，步骤(1)所述芬顿试剂过氧化氢的浓度梯度为0～2.50mL/L，硫酸亚铁的对应浓度梯度为0～0.6250g/L。
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