為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢水的零排放，并且得到滿足回用要求的高度凈化回用水，研究人員開發(fā)了一系列廢水處理工藝，主要包括光催化法、活性污泥法、電滲析、雙膜法等。

其中，由于雙膜法具有超高的出水品質(zhì)，被認(rèn)為是“零排放”的核的核心工藝。

目前的雙膜法主要包括超濾-反滲透（UF-RO），超濾-反滲透-反滲透（UF-RO-RO）等。其原理是采用UF系統(tǒng)作為RO的預(yù)處理工藝，有效去除廢水中的細(xì)小懸浮物、膠體微粒和細(xì)菌等雜質(zhì)，再通過RO過濾去除廢水中大部分有機(jī)物和鹽分，從而得到品質(zhì)較高的出水。

雙膜法已被證明可穩(wěn)定獲得達(dá)到回用品質(zhì)的出水，且已被大量應(yīng)用于廢水回用的實(shí)際工程當(dāng)中。然而，廢水或中水中存在大量膜污染物質(zhì)會(huì)對(duì)微濾（MF）、UF或RO造成膜污染，降低整體工藝產(chǎn)水率，提高維護(hù)成本。

另外，在一些情況下，簡(jiǎn)單的UF預(yù)處理系統(tǒng)并不能滿足反滲透進(jìn)水要求。為解決這些問題，研究人員進(jìn)行了各種工藝改良的研究，其中濕地處理作為一種可以高效去除廢水中氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的技術(shù)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢水的預(yù)處理當(dāng)中。

同時(shí)，高級(jí)氧化技術(shù)（AOPs）也被廣泛應(yīng)用于對(duì)工業(yè)廢水中有機(jī)污染物的降解。其中，一些研究通過電化學(xué)方法將含鹽量較高的工業(yè)廢水中的Cl^-轉(zhuǎn)化成ClO^-，再通過UV/ClO^-耦合反應(yīng)獲得包括OH在內(nèi)的更多強(qiáng)氧化型自由基，大幅提高了污染物降解效率。

本實(shí)驗(yàn)研發(fā)了紫外光和電化學(xué)耦合的高級(jí)氧化方法，并與陶瓷微濾膜聯(lián)用，應(yīng)用于濕地-雙膜法組合工藝處理工業(yè)廢水中水的過程當(dāng)中，用以代替雙膜法中的單獨(dú)UF/MF預(yù)處理技術(shù)。

比較了單獨(dú)膜過濾、膜過濾耦合電化學(xué)以及電化學(xué)紫外光聯(lián)用耦合膜過濾濕地出水預(yù)處理方式對(duì)廢水的凈化效果，通過檢測(cè)出水中COD、UV₂₅₄的降解率，驗(yàn)證電化學(xué)紫外光聯(lián)用耦合膜過濾技術(shù)對(duì)工業(yè)出水中水的高效預(yù)處理功能。

在完成上述比對(duì)的情況下，通過在此工藝中分別使用UVC、UVA 2種不同紫外光光源，探究該工藝在使用不同波長(zhǎng)紫外光源時(shí)，對(duì)濕地出水的凈化效果。并通過三維熒光激發(fā)發(fā)射光譜圖（EEM）的分析，闡明了經(jīng)過濕地處理后的工業(yè)廢水中主要被電化學(xué)紫外光聯(lián)用耦合膜過濾系統(tǒng)降解的組分。

該研究可為提高“工業(yè)廢水零排放”處理工藝的處理效率和經(jīng)濟(jì)性提供新的技術(shù)支撐。

進(jìn)水泵的出水口與反應(yīng)器內(nèi)連通，裝置還包括出水泵、直流放電部件、磁力攪拌器、紫外線光源及微濾膜。紫外線光源固定安裝在反應(yīng)器中，微濾膜固定安裝在反應(yīng)器內(nèi)，且其出水口與出水泵的進(jìn)水口連通。微濾所用膜采用的是ZrO₂陶瓷膜（山東博隆，中國(guó)），膜孔徑為0.1 μm，膜的有效面積約為0.208 m²，陶瓷膜運(yùn)行過程中浸沒于反應(yīng)器當(dāng)中，膜反應(yīng)器在恒速模式下運(yùn)行，運(yùn)行的膜通量約為3 L/（m²·h），水力停留時(shí)間約為6 h。

反應(yīng)器中的電化學(xué)反應(yīng)采用的電極陰陽電極均為Ti/IrO₂-RuO₂電極，電極的有效面積約為100 cm²，電極間距為15 cm。實(shí)驗(yàn)中對(duì)反應(yīng)器中廢水施加的電壓恒定為9 V。

紫外光源根據(jù)實(shí)驗(yàn)采用的是UVA和UVC光源的管式紫外燈（日本一三共株式會(huì)社），它們的波長(zhǎng)分別在200~300 nm以及310~400 nm。2個(gè)燈的光通量均約為4 mW/cm²。

對(duì)經(jīng)過濕地處理的出水進(jìn)行水質(zhì)特征檢測(cè)后分別使用電化學(xué)紫外光聯(lián)用耦合膜過濾技術(shù)（膜+電+光組）、膜過濾耦合電化學(xué)技術(shù)（膜+電組）、單獨(dú)膜過濾技術(shù)（膜組）3種方式進(jìn)行處理。

根據(jù)現(xiàn)有一般工藝中使用UF系統(tǒng)對(duì)RO工藝進(jìn)水進(jìn)行預(yù)處理時(shí)的膜通量換算，3種工藝均采用7 h的水力停留時(shí)間。實(shí)驗(yàn)每間隔1 h進(jìn)行取樣，測(cè)定COD以及UV254并分別計(jì)算二者去除率，從而比較使用3種方式對(duì)濕地出水處理時(shí)的凈化效果。

通過在電化學(xué)紫外光聯(lián)用耦合膜過濾技術(shù)中使用UVC、UVA兩種不同紫外光光源對(duì)同一批水樣處理效果的比較，探究在該工藝中使用不同波長(zhǎng)紫外光源時(shí)的凈化效果。同時(shí)，根據(jù)反應(yīng)周期內(nèi)不同時(shí)段的EEM，對(duì)該工藝處理上述中水水樣時(shí)的有機(jī)組分降解機(jī)理進(jìn)行初步探究。

種組合工藝分別處理水樣一段時(shí)間后COD的去除效果

除膜單獨(dú)處理對(duì)COD去除效果不佳以外，其余2種處理方式都對(duì)原水中的COD有一定的凈化效果。

反應(yīng)2 h后，膜組處理出水的COD降低了6%左右，且繼續(xù)反應(yīng)一段時(shí)間后基本不變；

膜+電組對(duì)COD的降解率在反應(yīng)5 h后穩(wěn)定在23%左右；

膜+電+光組對(duì)COD的去除率隨著反應(yīng)時(shí)間的增加逐漸增加，在反應(yīng)7 h后達(dá)到43%左右，并且有隨著時(shí)間增長(zhǎng)有繼續(xù)增加的趨勢(shì)。

膜+電+光組處理效果較優(yōu)可能是由于其體系可以不斷產(chǎn)生OH等具有較強(qiáng)氧化性的自由基，對(duì)原水中的有機(jī)污染物具有更強(qiáng)的氧化性能。

2.1.2　UV₂₅₄的去除效果

UV₂₅₄通常反映的是水中天然存在的腐殖質(zhì)類大分子有機(jī)物以及含C=C雙鍵和C=O雙鍵的芳香族化合物的多少，腐殖質(zhì)類物質(zhì)對(duì)膜具有較高的污染性。

UV₂₅₄的高低和膜污染（包括MF、UF及RO膜污染）有著緊密的聯(lián)系。

通過測(cè)量UV₂₅₄的去除率，可以幫助判斷紫外光聯(lián)用耦合膜過濾對(duì)RO進(jìn)水預(yù)處理過程中消除RO膜污染物質(zhì)的效率，3種組合工藝分別處理水樣一段時(shí)間后UV₂₅₄的去除效果見圖3。

3種處理方式對(duì)UV₂₅₄都有一定的去除效果。其中，膜+電+光組處理濕地出水后，UV₂₅₄去除效果顯著，在反應(yīng)5 h后去除率可以達(dá)到40%左右，之后保持穩(wěn)定；

相比于膜+電+光組，膜+電組去除UV₂₅₄的效果較差，在反應(yīng)4 h后達(dá)到*高降解率23%左右；而膜組對(duì)UV254的去除率在反應(yīng)5 h后達(dá)到*高值10%左右，之后的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)基本穩(wěn)定在該值。

分別利用UVC、UVA作為紫外光光源，使用電化學(xué)紫外光聯(lián)用耦合膜過濾處理同一批濕地出水，考察了不同波長(zhǎng)紫外光的處理效果。

2.2.1　COD的去除效果

UVC、UVA作為紫外光光源分別處理水樣時(shí)COD去除效果見圖4。

不同紫外光源分別處理水樣時(shí)COD的去除效果

由圖4可知，UVC和UVA作為紫外光源時(shí)，原水中COD的降解率隨時(shí)間變化趨勢(shì)基本一致，在反應(yīng)1~3 h內(nèi)降解率上升較穩(wěn)定，之后降解率在3~6 h上升速率稍有加快。

從凈化效果上看，使用UVC作為紫外光處理時(shí)對(duì)COD的降解效率明顯高于使用UVA處理時(shí)對(duì)COD的降解效率，反應(yīng)7 h后，二者的去除率分別穩(wěn)定在50%和25%左右。

2.2.2　UV₂₅₄的去除效果

UVC、UVA作為紫外光光源分別處理水樣時(shí)UV₂₅₄的去除效果見　不同紫外光源分別處理水樣時(shí)UV₂₅₄的去除效果電化學(xué)紫外光聯(lián)用耦合膜過濾工藝對(duì)濕地出水中UV₂₅₄的去除率在分別利用UVC、UVA作為紫外光光源時(shí)有較大差異。

UV₂₅₄的去除率在二者分別作為紫外光源時(shí)均隨反應(yīng)時(shí)間的增加而上升，在反應(yīng)1~2 h上升速度較快，并在反應(yīng)進(jìn)行5 h后趨于穩(wěn)定。

但從凈化效果上看，使用UVC作為紫外光源時(shí)UV₂₅₄的去除率稍高于使用UVA時(shí)的去除率，在反應(yīng)7 h后，分別達(dá)到30%、20%。

通過以上分析可知，相比于使用UVA紫外光光源，使用UVC作為電化學(xué)紫外光聯(lián)用耦合膜過濾技術(shù)的光源可對(duì)濕地出水中造成膜污染的有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行更高效的去除。2.3

可知，本實(shí)驗(yàn)所用經(jīng)過濕地處理后的工業(yè)廢水中水內(nèi)的主要有機(jī)組分為腐殖質(zhì)類物質(zhì)以及蛋白質(zhì)類物質(zhì)。

其中，在λ_Ex/λ_Em為340~350 nm/410~460 nm區(qū)域以及λ_Ex/λ_Em 為380~410 nm/450~480 nm區(qū)域有2個(gè)較強(qiáng)信號(hào)，分別代表本實(shí)驗(yàn)所用工業(yè)廢水中水內(nèi)主要含有的兩類腐殖質(zhì)類有機(jī)組分。

由圖6（b）~（g）可知，利用電化學(xué)紫外光聯(lián)用耦合膜過濾技術(shù)對(duì)原水水樣進(jìn)行處理時(shí)，位于λ_Ex/λ_Em為380~410 nm/450~480 nm的腐殖質(zhì)類組分的去除效率較快，反應(yīng)1 h后，該組分濃度已明顯降低。

反應(yīng)6 h后，水樣中的所有有機(jī)組分濃度均有明顯下降，λ_Ex/λ_Em為340~370 nm/410~450 nm區(qū)域所代表的腐殖質(zhì)類有機(jī)組分剩余濃度*高，可能由于該部分組分在原水中的較高濃度引起，也可能是在實(shí)驗(yàn)操作條件下，此區(qū)域所代表的有機(jī)組分較難降解，相比于其他組分的降解速率較慢所導(dǎo)致。

通過EEM數(shù)據(jù)得出，電化學(xué)紫外光聯(lián)用耦合膜過濾的方法可以顯著降解廢水中的蛋白質(zhì)、腐殖質(zhì)類造成膜污染的主要物質(zhì)。

3、結(jié) 論

實(shí)驗(yàn)采用了電化學(xué)紫外光耦合膜過濾的方法處理經(jīng)濕地處理后的化工廢水。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相較于單獨(dú)膜過濾、膜過濾耦合電化學(xué)的處理方式，電化學(xué)紫外光聯(lián)用耦合膜過濾技術(shù)對(duì)水樣中的COD及UV₂₅₄有更高的去除率。

而相較于使用UVA紫外光光源，使用UVC作為電化學(xué)紫外光聯(lián)用耦合膜過濾技術(shù)的光源時(shí)，廢水中有機(jī)污染物質(zhì)的去除效果更佳。

通過EEM分析可發(fā)現(xiàn)，被電化學(xué)紫外光聯(lián)用耦合膜過濾聯(lián)用技術(shù)去除的有機(jī)物主要為腐殖質(zhì)類有機(jī)物，其去除主要是由于電化學(xué)可以將廢水中的Cl^-轉(zhuǎn)化為ClO^-，而ClO^-可在紫外光的照射下產(chǎn)生包括OH在內(nèi)的一些具有強(qiáng)氧化性的自由基，可以對(duì)污染物進(jìn)行高效降解。