Вклад наночастиц Fe3O4 в засорение ультрафильтрации с предварительной коагуляцией

Научные отчеты, том 5, Номер статьи: 13067 (2015) Цитировать эту статью

4374 Доступа

13 цитат

Подробности о метриках

Процесс коагуляции (FeCl3)-ультрафильтрации использовался для очистки двух разных сырых вод с присутствием или без присутствия примесей наночастиц Fe3O4. Было обнаружено, что наличие наночастиц Fe3O4 в сырой воде увеличивает как необратимое, так и обратимое загрязнение мембраны. Увеличение трансмембранного давления (TMP) было одинаковым на ранних стадиях мембранного анализа для обеих сырых вод, тогда как оно быстро увеличивалось примерно через 15 дней в сырой воде с наночастицами Fe3O4, что указывает на участие биологических эффектов. Повышенная микробная активность в присутствии наночастиц Fe3O4 была очевидна по измеренным концентрациям внеклеточных полимерных веществ (ЭПС) и дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и интенсивности флуоресценции. Предполагается, что наночастицы Fe3O4 накапливались в слое корки и усиливали рост бактерий. С ростом бактерий связано производство EPS, который усиливает связь с хлопьями коагулянта и между ними; EPS вместе с меньшими размерами наноразмерных первичных частиц слоя корки Fe3O4-CUF привел к образованию более низкой пористости, более упругого слоя корки и закупорке пор мембраны.

Мембранные системы ультрафильтрации (УФ) все чаще применяются при очистке грунтовых и поверхностных вод благодаря их способности экономично производить высококачественную питьевую воду, особенно для удаления бактерий и вирусов. Однако считается, что присутствие природных органических веществ (НОМ) в таких водах, обычно состоящих из сложной смеси гуминовых и фульвокислот, белков и углеводов, является основным загрязнителем мембран1,2. Достаточно хорошая корреляция была показана между присутствием этих органических веществ и скоростью необратимого загрязнения при длительных операциях УФ, особенно в отношении содержания биополимеров, таких как белковоподобные и полисахаридоподобные вещества3,4. Некоторые исследователи пришли к выводу, что после органических веществ оксид железа и кремнезем являются следующими наиболее распространенными загрязнителями, за ними следуют оксид алюминия и сульфат кальция5.

Тенденция к увеличению использования коммерческих наночастиц очевидна в последние годы, и растет обеспокоенность по поводу связанных с этим экологических проблем, поскольку они синтезируются и используются в больших масштабах, что приводит к загрязнению природных водоемов, например, в результате сброса воды. дисперсионно-модифицированные наночастицы Fe3O46. Например, некоторые наночастицы, включенные в предметы одежды, могут попадать в воду и впоследствии влиять на работу очистных сооружений (ОСВ)7. Дополнительную озабоченность вызывает то, что наночастицы могут сорбировать или включать в себя токсичные металлы и переносить токсины вниз по течению8. Поэтому удаление этих наночастиц из загрязненной воды имеет большое значение, а мембранная фильтрация как процесс разделения частиц в принципе является эффективным методом. Однако возможно, что наночастицы могут усугубить загрязнение мембраны, поскольку размеры наночастиц близки к размерам пор ультрафильтрационной мембраны.

Чтобы контролировать загрязнение мембраны и удалять наночастицы, использовалось множество методов предотвращения попадания органических загрязняющих материалов и наночастиц на мембрану, такие как ионный обмен (IX)9 и покрытие оксидом железа10. Было показано, что «поточная» химическая коагуляция или коагуляционно-гидравлическая флокуляция является эффективным способом не только улучшения общего качества воды, но и контроля загрязнения мембран11,12,13. Добавление хлорида полиалюминия оказало положительное влияние на снижение гидравлически необратимого загрязнения этими компонентами3. Однако в процессе коагуляции образуется слой корки, и многие экспериментальные исследования и практические операции показали, что образование слоя корки является основной причиной загрязнения мембраны14,15,16. Поэтому необходимо изучить характеристики слоя корки, в частности наличие внеклеточных полимерных веществ (ЭПС) и бактерий.