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研究速递| 电凝聚臭氧混凝耦合工艺通过阴极膜组件实现交替过滤和原位自清洁
发布者: 金鹏康 | 2023-02-20 | 5301

多元耦合一体化臭氧气浮技术将多个处理单元在一个处理系统有机融合，在一个处理装置内完成氧化、混凝、气浮分离等多个处理过程。团队自2000年初以来致力于该技术的理论与技术研究，并推广应用于油气田废水处理与资源化、印染废水深度处理与循环利用等工业水处理领域。

针对油气田含聚采出水聚合物与悬浮物含量高导致难以达标回注的问题，团队创新性地将电化学和膜分离技术与臭氧气浮技术相结合，相关成果以“Polymer-flooding produced water treatment using an electro-hybrid ozonation-coagulation system with novel cathode membranes targeting alternating filtration and in situ self-cleaning"为题发表于环境领域著名期刊Water Research（IF=13.4），金鑫副教授为论文第一作者，金鹏康教授为论文通讯作者。该项研究得到了国家自然科学基金和陕西省重点研发计划的资助，实现了聚合物与悬浮物的高效去除，通过膜组件的交替过滤与原位自清洗，缓解了膜污染问题，解决了油气田含聚采出水的高标准回注问题。

电凝聚臭氧混凝耦合工艺通过阴极膜组件实现交替过滤和原位自清洁

题目：Polymer-flooding produced water treatment using an electro-hybrid ozonation-coagulation system with novel cathode membranes targeting alternating filtration and in situ self-cleaning

期刊：Water Research

发表时间：2023年2月

第一作者：金鑫 副教授

通讯作者：金鹏康 教授

文章创新点

  • 新型阴极膜电凝聚臭氧混凝耦合体系首次在采出水处理中得到应用；
  • 该工艺与电凝聚膜分离工艺相比具有较高的处理效率；
  • 该工艺可同时降低膜的可逆和不可逆污染；
  • 阴极膜的交替运行可实现该工艺较高的产水率；
  • 通过阴极膜的原位自清洁可实现优异的膜通量恢复效果。

图文摘要

文章简介

我国北方大部分油气田都是超低渗透或低渗透油气田，回注水质要求严格。低压膜技术，如微滤和超滤，可以去除颗粒物质和部分有机化合物，常被用于处理采出水，但膜污染是采出水处理过程中的主要挑战。课题组前期提出了臭氧氧化和电絮凝同时在一个反应器中进行的电凝聚臭氧-混凝耦合(E-HOC)工艺，由于•OH和聚合态混凝剂水解产物的强化生成，E-HOC工艺的氧化和混凝能力得到了提高，氧化和电絮凝都是缓解膜污染的有效方法，同时阴极产生的微气泡也能实现膜组件的原位自清洁。基于此，本研究将E-HOC与膜分离相结合，形成CM-E-HOC工艺，以提高含聚采出水的处理效果，同时实现膜组件的原位自清洗与膜污染缓解。

相比电凝聚膜分离工艺，CM-E-HOC工艺对悬浮固体、浊度和PAM具有更高的去除率，出水SS≤20 mg/L，满足油田相关回注要求，同时有效缓解了膜的可逆和不可逆污染。在CM-E-HOC工艺中，不同的原位自清洁时间间隔均可获得良好的通量恢复率。此外，CM-E-HOC工艺中膜组件的交替过滤可实现连续产水，极大地提高了工艺的处理效率。一方面，CM-E-HOC工艺强化了•OH的产生，增强了体系的氧化能力，减少了膜污染；另一方面，由于臭氧的存在提高了水中含氧官能团和聚合态混凝剂水解产物的含量，体系的混凝效果也得到了提升。结果表明，CM-E-HOC体系中产生了尺寸更大、分形维数更高的絮体，膜表面了形成更疏松、多孔的泥饼层。因此，CM-E-HOC工艺具有较好的原位自清洁性能和更低的过滤阻力。

图1 CM-E-HOC对含聚采出水的处理效果

图2 膜通量变化规律及原位自清洁性能

图3  CM-E-HOC和CM-EC工艺的出水荧光及官能团特征

图4 混凝剂水解形态分析

图5 泥饼层官能团及粒径分析

图6 CM-E-HOC工艺膜污染缓解及原位自清洁机理

原文信息

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2023.119749

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