Removal of micropollutants in the laboratory multifunctional membrane reactor

Abstract

Hybrydowe układy oczyszczania ścieków oparte o zaawansowane procesy utleniania i techniki membranowe stanowią alternatywę nie tylko do konwencjonalnych układów oczyszczania strumieni wodnych, ale również do układów sekwencyjnych bazujących na pogłębionych procesach oczyszczania. W pracy przedstawiono ocenę stopnia usunięcia mikrozanieczyszczeń organicznych z grupy wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych - antracenu i bezno(a)pirenu - oraz domieszek przemysłowych, tj. pentachlorofenolu i oktylofenolu, jak również związków farmaceutycznych - diklofenaku z oczyszczonych ścieków bytowo-gospodarczych na poszczególnych etapach cyklu pracy fotokatalitycznego laboratoryjnego wielofunkcyjnego reaktora membranowego. Proces oczyszczania realizowano bez i z dodatkiem katalizatora w postaci komercyjnego ditlenku tytanu. Dobrane parametry pracy reaktora umożliwiły ponad 73% usunięcie badanych mikrozanieczyszczeń w procesie prowadzonym bez dodatku katalizatora. Wprowadzenie półprzewodnika do oczyszczanego roztworu wodnego pozwoliło na kompletne usunięcie pentachlorofenolu, oktylofenolu, bezno(a)pirenu oraz diklofenaku. Wykazano, że zastosowana membrana ultrafiltracyjna pełniła nie tylko rolę przegrody separującej cząsteczki stosowanego katalizatora, ale również pozwalała na zatrzymanie mikrozanieczyszczeń, których współczynniki retencji mieściły się w zakresie od 9% dla pentachlorofenolu do 98% dla bezno(a)pirenu.Hybrid wastewater treatment systems based on advanced oxidation processes and membrane techniques are an alternative both to conventional water treatment systems and sequential systems based on deep-treatment processes. The paper presents the estimation of the removal rate of organic micropollutants from wastewater effluent at various phases of the photocatalytic laboratory multifunctional membrane reactor. The tested compounds belong to the group of polycyclic aromatic hydrocarbons - anthracene and benzo(a)pyrene, industrial additives i.e. pentachlorophenol and octylphenol, as well as pharmaceuticals - diclofenac. The treatment process was carried out without or with the addition of a catalyst in the form of commercial titanium dioxide. Reactor’s selected operating parameters allowed to remove over 73% of the tested micropollutants in the process carried out without catalyst. The addition of the semiconductor to the treated water solution allowed to remove completely pentachlorophenol, octylphenol, benzo(a)pyrene and diclofenac. It has been shown that the ultrafiltration membrane acts not only as a separation barrier of the catalyst, but also allows for the retention of micropollutants, which removal rate ranged from 9% for pentachlorophenol to 98% for benzo(a)pyrene