本发明专利技术公开了一种用于从水中去除PFAS的可持续电化学过滤系统和方法，包括过滤器本体、纳米碳纤维膜、阳极环、绝缘环、阴极环和外接电源；纳米碳纤维膜铺设在过滤出水口上方的过滤器本体内；阳极环、绝缘环和阴极环从下至上依次布设在纳米碳纤维膜上表面。本发明专利技术中纳米碳纤维膜具有导电性能，比表面积大，电化学性能稳定，能吸附、截留原水中的PFAS和NOM。在增加外场电势的情况下，纳米碳纤维膜带正电，PFAS的吸附容量显著增加，与此同时，吸附在膜上的NOM被氧化；纳米碳纤膜吸附饱和的时候，翻转外置电势，纳米碳纤膜带负电，PFAS从膜上脱附，浓缩液被收集，过滤装置的膜表面得到再生。过滤装置的膜表面得到再生。过滤装置的膜表面得到再生。
【技术实现步骤摘要】
用于从水中去除PFAS的可持续电化学过滤系统和方法
[0001]本专利技术涉及一种PFAS过滤装置，特别是一种用于从水中去除PFAS的可持续电化学过滤系统和方法。
技术介绍
[0002]全（多）氟烷基化合物（per
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and polyfluoroalkyl substances，PFAS），包括全氟辛基羧酸PFOA和全氟辛基磺酸PFOS（两者物质结构见附图1）。PFAS是一类具有碳链结构人工合成物质，碳链上的氢原子被氟原子部分或全部取代。20世纪50年代以来，PFAS作为表面活性剂，被广泛应用于各种工业和民用产品。伴随其在工业生产及生活中的广泛应用，天然环境中PFAS的排放量不断增加，同时这些人为污染物对天然和处理水域、人类和动物生物体中的存在都构成了巨大的环境挑战，也引发了多种环境问题。 PFAS分子中的高能 C
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F 键使其具有化学、热。同时，生物性能稳定，其难以被水解、光解及生物降解，因此会在环境中持久存在。目前PFASs已成为全球性污染物，近年来PFASs已在全球多个地区、多种环境介质中被广泛检出，在各地海域尤其是极地地区的广泛检出表明其具有长距离迁移能力。
[0003]毒理学研究表明典型PFAS具有环境持久性、生物累积性以及多种毒性。多项研究结果表明PFASs暴露可引起包括肝脏毒性、生殖发育毒性、免疫毒性等多种毒性效应，且与多种人体健康问题和疾病存在一定关联。鉴于长链PFASs具有环境持久性、长距离迁移、生物蓄积性以及多种毒性等危害，严重威胁生态环境和人体健康，全球多个国家或地区相继出台限制PFASs生产使用的相关法规。3M公司是前全球最大的全氟辛烷磺酰氟(PFOSF)衍生产品生产商，其公司于2002年逐步淘汰了全氟辛烷磺酸衍生产品的生产。随后，全氟辛烷磺酸和全氟辛烷磺酰氟被列为《斯德哥尔摩公约》中的持久性有机污染物。2009年美国环境保护署(EPA)将其列入饮用水污染物候选清单。此外，2016年EPA将饮用水中PFOA和PFOS总和的健康咨询水平确定为70 ng/L。PFOS也被添加到指令2013/39/EU中作为优先污染物在欧洲全境范围内的地表水中进行监测和管控。
[0004]在全球范围内的大多数自然水体中都有不同程度的PFOA和PFOS污染，其浓度分别处于0.1
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3640 ng/L和0.005
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527 ng/L之间。我国水环境如长江、黄河、珠江和松花江等流域均有不同浓度的PFOA和PFOS被检出，污染水平与发达国家基本持平，而局部工业发达地区的污染水平较高。目前全球常规水处理系统和从水中去除PFAS的方法已经被证实是无效的（PFAS去除率< 20%）。参见例如Rahman等人论文：Behaviour and fate of perfluoroalkylandpolyfluoroalkyl substances(PFASs) in dr inking water treatment(2014)，Water Research，50，第318
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340页。吸附技术由于操作简单、高效率、低成本，是目前去除水中PFASs的有效方法。常规的活性炭吸附系统和用于从水中去除PFAS的方法已经显示出对于长链PFAS具有某些效果，但是难以去除短链化合物，参见例如Zhi and Liu的论文：Adsorption of perfluoroalkyl acids by carbonaceous adsorbents: Effect of carbon surface chemistry(2015)，Environmental Pollution 202 168
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176。
[0005]另外，在水厂实际运行中发现，原水中的天然有机质（NOM，包括腐殖酸类、多糖类
和蛋白类）会干扰PFAS的去除。水中的NOM一般来源于动植物的腐烂分解，是由各种分子量聚合电解质组成的混合物，例如低分子量的有机酸、糖类、胺类、醇类，高分子量的富里酸和腐殖酸。NOM普遍具有以下性质：丰富的官能团、巨大的分子电荷、亲水性。含有多种官能团，能与其他物质反应。可以分为亲水性和疏水性组分，疏水部分富含芳香破，并且有酸基结构和共辆双键；而亲水部分包括脂肪破和含氮化合物，例如碳水化合物、糖类、蛋白质和氨基酸等。腐殖酸类、多糖类和蛋白类，其在碳吸附剂上的吸附会造成吸附剂污染，从而大大降低吸附剂对PFAS和其他污染物的吸附容量。除此之外，氯消毒是水处理过程中的重要步骤，而氯与饮用水中NOM会发生反应，生成一系列卤代消毒副产物(主要包括三卤甲烷和卤乙酸)，饮用水中卤代物已被证明是致畸以及致突变性的主要消毒副产物(DBPs)。由于消毒是饮用水处理的最后一个环节，消毒副产物一旦生成就很难去除，因此，饮用水处理中去除NOM十分关键。
[0006]综上，目前饮用水处理过程中的难点在于如何高效去除PFAS，以及如何避免NOM竞争吸附。
技术实现思路
[0007]本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种用于从水中去除PFAS的可持续电化学过滤系统和方法，该用于从水中去除PFAS的可持续电化学过滤系统和方法能高效去除PFAS，且能有效避免NOM竞争吸附。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种用于从水中去除PFAS的可持续电化学过滤系统，包括过滤器本体、纳米碳纤维膜、阳极环、绝缘环、阴极环和外接电源。
[0009]过滤器本体的顶部设置有原水进水口，原水进水口能与待处理的原水相连接。
[0010]过滤器本体的底部设置有过滤出水口；过滤出水口与过滤水收集系统相连接。
[0011]纳米碳纤维膜铺设在过滤出水口上方的过滤器本体内。
[0012]阳极环、绝缘环和阴极环从下至上依次布设在纳米碳纤维膜上表面；阳极环与外接电源正极或负极相连接，阴极环与外接电源负极或正极相连接。
[0013]还包括PFAS浓度检测仪和NOM浓度检测器，PFAS浓度检测仪能采集并分析过滤出水口处的PFAS浓度；NOM浓度检测器能采集并分析过滤出水口处的NOM浓度。
[0014]PFAS浓度检测仪为LC
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MS/MS分析仪，NOM浓度检测器为总有机碳检测器或紫外分光光度计。
[0015]阳极环为钛阳极环，绝缘环为橡胶垫环，阴极环为不锈钢阴极环。
[0016]还包括反冲洗装置，反冲洗装置包括反冲洗泵和浓缩液收集器；反冲洗泵的一端与过滤水收集系统相连接；反冲洗泵的另一端与过滤出水口相连接；浓缩液收集器能与原水进水口相连接。
[0017]一种用于从水中去除PFAS的可持续电化学过滤方法，包括如下步骤。
[0018]步骤1、PFAS一次吸附：待处理的原水从原水进水口进入过滤器本体，原水中的PFAS被纳米碳纤维膜捕捉和截留，形成过滤水；过滤水从过滤出水口流出至过滤水收集系统。
[0019]步骤2、PFAS浓度监测：采用PFAS浓度检测本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于从水中去除PFAS的可持续电化学过滤系统，其特征在于：包括过滤器本体、纳米碳纤维膜、阳极环、绝缘环、阴极环和外接电源；过滤器本体的顶部设置有原水进水口，原水进水口能与待处理的原水相连接；过滤器本体的底部设置有过滤出水口；过滤出水口与过滤水收集系统相连接；纳米碳纤维膜铺设在过滤出水口上方的过滤器本体内；阳极环、绝缘环和阴极环从下至上依次布设在纳米碳纤维膜上表面；阳极环与外接电源正极或负极相连接，阴极环与外接电源负极或正极相连接。2.根据权利要求1所述的用于从水中去除PFAS的可持续电化学过滤系统，其特征在于：还包括PFAS浓度检测仪和NOM浓度检测器，PFAS浓度检测仪能采集并分析过滤出水口处的PFAS浓度；NOM浓度检测器能采集并分析过滤出水口处的NOM浓度。3.根据权利要求2所述的用于从水中去除PFAS的可持续电化学过滤系统，其特征在于：PFAS浓度检测仪为LC
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MS/MS分析仪，NOM浓度检测器为总有机碳检测器。4.根据权利要求1所述的用于从水中去除PFAS的可持续电化学过滤系统，其特征在于：阳极环为钛阳极环，绝缘环为橡胶垫环，阴极环为不锈钢阴极环。5.根据权利要求1所述的用于从水中去除PFAS的可持续电化学过滤系统，其特征在于：还包括反冲洗装置，反冲洗装置包括反冲洗泵和浓缩液收集器；反冲洗泵的一端与过滤水收集系统相连接；反冲洗泵的另一端与过滤出水口相连接；浓缩液收集器能与原水进水口相连接。6.一种用于从水中去除PFAS的可持续电化学过滤方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、PFAS一次吸附：待处理的原水从原水进水口进入过滤器本体，原水中的PFAS被纳米碳纤维膜捕捉和截留，形成过滤水；过滤水从过滤出水口流出至过滤水收集系统；步骤2、PFAS浓度监测：采用PFAS浓度检测仪，定期采集并分析过滤出水口处过滤水的PFAS浓度；采用NOM浓度检测器，定期采集并分析过滤出水口处过滤水的NOM浓度；步骤3、启动PFAS增强吸附：当满足如下三个条件中的任意一项时，启动PFAS增强吸附；条件A、当监测的过滤水PFAS浓度大于设定的PFAS浓度阈值时；条件B、当纳米碳纤维膜吸附容量接近或达到饱和容量时；其中，纳米碳纤维膜吸附容量，根据原水的PFAS浓度、监测的过滤水PFAS浓度以及进入过滤器本体中的原水量，进行确定；条件C、当监测的过滤水NOM浓度大于设定的NOM浓度阈值时；步骤4、PFAS二次增强吸附：将阳极环与外接电源正极相连通，阴极环与外接电源负极相连通；此时，纳米碳纤...
【专利技术属性】
技术研发人员：智悦，何强，姚婧梅，刘彩虹，钱深华，韩乐，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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