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纳滤膜分离技术如何应用在废水处理

发布时间:2019-08-09 18:35 来源:未知 编辑:admin

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  展开全部作为工业废水处理中的重要技术方法之一,纳滤技术的优势特点不言而喻。

  膜过滤技术是一种高效、低能耗和易操作的液体分离技术,同传统的水处理方法相比具有处理效果好、可实现废水的循环利用和对有用物质回收等优点。膜技术一般包括微滤、超滤、纳滤和反渗透,其中纳滤(nanofiltration,NF)是目前国内外膜分离领域研究的热点之一。它是一种介于反渗透与超滤之间的一种压力驱动型膜分离技术,由于其自身独特的性能使它在许多领域具有其它膜技术无法替代的地位,在工业废水处理中得到了广泛的应用,并显示出了广阔的发展前景。

  荷正(负)电纳滤膜带有正(负)电性。它对中性分子(如葡萄糖等有机分子)的截留是由膜的纳米级微孔的分子筛效应引起,其传质模型主要有摩擦模型、空间位阻-孔道模型、溶解-扩散模型和扩散-细孔流模型等。其截留率与被截留分子的粒径、操作压力、浓度、分子特性等有关。

  荷正(负)电纳滤膜对无机离子和带电有机物的分离不仅受被分离物质粒径影响,而且受化学势和电势梯度的影响,传质过程受膜表面电荷与带电分子(离子)间Donnan效应影响很大。离子和膜表面带电荷越高,分离去除率越大。其代表性的传质模型有Donnan平衡模型、固定电荷模型、空间电荷模型、静电位阻模型和杂化模型等。

  与荷正(负)电纳滤膜不同,荷电镶嵌纳滤膜同时带有阳离子和阴离子交换基团。在压力及浓度梯度推动下,溶液中的阴、阳离子分别通过荷电镶嵌纳滤膜中各自对应的交换单元通过膜。膜本身对离子的Donnan排斥作用低。

  荷电镶嵌纳滤膜的传递机理研究的还不深入,仅有个别非平衡态热力学模型适用。C.Linder等用摩擦模型进行了简单的理论分析,表明荷电镶嵌膜需要较高的离子交换容量,且要求膜尽可能的薄,荷电离子间的距离尽可能的小,才能取得较好的分离效果。

  非荷电纳滤膜对物质的分离由纳米级微孔的分子筛效应引起,传质模型有摩擦模型、空间位阻-孔道模型等。

  染料废水污染物浓度高、色度高、无机盐含量高、污染物成分复杂、可生化性差、脱色困难,采用一般的物化、生化法处理很难达标排放,用纳滤膜处理染料废水,不仅处理水可达标排放,而且可回收染料。A.D.Dhale等采用纳滤系统处理COD为3500mg/L、醋酸质量浓度为1200mg/L、色度为80400(美国公共卫生协会标准)的染料废水,处理后COD去除率97%,脱色率99%,运行8h后,膜通量达0.017m3/(m2·h)。K.M.Pastagia等进行了纳滤膜处理活性黑和活性红染料混合废水的研究。国内也进行了这方面的研究。这些研究表明,纳滤膜用于染料废水处理是可行的。

  金属加工、合金生产、电镀等行业在生产过程中排放含有重金属的废水。采用纳滤膜处理重金属废水不仅可以避免对环境的污染,而且可以回收重金属。A.W.Mohammad等用纳滤膜处理分别按m(Na2SO4)∶m(NiSO4)为1∶4、1∶1、4∶1的比例配成的废水,在0.4MPa压力下,镍的去除率可达93%。在相同压力下,对含有Ni2+(0.724mol/L)、Na+(0.171mol/L)、Cu2+(0.158mol/L)、Zn2+(0.077mol/L)的生产废水进行处理,镍的去除率可达95%。楼永通等采用纳滤膜对电镀含镍废水进行处理,纳滤膜对镍的截留率达97%,镍浓缩10倍,可回收利用。

  垃圾渗滤液中溶解性有机物质量浓度为100-3000mg/L,无机物质量浓度为1600-14300mg/L,氨氮质量浓度为300-2000mg/L,处理难度很大。T.A.Peters用纳滤膜处理垃圾渗滤液,BOD、COD、氨氮、硫酸根去除率分别可达41.6%、95.88%、57%、92.48%。K.Linde等用两种纳滤膜处理垃圾渗滤液,并研究了纳滤膜对不同离子、TOC的截留率及膜通量随操作压力变化情况。

  制革废水含有高浓度的SO42-、Cr3+和有机物,是一种危害大、难处理的废水。M.V.Galiana-Aleixandre等在纳滤膜两侧压力差为0.8MPa下,对含酸废水进行处理,膜通量为6L/(m2·h),SO42-去除率99%,总有机固体去除率85%;对冲洗废水进行处理,膜通量为6L/(m2·h),SO42-去除率97%。A.Cassano等采用超滤和纳滤相结合处理制革废水并回收废水中的铬。纳滤膜操作压力为1.4MPa,膜通量为4.92L/(m2·h),铬浓缩2.5倍,COD浓缩了1.5倍。研究发现,用回收的铬鞣制的皮革质量不低于用硫酸铬鞣制的皮革的质量。

  食品废水属于高浓度有机废水。M.D.Afonso等用微滤膜和纳滤膜相结合处理鱼肉加工厂废水,不仅可以减少污染物排放量,而且处理后的水可以回用到工厂,浓缩液经处理后可用于鱼肉加工,具有良好的环境效益和经济效益。B.Balannec等用纳滤膜处理COD为36000mg/L的牛奶废水。当采用终端过滤,操作压力为0.15MPa,浓缩液为原废水量的1/3时,膜通量为3.5-5.0L/(m2·h),透过液COD为173-1095mg/L;当采用错流过滤,操作压力为0.19MPa,错流流量为1500L/h,浓缩液为原废水量浓缩液量的1/1-1/3时,透过液COD为125-400mg/L,对Ca2+、Mg2+、K+、Na+的去除率分别为99.4%、99.4%、50%、80%。

  由于人口的增加和工业的发展,水资源短缺的形势日益严重。废水深度处理回用逐渐受到学者和政府的高度重视,纳滤膜具有的优点使其在水的深度处理回用方面具有明显优势。L.Shu等采用终端过滤纳滤膜组件处理由C.I.活性黑染料水解物和NaCl配成的废水,过滤1h时,染料质量浓度由500mg/L浓缩到650mg/L,NaCl质量浓度由10g/L浓缩到12g/L,出水染料质量浓度为2mg/L,NaCl质量浓度为4g/L,分离后的水和浓缩液可以回收利用。A.F!hnrich等采用二级纳滤技术处理香肠喷淋水,原废水TOC、导电率、亚硝酸盐分别为65mg/L、1064μS/cm、0.28mg/L。一级纳滤膜和二级纳滤膜对TOC的去除率分别为95.6%和55.1%;出水电导率分别下降90.2%和91.1%;对亚硝酸盐的去除率分别为60.7%和65.8%。出水满足回用要求。其他研究表明,纳滤技术用于废水处理回用是可行的。

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