Sammanfattning av tillämpningarna av sex membrantekniker vid vattenbehandling

Membranbehandling hänvisar i allmänhet till membranseparationsteknologi, en metod utformad för att separera blandade prover som innehåller olika komponenter baserat på principen om selektiv permeabilitet hos biologiska membran. Membranen som används vid separering är höga - Molekylär - Viktpolymerer utformade och syntetiserade enligt det specifika tillämpningen, och det blandade provet som ska separeras kan vara flytande eller gas.

Principen om framåt osmos (FO)

Ett semipermeabelt membran, permeabel endast till lösningsmedlet men inte till det lösta ämnet, skiljer lösningsmedlet och lösningen. Under påverkan av osmotiskt tryck passerar lösningsmedelsmolekyler spontant genom membranet från lösningsmedelssidan på lösningssidan. Detta är fenomenet osmos, även känt som "framåt osmos."

1. avsaltning av havsvatten

FO: s tillämpning i avsaltning av havsvatten är ett av de mest omfattande undersökta områdena. Tidig tillämpningsforskning hittades främst i några få patent, men dessa studier var till stor del omogna och saknade hög genomförbarhet.

2. Industriell avloppsbehandling

Tidiga studier rapporterade användningen av FO -membran för behandling av låg - Koncentration tung metallavloppsvatten. På grund av den allvarliga fouling av RO (omvänd osmos) membran som användes och den snabba nedgången i flödet undersöktes inte denna forskning inte ytterligare.

3. Leakvattenbehandling

Kistan Butte-deponin i Corvallis, Oregon, USA, producerar (2-4) × 104 m3 lakvatten årligen. För att uppfylla vattenkvalitetsstandarder för markanvändning måste avloppet TDS reduceras till under 100 mg/L.

Principen om omvänd osmos (RO)

Omvänd osmos är ett tryck - Driven membranseparationsprocess. För att generera omvänd osmotiskt tryck applicerar en vattenpump tryck på en saltlösning eller avloppsvatten, vilket övervinner det naturliga osmotiska trycket och membranmotståndet. Detta tryck gör det möjligt för vattnet att passera genom membranet, medan de upplösta salterna och föroreningarna i vattnet fångas på andra sidan.

1. Vanliga tillämpningar vid vattenbehandling

Vatten är ett väsentligt materialkrav för mänsklig överlevnad och produktion. På grund av den ökande knappheten på färskvattenresurser har kapaciteten för omvänd osmosvattenbehandlingsanläggningar över hela världen nått miljoner ton per dag.

2. Ansökan i kommunalt avloppsvatten

För närvarande har applicering av omvänd osmosmembran vid avancerad behandling av kommunalt avloppsvatten, särskilt vid återanvändning av sekundärt avloppsvatten och återvunnet vatten från avloppsreningsverk, fått betydande uppmärksamhet.

3. Tillämpning vid behandling av tungmetallavloppsvatten

Konventionella behandlingsmetoder för avloppsvatten som innehåller tungmetalljoner är bara föroreningsmetoder för föroreningar, och omvandlar upplösta tungmetaller i avloppsvattnet till utfällningar eller lättare hanterade former. Den slutliga bortskaffandet är ofta deponi, men den sekundära föroreningen orsakad av tungmetaller till grundvatten och ytvatten förblir en lång - termhot.

4. Ansökan i oljigt avloppsvatten

Oljust avloppsvatten är ett stort och utbrett industriellt avloppsvatten. Om det släpps direkt i vattendrag, bildar det en oljefilm på ytan som hindrar syreupplösning, vilket leder till syreutarmning, biologisk nedbrytning, dålig lukt och allvarlig ekologisk förorening. Oljefältproducerat vatten med ett oljeinnehåll på 3,5 mg/L och ett totalt organiskt kol (TOC) på 16-23 mg/L behandlas för pannvattenkvalitet, och det behandlade vattnet återanvänds sedan som pannfodervatten i kraftverk.

Grundläggande principer för ultrafiltrering (UF) och mikrofiltrering (MF)

Ultrafiltrering och mikrofiltrering separerar båda vätskefaserna under påverkan av en statisk tryckdifferens. I princip finns det ingen väsentlig skillnad; Båda är sikt - baserade separationsprocesser. Under ett visst tryck, när en blandad lösning som innehåller hög - Molekylär - Vikt och låg - Molecular - Viktlösningar flyter genom en membran, lösningsmedlet och låg - Molecular -}} Viktlösning än Membran (Sådan As As As As As As As As As As As As As As AsAnAn (Sal inoran (Molecular {{8}) membranet och uppsamlas som genomträngningen. Hög - Molekylär - Viktlösningar större än membranporerna (såsom organiska kolloider) behålls av membranet och återvinns som koncentratet. Membranseparationsprocesser som kan behålla molekyler med en molekylvikt mellan 500 och 10⁶ kallas ultrafiltrering; Membranseparationsprocesser som endast kan behålla större molekyler (ofta kallade spridda partiklar) kallas mikrofiltrering.

Tillämpningar av ultrafiltrering och mikrofiltreringsmembran

Ultrafiltrerings- och mikrofiltreringsteknologier kan effektivt ta bort partiklar, inklusive mikroorganismer som Cryptosporidium och Giardia, bakterier och virus. Produktion av desinfektion kan också reduceras genom att minska koncentrationen av desinfektionsbiproduktföregångare och begränsa mängden oxidanter som krävs under desinfektionsprocessen. Avlägsnande av organiskt material är emellertid mycket låg, endast under 20%. Ultrafiltrering och mikrofiltrering har ett brett utbud av applikationer och kan anpassas för att behandla olika vattenkvaliteter.

Nanofiltration (NF) membranteknologi

Nanofiltrering (NF) princip

NanoFiltration (NF) är en ny molekylär - skala membranseparationsteknologi och ett hett ämne i membranseparationsforskning över hela världen. NF-membran har porstorlekar som överstiger 1 nm, vanligtvis 1-2 nm. Deras lösta retentionsprestanda ligger mellan RO- och UF -membranen. RO -membran har höga borttagningshastigheter för nästan alla lösta ämnen, medan NF -membran endast har höga borttagningshastigheter för specifika lösta ämnen. NF -membran kan ta bort tvåvärda och trivalenta joner, organiskt material med en Mn större än eller lika med 200, såväl som mikroorganismer, kolloider, värmekällor och virus. En viktig egenskap hos nanofiltreringsmembran är deras inneboende laddning. Detta är en viktig orsak till deras höga avsaltningsprestanda vid mycket låga tryck (så låga som 0,5 MPa) och deras förmåga att ta bort oorganiska salter även vid molekylviktsavbrott på flera hundra. Detta är också en nyckelfaktor i NF: s låga driftskostnader. NF är lämplig för en mängd salt vattenkällor, med vattenanvändningshastigheter som i allmänhet når 75% till 85% och 30% till 50% för avsaltning av havsvatten. Det finns ingen sur eller alkalisk avloppsvattenutsläpp.

1. Användning av nanofiltreringsmembran i dricksvatten

Nanofiltrering, med sitt låga driftstryck, är den föredragna processen för dricksvattenberedning och djup rening.

För närvarande är de flesta urbana vattenkällor förorenade i varierande grad, och konventionella vattenbehandlingsprocesser vid vattenverk har låga borttagningshastigheter för organiskt material. Klor desinfektion reagerar i sin tur med organiskt material i vattnet för att bilda halogenerade biprodukter. En fyra - år följer - upp studie av Peltier et al. visade att användningen av ett nanofiltreringssystem reducerade DOC -nivåerna i vatten till i genomsnitt 0,7 mgc/L, och det återstående klorinnehållet i avloppet sjönk från 0,35 mg/L till 0,1 mg/L. I slutändan reducerades bildningen av trihalometaner (THM) i nätverket med 50% jämfört med frånvaron av nanofiltreringssystemet. Vidare förbättrade minskningen av biologiskt nedbrytbart upplöst organiskt kol (BCOD) den biologiska stabiliteten hos det producerade vattnet.

Nanofiltreringsteknologi kan ta bort de flesta joner såsom kalcium och magnesium, vilket gör avsaltning till dess mest använda applikation. Membranvattenbehandlingsteknologi liknar konventionell kalkmjukning och jonbytarprocesser när det gäller investeringar, drift, underhåll och pris, men erbjuder fördelar som slam - fri drift, ingen regenerering krävs, fullständigt avlägsnande av upphängda fasta ämnen och organiska ämnen, enkel drift och minskade rymdkrav, vilket leder till att tillämpas. Nanofiltrering kan användas direkt för att mjukgöra grundvatten, ytvatten och avloppsvatten, och kan också användas som en förbehandling för omvänd osmos (RO), fotovoltaisk drivande avsaltningssystem etc.

2. Tillämpning av nanofiltreringsmembran i avsaltning av havsvatten

Havvatten avsaltning avser avsaltning av havsvatten med ett saltinnehåll på 35 000 mg/L till dricksvatten under 500 mg/L.

3. Tillämpning av nanofiltreringsmembran vid avloppsrening

(1) inhemskt avloppsvatten

Inhemskt avlopp behandlas vanligtvis av en kombination av biologisk nedbrytning och kemisk oxidation, men mängden oxidant som används är för stor och det finns många rester. Xue Gang et al. använde en kombination av mikro - flockningsfiberbollfiltrering, ultrafiltrering och nanofiltrering för att genomföra ett litet - skala test på hotellets badvatten. Vattenkvaliteten för ultrafiltreringsavlopp kan uppfylla vattenkraven för återanvändning i hotelltoalettspolning, grönande och andra länkar, och vattenkvaliteten för nanofiltreringsavlämning kan uppfylla sanitära standarder för inhemskt dricksvatten (GB5749.85) och kan återanvändas i hotellgentvätt, bad och andra länkar med högre vatten.

(2) Textil och tryckning och färgning av avloppsvatten

Färgämnena i textilavloppsvatten är svåra att ta bort med biologiska metoder. Hassani studerade effekterna av koncentration, tryck, totala upplösta fasta ämnen och oorganiskt saltinnehåll i surt, aktivt, direkt och spridande färgämnehaltiga lösningar på retentionsprestanda för nanofiltreringsmembran.

(3) garvning av avloppsvatten

Tannery avloppsvatten innehåller höga koncentrationer av organiskt material, sulfat och klorid. Avloppsvattens konduktivitet i betningsprocessen når 75 ms/cm. BES - PIA använder NF -teknik för att återvinna garvning av avloppsvatten. Det höga - koncentrationssulfatkoncentratet återförs till betningssektionen, medan kloriden - som innehåller vatten återförs till den sprickande trumman.

(4) Elektroplätering av avloppsvatten

Elektropläteringsanläggningar producerar ofta en stor mängd avloppsvatten. Trots användningen av komplexa behandlingssteg såsom försurning, kemisk avgiftning, sedimentation och slamseparation har det producerade vattnet ett högt saltinnehåll och kan inte återanvändas.

(5) pappersavfallsvatten

Inom massa- och pappersindustrin kräver processer som homogenisering, blekning och papperstillverkning en stor mängd vatten. Att uppnå ett (semi -) stängt vattensystem är det bästa sättet för massa och pappersbruk att spara vatten och minska utsläppen. Vattnet som produceras av traditionella aktiverade slamprocesser innehåller fortfarande vissa färgade föreningar, mikroorganismer, antikroppar, en liten mängd biologiskt nedbrytbara ämnen och suspenderade fasta ämnen, vilket gör det lämpligt endast för förpackning av pappersproduktion och inte för produktion av högre - betygspapper. Dessutom kan denna process inte minska innehållet i oorganiska salter. Koyuncu jämförde praktiken hos två behandlingsprocesser: vatten → nanofiltrering och pappersavloppsvatten → Aktiverat slam → nanofiltrering. Experiment visade att även om avloppsvattenkvaliteten för de två metoderna var liknande, producerade den andra metoden ett högre flöde, vilket gjorde avloppet lämpligt för användning i hög - -papper. Emellertid innehåller nanofiltreringsutflödet fortfarande en viss mängd monovalenta salter, vilket kräver tillsats av en låg - tryck omvänd osmosenhet för att ta bort dessa salter för att säkerställa kvaliteten på det cirkulerande vattnet.

Dialys (D) är processen genom vilken lösta ämnen transporteras från uppströms till nedströms om ett membran under påverkan av deras koncentrationsgradient.

Dialys var den första membranseparationstekniken som upptäcktes och studerades. På grund av inneboende systembegränsningar är dialysprocessen emellertid långsam, ineffektiv och saknar selektivitet. Därför används dialys primärt för att avlägsna låg - molekyl - viktkomponenter från lösningar som innehåller flera lösta ämnen. Till exempel, i hemodialys, ersätter ett dialysmembran njuren för att avlägsna toxisk låg - molekyl - viktkomponenter såsom urea, kreatinin, fosfat och urinsyra, vilket lindrar symtomen på patienter med njurfel och uremi.

Elektrodialys (ED) använder selektiviteten för jonbytemembran för anjoner och katjoner i en lösning under påverkan av ett likström elektriskt fält, med hjälp av en potentiell skillnad som drivkraft, för att separera elektrolyter från lösningen. Detta möjliggör koncentration, avsaltning, förfining och rening av lösningar.

Introduktion till bipolära membran

Ett bipolärt membran (BPM) är ett nytt membran, vanligtvis ett sammansatt jonbytemembran bestående av ett anjonbyteslager och ett katjonbytningsskikt. Alternativt kan ett tredje skikt tillsättas mellan anjon- och katjonutbyteskikten för att främja vattendissociation, vilket resulterar i ett tre - skiktstruktur som består av ett anjonbyteskikt, ett katjonbytarskikt och ett mellanliggande reaktionsskikt. Under verkan av ett DC -elektriskt fält dissocierar det bipolära membranet vatten och genererar H+ och OH - på katjon- och anjonmembranen.

1. Behandling av fluor - som innehåller avloppsvatten och återhämtning av värdefull fluor

Inom fluorkol- och uran (UF6) industrier innehåller avfallsgas och avloppsvatten fluor och organiska syror vid massfraktioner av 50 till 500 × 10 - 6. Neutralisering med kaliumhydroxid (KOH) krävs vanligtvis för fullständig avlägsnande. Den resulterande KF -lösningen innehåller många tungmetaller (såsom uran och arsenik) och spårmängder av radioaktiva ämnen. Ca (OH) 2 måste reageras med KF för att regenerera KOH och producera olösligt avfall. Denna metod resulterar i förlust av värdefull fluor och lämnar användare problemet med hur man kasserar det radioaktiva CA (OH) 2 -avfallet. Med användning av bipolär membranelektrodialyssteknik kan KF direkt konverteras till HF och KOH, inte bara återhämta fluor med högt värde utan också undvika användning av kalk och minska mängden avfallsrester som ska hanteras.

2. Bipolära membran för rening och återhämtning av syra och alkaliska avloppsvatten

Industriell produktion genererar en stor mängd syra- och alkaliskt avloppsvatten, såsom jonbytarhartsregenerering av avloppsvatten, betning av avloppsvatten, bly - syrabatteriavloppsvatten och pappersbruk av avloppsvatten. För att minska miljöföroreningar måste dessa avloppsvatten genomgå nödvändig behandling före utskrivning, men denna behandlingsprocess är komplex och kostsam. Bipolär membranelektrodialys ger en effektiv lösning för att behandla dessa avloppsvatten. 1986 installerade mitt land ett kombinerat elektrodialys- och jonbytesystem vid Zhejiang Post and Telecommunications Printing Plant för att behandla koppar - som innehåller avloppsvatten. Det behandlade avloppsvattnet innehöll 100 mg/L koppar och hade ett pH på 6-7 och uppfyllde utsläppsstandarder.

3. Inhemsk avloppsbehandling

Inhemskt avlopp behandlas vanligtvis med hjälp av en kombination av biologisk nedbrytning och kemisk oxidation, men detta resulterar ofta i höga oxidantdoser och rester. Att lägga till ett nanofiltreringssteg mellan dessa två processer tillåter små molekyler (relativ molekylvikt<100) that can be degraded by microorganisms to pass through, while retaining larger molecules (relative molecular weight >100) Det kan inte. Stora molekyler behandlas i en kemisk oxidationsmedel innan biologisk nedbrytning. Detta utnyttjar biologiskt nedbrytbarhet fullt ut, konserverar oxidant- och aktivt kolanvändning och minskar den slutliga restnivån.

4. Rengöring av dricksvatten

Med ökande vattenföroreningar är människor alltmer bekymrade över dricksvattenkvalitet. Experiment har visat att bipolärt membran -nanofiltrering kan ta bort något toxiska biprodukter som genereras under desinfektion, spårmängder av herbicider, bekämpningsmedel, tungmetaller, naturligt organiskt material, hårdhet, sulfat och nitrater. Det erbjuder också fördelar som hög och stabil behandlad vattenkvalitet, låg kemisk användning, minimal golvutrymme, energibesparingar och enkel hantering och underhåll.

5. Behandling av tungmetall - som innehåller avloppsvatten

Elektroplätering och legeringsproduktion kräver ofta stora volymer vatten för spolning. Detta sköljvatten innehåller höga koncentrationer av tungmetaller, såsom nickel, järn, koppar och zink. För att säkerställa att dessa tungmetall - som innehåller avloppsvatten uppfyller urladdningskraven är det typiska tillvägagångssättet att behandla dem genom att ta bort dem genom hydroxidutfällning. Med användning av nanofiltreringsmembranteknologi återvinner inte bara över 90% av avloppsvattnet, men renar det, utan koncentrerar också tungmetalljoninnehållet tiofaldigt, vilket gör de koncentrerade tungmetallerna värdefull för återvinning.

6. Avloppsvattenbehandling

N - p sammansatta bipolära nanofiltreringsmembran har en stark separationseffekt på monovalenta och divalentsalter, vilket avsevärt minskar COD -innehållet i avloppsvatten och uppfyller miljöstandarder.

7. Framtida utsikter för bipolära membran

Som en ny typ av membran erbjuder bipolära membran, med sina unika fördelar, många nya idéer och lösningar för att hantera långa - stående tekniska utmaningar inom miljöteknik. Continuing to develop high-performance bipolar membranes, improving membrane preparation processes, reducing membrane production costs, conducting in-depth mechanism research, studying the mechanisms of ion migration and water transfer in membranes, studying high-performance bipolar membrane materials and preparation, and broadening application areas are of långt - når betydelse.