污水处理技术工艺

高分子膜在重金属污水处理中的应用研究进展

发布日期:2019-05-24 / 发布者:鸿淳环保科技 / 点击:

随着我国it工业、化工、矿业和冶金工业的快速发展,电解液、电镀液中含铅、铜、铬、锌等重金属离子的废水不断增加。重金属污水不仅影响生态平衡,而且严重危害人类的生存。因此,开发高效的重金属污水处理技术势在必行。膜技术是一种新兴的污水处理技术,能有效控制重金属污水。介绍了聚合物膜技术在重金属污水处理中的应用研究现状以及今后的研究趋势和发展前景。

1 引言

地球表面70%为水所覆盖,30%为陆地。水资源总量14亿立方公里,但海洋占咸水的97.2%,仅占淡水的2.8%,蓄水量37亿立方米,大部分储存在南极冰盖和北极冰上。可供人类生产和日常生活使用的地表淡水只有105万亿立方米。我国河流径流总量虽居世界第六位,但由于人口基数大,人均水资源份额仅为世界平均水平的1~4,仅居世界第88位。由此可见,中国是一个水资源严重短缺的国家[1]。

水资源短缺、污染严重、浪费等问题已成为我国水环境状况面临的三大挑战。长江口、黄河、镇水河、太湖、巢湖、松花江等河流、湖泊水体受重金属污染程度不同,沉积物的污染率高达80.1%。2007年全国排放废水总量5568亿吨,其中工业废水排放24.66亿吨,占总废水排放的44.3%,比上年增长2.7%[2]。近几十年来,随着中国工业化的加速,化学、IT、电镀、医药、电子、能源等工业得到了迅速发展,工业污水中重金属污水的排放迅速增加。据估计,每年向环境排放多达100万吨有毒重金属,其中包括346000吨铅、147000吨铜、39000吨Cd和12000吨汞。水中重金属的主要形态为颗粒态和溶解态[5]。由于重金属污染的不可逆积累易于富集,不易降解,通过食物链传递对人体健康的危害,给人类社会带来了越来越多的生物圈"重金属应力"。环境生态学带来了严重的负面影响。因此,研究重金属对生态环境的影响引起了广泛的关注。这些重金属通过水循环和大气对水生生态平衡、土壤和人类健康造成极大的危害,这也将制约我国的经济发展。尽管所有的污水排放企业和污水处理厂已制定了一系列计划,并采取了一系列措施,以减少重金属污水的排放,减少排放污水中重金属的含量,但传统污水处理技术和设备投资较大。成本高,效率低,重金属处理产品易造成二次污染,效果有限。重金属污染治理已列为2010年的重中之重。1月初,环境保护部成立了防治重金属污染专项基金,2010年累计达10亿元,重点扶持铅、汞、Cd。铬、砷等重金属污染企业的综合处理、清洁生产过程的转化、新技术的论证与推广[8]。如何开发能有效处理工业生产中重金属污水的产品,已成为我国化学工业可持续发展的关键因素,也与国民经济和人民生活息息相关。应努力促进发展模式的转变和产业结构的调整,从而为促进经济和社会的稳定和快速发展,维护人民的环境权益和人民的健康做出应有的贡献。采用新技术和新的方法处理重金属污水是当务之急。

2重金属污水处理技术的发展现状

随着化学工业的发展,重金属废水的处理方法也在不断发展和成熟。目前国内外处理重金属废水的主要方法有化学沉淀法、离子交换法、生物法、电解法、膜分离技术和吸附法。化学沉淀法是较为成熟的重金属废水处理方法之一,操作简单,处理速度快,但出水重金属离子浓度高,含沙量大,含水量高,成本高,易造成二次污染;活性炭吸附法出水对重金属离子的吸附量大,处理效果好。thod和离子交换法重金属浓度较低,但材料成本高,工艺复杂,电解处理重金属离子需要较高的浓度和重金属离子的输送。成本高、能耗高、加工能力小,不能满足社会对低碳的要求。生物法培养菌株难度大,处理时间长,易造成生物污染。该方法仍处于试验阶段,难以应用于工业化。虽然这些方法在重金属废水处理领域都发挥着重要作用,但它们不是处理重金属废水的理想方法,存在一定的缺点。膜处理技术具有效率高、无相变、节能、设备简单、操作方便等优点。无需化学试剂即可回收重金属,不会造成二次污染。膜技术正逐渐取代传统和传统的重金属废水处理方法。被称为“21世纪污水处理技术”。

常见的高分子重金属污水处理膜具有反渗透膜(超渗透uf),膜孔约1nm,重金属截获率一般在95<unk;GT;,它可以去除大多数离子;纳米滤出nf,具有纳米尺度的孔径,能有效地去除污水中的离子和有机物,对二价金属的保留率达到或超过95%;微滤mf多为膜形成,孔径在100至10,000nm之间;超滤膜(rever osmosis ro),膜孔径在50~1n之间,大部分为不对称膜;离子交换膜,混合电荷插入膜,其中超滤膜、纳米滤膜、微滤膜、反渗透膜、离子交换膜是选择性渗透膜。用于制作薄膜的材料主要是聚纤维素衍生物、聚亚砜、聚酰胺,以及聚酯、烯烃、氟(硅)。制造薄膜的过程如图1所示。

图1薄膜制备过程示意图

超滤膜、纳滤膜、微滤膜、反渗透膜、离子交换膜等属于选择性渗透膜,是一种起分子分离作用的介质。在重金属废水的处理中,以压差或浓差,或电位差为驱动力,利用膜的选择性渗透,使重金属离子可以通过,或污水可以通过,将重金属离子与污水分离为两部分,以达到分离纯化的目的。杂化电荷镶嵌膜属于吸附膜,其膜材料与选择性膜材料基本相同,但在制膜过程中加入了其他辅助重金属吸附材料,膜的酸碱基团分别位于侧链和主链上。在处理重金属废水的过程中,膜主链上的碱性基团与重金属离子结合,使污水中的重金属离子吸附在膜表面,通过解吸回收重金属。膜技术处理重金属废水的原理图如图2所示。

图2膜技术处理重金属废水简图

运行中设备简单,能耗低,效率高,无相变。不需要额外的化学试剂来避免二次污染。重金属可以回收利用。膜技术与其他污水处理技术相比有很大的优势,但也有其缺点。首先,大多数膜都是分子水平分离和过滤介质。处理重金属废水时,应经常清洗膜组件。废水中的固体颗粒会堵塞膜孔,降低膜的渗透性,导致较长的处理周期。其次,废水成分复杂,部分成分会腐蚀膜,破坏膜结构,降低膜处理效率。例如,硫酸镍是镀镍过程中的主要盐,硼酸是缓冲剂,适当的有机添加剂(萘磺酸)、润滑剂(十二烷基硫酸钠)。电镀废水中含有固体颗粒、胶体颗粒、有机物、油脂和余氯。采用反渗透膜技术处理镀镍废水时,如果预处理不当,固体颗粒会进入反渗透泵,破坏反渗透泵和余氯。在pH值为3-4的强酸性镀镍废水中,膜孔堵塞和一些极性较强的有机物的进入会破坏膜表面的结构。这是膜技术在实际工程中的常见问题。只要对污水进行适当的预处理,及时清洗膜,就可以避免出现问题。新型重金属废水处理膜正在不断开发中。目前国内外学者正在对杂化电荷嵌入膜进行研究。混合荷电预埋膜可以直接脱附和回收废水处理中的重金属。它比其它膜简单,处理效果没有明显改善,传统膜技术的缺点也没有克服。

3。发展趋势与展望

20世纪60年代以来,膜分离处理重金属废水完成了从实验室到规模化生产的转变,新的膜技术层出不穷,那么膜分离技术今后的发展方向是什么?从技术上看,虽然重金属污水处理膜已经取得了很大的进展,但它仍然是一个新兴的行业,无论是理论上还是实际应用上都还不够成熟。随着膜技术的发展,如何提高膜的更高的经济效益和更好的处理效果,将成为新型膜材料研究的永恒动力。研究了耐热性、耐压性、耐酸性、抗有机溶剂性、抗氧化性、抗污染性、易清洗性等性能较好的膜。为了达到这一效果,今后相当一段时间内,对这部电影的研究将集中在以下几点上。首先,聚合物仍将是重金属分离膜材料,但膜的功能将更加细化。根据不同工艺产生的重金属废水成分的不同,对重金属废水的研究将更加积极。其次,将不同的聚合物混合作为膜材料。形成了优势互补的处理重金属废水的膜材料,不同材料类型的复合膜也将用于重金属废水的处理,如无机-有机杂化膜不仅具有无机膜的高强度和热稳定性,而且具有有机膜的高韧性和高效率。最后,随着膜材料范围的扩大,膜材料的聚合物是以长链大分子为基础的,基于脂质、蛋白质和碳氢化合物的仿生膜也有可能用于重金属废水的处理。生物膜是性能最好的天然膜。如果仿生膜成功,它将是高选择性、高渗透性的新一代膜。从应用工艺来看,膜技术处理重金属将与传统的重金属处理技术相结合,形成一种新的膜分离工艺。任何一种重金属污水处理技术都有其局限性。在某一条件下,重金属污水处理膜是一种经济、有效的分离工艺,但在其他条件下,它可能是一种不经济、低效的分离工艺。因此,结合不同的加工工艺可以最大限度地发挥加工效率。以处理含Cu2+2%的重金属废水为例,证明了最经济的处理方法是用透膜浓缩Cu2+至20%,然后蒸发至80%。

膜技术在重金属污水处理中的应用范围不断扩大,技术日趋成熟和完善。在可持续发展和低碳生活的推动下,作为当今社会发展理念的动力,重金属污水处理膜技术将以其独特的社会经济优势得到更好的发展。它将成为水资源再生领域一项新的、有效的水处理技术。

高分子膜在重金属污水处理中的应用研究进展

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