污水处理技术工艺

纳滤膜技术处理高盐化工废水研究进展

发布日期:2019-08-16 / 发布者:鸿淳环保科技 / 点击:

高盐化工废水通常具有较高的机污染物浓度和悬浮固体浓度,不仅处理成本高、处理难度大,且存在潜在的环境风险。相比其它传统的水处理技术,纳滤膜技术不仅对高盐化工废水的处理效果好,同时可以对污水中的有用物质进行资源回收,因此其在高盐化工废水处理的应用中具有独特的优势。本文综述了纳滤膜分离技术在印染、制药、农药等化工领域高盐废水处理中的研究现状,旨在进一步推动纳滤膜技术在高盐化工废水处理领域中的应用。

印染、农药、医药生产过程中会产生大量的含盐量高于1%(质量分数)的高盐废水,这些废水通常含有多种污染物质(有机物、盐、油、重金属和放射性物质等)。随着工业化生产水平不断提高,水资源也变得越来越宝贵,高盐化工废水产生的水资源污染现象日趋严重,同时也会给环境造成很大的压力和破坏。

高盐化工废水若不进行必要的处理,将会对后续废水生化处理工艺造成很多不利影响,严重时甚至会使得整个生化系统的瘫痪,所以高盐化工废水的治理迫在眉睫。高盐化工废水常见的处理方法有石灰中和法、生物法和蒸发浓缩法。

然而,这些方法不仅不能排放高盐废水,而且能耗高,副产品销售困难。例如,在蒸发浓缩方法中,企业的废盐与有机残余物的蒸发一起被处理为固体废物,并且处理成本高并且资源回收率低。

与其他处理技术相比,膜技术具有高效节能、无相变、设备紧凑、易与其他技术集成等优点,近年来在水处理和回用方面取得了广泛的应用。目前主要的膜分离工艺包括反渗透、纳滤、超滤和微滤。纳滤膜技术作为一种介于反渗透和超滤之间的膜过滤技术,可以有效的截留水中的有机污染物和高价盐。

同时由于对水相中的单价盐截留率相对较低,纳滤膜技术可以较好的分离单价和多价离子,所以纳滤膜技术在高盐化工废水的处理和对废水中有用物质回收利用等方面具有其独特的优势,值得进一步应用和推广。

本文从纳滤膜技术的机理、影响因素,再到纳滤膜技术在印染、农药、医药等化工工业领域高盐废水中的研究进展,探讨其在高盐废水处理及资源回收利用等方面的应用价值,旨在进一步推动纳滤膜技术处理化工高盐废水处理中的应用。

1纳滤分离机理

纳滤膜的传质机理与超滤膜和反渗透膜不完全相同,其孔径介于两者之间,而且大部分纳滤膜带有电荷,所以传质机理更为复杂。

1.1荷正(负)电纳滤膜

荷正(负)电纳滤膜对电中性分子的截留主要是通过膜微孔的筛分作用。其传质模型包括扩散-细孔流模型、溶解-扩散模型、空间位阻-孔道模型和摩擦模型等。分子特性、浓度、操作压力和被截留分子的粒径都会影响截留率。

正(负)荷电纳滤膜对荷电有机离子和无机离子的分离受分离物的化学势、电位梯度和粒径的影响。唐南效应影响传质过程。传质模型包括混合模型、静电势阻模型、空间电荷模型、固定电荷模型和唐南平衡模型。

1.2荷电镶嵌纳滤膜

荷电镶嵌纳滤膜是指同时带有阴、阳离子交换基团的纳滤膜。水溶液中的阴、阳离子在压力或者浓度梯度的驱使下,分别通过相应的交换单元通过膜。目前关于荷电镶嵌纳滤膜的传质机理较少,传质模型仅有一些非平衡态热力学模型。

1.3非带电纳滤膜

非荷电纳滤膜的分离作用主要依靠纳米级微孔的筛分作用,传质模型主要包括空间位阻-孔道模型和摩擦模型等。

2影响纳滤膜的关键因素

2.1 pH

纳滤膜的外层通常附有电荷,当溶液pH产生改变时,电荷性质也会变化,溶液中其它需要分离的物质电荷也会随之改变,从而进一步影响膜分离的效果。

2.2操作压力

由于纳滤膜分离的驱动力主要来自压力,所以增强压力有助于改善过滤效果。

随着压力的增加,水流量也随之增加,但水流量不能连续增加。当压力达到一定值时,膜的表面会由于污染而导致凝胶的固体层。此时,传质过程主要受凝胶层阻力的限制,与凝胶层的阻力相比,压力的影响可以忽略不计。

2.3温度

温度的变化导致纳滤膜外层中的总电荷量发生变化,导致不同的分离。另外,温度也可能影响待分离物质的组成,从而改变分离效果。

2.4流速

理论上,提高液相速度可以减小浓差极化的影响。然而,当流量增大到一定值时,液体压力沿程增大,过滤阻力减小。

3纳滤在高盐化工废水中的应用进展

3.1纳滤技术在染料废水中的应用进展

在染料工业生产过程中,会产生大量高盐(>5%)、高COD(大于10000 mg/L)和高色度(数万)的废水。一般来说,这类废水的可生化性不仅小于0.3,而且废水中高盐浓度也会抑制生物过程中微生物的活性。因此,染料工业废水必须经过适当的预处理后才能进入生化系统。染料材料的分子量大多在700~1000之间,非常适合于纳滤膜技术的预处理。

杨刚等使用CA辊型纳滤膜浓缩和脱盐二苯乙烯二嗪型荧光增白染料(NT)的水溶液。发现NaCl染料在水相中用纳滤膜和NaCl处理。在浓度下,NaCl浓度从1.05 mol / L降至0.05 mol / L,而NT染料浓度浓缩至约2倍,NT保留效率超过99.8%。

GuohuaChen等利用ATF50型纳滤膜处理香港的印染废水,针对COD分别为5430mg/L和14000mg/L的两股原水,纳滤对COD的去除率分别达到80%和95%,出水满足香港排放标准。

刘宗义等人通过辊式反渗透膜处理丙烯酸纤维洗涤废液。结果表明,纳滤可使己内酰胺单体浓缩十倍以上,保留约80%。渗透液可以作为水再利用,经济效益显着。郭明远等实验室制备了醋酸纤维素纳滤膜,验证了纳滤膜可用于印染废水的燃料回收。

3.2纳滤技术在农药废水中的应用进展

我国农药废水排放量约为3亿t/年,COD排放量超过10万t/年。农药废水具有毒性大、处理难度大、环境危害严重等特点,越来越受到人们的重视。纳滤膜作为一种高效节能的膜技术,可以有效去除一半以上的COD和盐,非常适合于农药废水的预处理。

比较了NTR 7450、UTC 20、NF 45和NF 70纳滤膜对农药废水的处理效果。结果表明,NF70是处理农药废水的最佳纳滤膜。B.van der Bruggen还使用这四种纳滤膜去除地下水中的农药、硝酸盐和硬度[11]。结果表明,纳滤膜对农药和硬度的去除效果理想,但只有NF70具有较好的硝酸盐去除效果,这主要是由于纳滤膜技术适用于二价离子的截留,而单价离子的截留效果不高。

杨广平研究了NF90和NF270纳滤膜对三种典型的水杨醛,氟唑虫清和吡虫啉农药废水的处理效果。实验结果表明,COD和盐的去除率均超过80%。如果回收农药中的有用成分,则经济效益可观。

杨青等针对某大型农药(主要产品为吡虫啉、烯酰吗啉等)设计了DK膜与NF90组合的多级纳滤膜预处理系统,出水生化性明显提高,COD<1600mg/L、分<1000mg/L、同时在各级浓缩液中回收有用物料,从一级浓缩液中回收分子量200~500的吡虫啉、烯酰吗啉等农药分子,回收率>50%;二级浓缩液中回收分子量90~250的乙酰吗啉、苯酚等低分子化工原料,回收率>70%。Hugue等对含有大量NaCl/NH4Cl的草甘膦母液进行了分离,提出可使用纳滤膜进行渗滤的方法脱盐。

他们使用Desal-5-DK膜分离含有16%无机盐的草甘膦母液。草甘膦的回收率大于99%,无机盐的去除率大于85%。赵经纬等采用纳滤膜的综合膜分离系统可以将草甘膦废水处理浓度大于4%,盐含量小于1%。

3.3纳滤技术在制药废水处理中的应用进展

近年来,随着医药化工行业的快速发展,废水的复杂度呈指数级增长。由于制药化工废水含盐量高、难降解的特点,其处理难度越来越大。在纳滤膜分离过程中,不仅不发生化学反应,而且不需要加热和相变,不会破坏生物活性。同时,普通药物的分子量也在纳滤膜分离技术的范围内,因此纳滤膜分离技术在制药废水处理中的应用越来越广泛。

冉艳红等通过纳滤膜技术浓缩中草药水提取液,结果表明纳滤浓缩过的中草药水提取液产品回收率和质量得到提高,而废水排放量和处理陈本降低。提取液中的可溶性固体物提升10倍,此外也发现升温升压等方法可以提高膜通量。

Capelle等人采用纳滤膜去除含盐11%~17%杂环类药物衍生物废水中的醋酸钠和氯化钠。结果表明,Nanomax 50纳滤膜对醋酸钠和氯化钠的截留率大于99%,杂环类药物衍生物的去除率可达4个结论。综上所述,纳滤膜技术具有良好的分离效果,能够回收废水中的有用物质,在高盐化工废水处理领域具有巨大的发展潜力。

然而,工业废水成分复杂,含有多种酸碱物质,难以处理。

因此,高盐化工废水的处理对膜的材料性能要求较高,以保证可纳滤膜的分离效果和使用寿命,所以开发性能优良的纳滤膜具有长远意义。此外,工业废水的复杂性也使得单一工艺较难处理达标,所以必须重视膜技术与其它水处理工艺的联用,发挥每种技术各自的优势,才能达到最理想的处理效果。

纳滤膜技术处理高盐化工废水研究进展

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