Rezumatul aplicațiilor a șase tehnologii cu membrană în tratarea apei

Tratamentul cu membrană se referă, în general, la tehnologia de separare a membranei, o metodă concepută pentru a separa eșantioane mixte care conțin diferite componente bazate pe principiul permeabilității selective a membranelor biologice. Membranele utilizate în separare sunt mari - moleculare - polimeri de greutate proiectate și sintetizate în funcție de aplicația specifică, iar eșantionul mixt care trebuie separat poate fi lichid sau gaz.

Principiul osmozei înainte (FO)

O membrană semipermeabilă, permeabilă numai la solvent, dar nu a solutului, separă solventul și soluția. Sub influența presiunii osmotice, moleculele de solvent trec spontan prin membrană din partea solventului în partea soluției. Acesta este fenomenul osmozei, cunoscut și sub numele de „osmoză înainte”.

1. Desalinizarea apei de mare

Aplicarea FO în desalinizarea apei de mare este una dintre cele mai cercetate pe scară largă. Cercetarea timpurie a aplicațiilor s -au găsit în primul rând în câteva brevete, dar aceste studii au fost în mare parte imature și nu aveau fezabilitate ridicată.

2. Tratarea apelor uzate industriale

Studiile timpurii au raportat utilizarea membranelor FO pentru tratarea apelor uzate de metal grele -}. Cu toate acestea, din cauza combaterii severe a membranelor RO (osmoză inversă) utilizate și a scăderii rapide a fluxului, această cercetare nu a fost explorată în continuare.

3. Tratamentul levigatului

Depozitul de sicriu Butte din Corvallis, Oregon, SUA, produce (2-4) × 104 m3 de levigat anual. Pentru a îndeplini standardele de calitate a apei pentru utilizarea terenului, TD -urile efluente trebuie reduse la sub 100 mg/L.

Principiul osmozei inverse (RO)

Osmoza inversă este o presiune - proces de separare a membranei. Pentru a genera presiune osmotică inversă, o pompă de apă aplică presiunea unei soluții saline sau a apelor uzate, depășind presiunea osmotică naturală și rezistența la membrană. Această presiune permite apa să treacă prin membrană, în timp ce sărurile și contaminanții dizolvați din apă sunt prinse pe cealaltă parte.

1. Aplicații comune în tratarea apei

Apa este o cerință materială esențială pentru supraviețuirea și producția umană. Datorită creșterii deficitului de resurse de apă dulce, capacitatea stațiilor de tratare a apei cu osmoză inversă din întreaga lume a ajuns la milioane de tone pe zi.

2. Cere în apele uzate municipale

În prezent, aplicarea membranelor de osmoză inversă în tratamentul avansat al apelor uzate municipale, în special în reutilizarea efluenților secundari și a apei recuperate din stațiile de tratare a canalizării, a primit o atenție semnificativă.

3. Aplicare în tratamentul apelor uzate din metalul greu

Metodele convenționale de tratament pentru apele uzate care conțin ioni de metale grele sunt doar metode de transfer de poluare, transformarea metalelor grele dizolvate în apele uzate în precipitații sau forme mai ușor de gestionat. Eliminarea finală este adesea depozitul de deșeuri, dar poluarea secundară cauzată de metalele grele către apele subterane și apa de suprafață rămâne o amenințare lungă -.

4. Aplicare în apele uzate uleioase

Apele uzate uleioase sunt o apă uzată industrială mare și răspândită. Dacă este externat direct în corpuri de apă, formează o peliculă de ulei la suprafață care împiedică dizolvarea oxigenului, ceea ce duce la epuizarea oxigenului, biodegradarea, mirosurile greșite și poluarea ecologică gravă. Câmpul de ulei a produs apă cu un conținut de ulei de 3,5 mg/L și un conținut total de carbon organic (TOC) de 16-23 mg/L este tratat la calitatea apei cazanului, iar apa tratată este apoi reutilizată ca apă de alimentare a cazanului la centralele electrice.

Principiile de bază ale ultrafiltrării (UF) și microfiltrare (MF)

Ultrafiltrare și microfiltrare ambele faze lichide separate sub influența unui diferențial de presiune statică. În principiu, nu există nicio diferență esențială; Ambele sunt procese de separare bazate pe sită -. Sub o anumită presiune, când o soluție mixtă care conține ridicat - molecular - greutate și scăzut - molecular - solute de greutate curge printr -o membrană, solventul și scăzut - molecular - Solugează cu greutate mai mică decât porții moleculari (cum pătrunde în membrană și sunt colectate ca permeat. High - molecular - Soluții de greutate mai mari decât porii membranei (cum ar fi coloidele organice) sunt păstrate de membrană și recuperate ca concentrat. Procesele de separare a membranei care pot reține molecule cu o greutate moleculară între 500 și 10⁶ se numesc ultrafiltrare; Procesele de separare a membranei care pot păstra doar molecule mai mari (denumite adesea particule dispersate) sunt numite microfiltrare.

Aplicații ale membranelor de ultrafiltrare și microfiltrare

Tehnologiile de ultrafiltrare și microfiltrare pot elimina eficient particulele, inclusiv microorganisme precum Cryptosporidium și Giardia, bacterii și viruși. De dezinfectarea produsului secundar poate fi redus, de asemenea, prin reducerea concentrației de precursori de subprodus de dezinfectare și limitarea cantității de oxidanți necesari în timpul procesului de dezinfectare. Cu toate acestea, rata de îndepărtare a materiei organice în apă este foarte scăzută, doar sub 20%. Ultrafiltrarea și microfiltrarea au o gamă largă de aplicații și pot fi adaptate pentru a trata diferite calități ale apei.

Tehnologia de membrană nanofiltration (NF)

Principiul nanofiltrării (NF)

Nanofiltration (NF) este o nouă tehnologie moleculară - la scară de separare a membranei și un subiect fierbinte în cercetarea de separare a membranelor la nivel mondial. Membranele NF au dimensiuni ale porilor care depășesc 1 nm, de obicei 1-2 nm. Performanța lor de retenție a solutului se află între cea a membranelor RO și UF. Membranele RO au rate mari de îndepărtare pentru aproape toate soluțiile, în timp ce membranele NF au doar rate mari de îndepărtare pentru soluții specifice. Membranele NF pot elimina ionii divalenți și trivalenți, materia organică cu un MN mai mare sau egal cu 200, precum și microorganisme, coloizi, surse de căldură și viruși. O caracteristică cheie a membranelor de nanofiltrare este încărcarea lor inerentă. Acesta este un motiv cheie pentru performanța lor ridicată de desalinizare la presiuni foarte mici (până la 0,5 MPa) și capacitatea lor de a elimina sărurile anorganice chiar și la întreruperi de greutate moleculară de câteva sute. Acesta este, de asemenea, un factor cheie în costurile de operare scăzute ale NF. NF este potrivit pentru o varietate de surse de apă sărate, ratele de utilizare a apei ajungând în general la 75% până la 85% și 30% până la 50% pentru desalinizarea apei de mare. Nu există descărcare acidă sau alcalină de apă uzată.

1. Aplicarea membranelor de nanofiltrare în apa potabilă

Nanofiltrarea, cu presiunea sa de funcționare scăzută, este procesul preferat pentru prepararea apei potabile și purificarea profundă.

În prezent, majoritatea surselor de apă urbane sunt contaminate în diferite grade, iar procesele convenționale de tratare a apei la lucrări de apă au rate scăzute de îndepărtare pentru materie organică. Dezinfectarea clorului, la rândul său, reacționează cu materie organică din apă pentru a forma produs secundar halogenat. Un an de patru - Urmează studiul - de Peltier și colab. a arătat că utilizarea unui sistem de nanofiltrare a redus nivelul DOC în apă la o medie de 0,7 MGC/L, iar conținutul de clor rezidual în efluent a scăzut de la 0,35 mg/L la 0,1 mg/L. În cele din urmă, formarea trihalometanelor (THMS) în rețea a fost redusă cu 50% în comparație cu absența sistemului de nanofiltrare. Mai mult, reducerea carbonului organic dizolvat biodegradabil (BCOD) a îmbunătățit stabilitatea biologică a apei produse.

Tehnologia de nanofiltrare poate elimina majoritatea ionilor, cum ar fi calciul și magneziul, făcând desalinizarea aplicației cele mai utilizate pe scară largă. Tehnologia de tratare a apei cu membrană este similară cu procesele convenționale de înmuiere a varului și schimb de ioni în ceea ce privește investițiile, operarea, întreținerea și prețul, dar oferă avantaje precum nămolul - funcționare gratuită, nu este necesară regenerarea, eliminarea completă a solidelor suspendate și materia organică, ușurința funcționării și cerințele spațiale reduse, ceea ce duce la numeroase aplicații. Nanofiltrarea poate fi utilizată direct pentru a înmuia apele subterane, apa de suprafață și apele uzate și poate fi, de asemenea, utilizat ca pretratare pentru osmoză inversă (RO), sistem de desalinizare alimentată fotovoltaică etc.

2. Aplicarea membranei nanofiltrației în desalinizarea apei de mare

Desalinizarea apei de mare se referă la desalinizarea apei de mare cu un conținut de sare de 35.000 mg/L la apă potabilă sub 500 mg/L.

3. Aplicarea membranei de nanofiltrare în tratarea apelor uzate

(1) Canalizare internă

Canalizarea internă este tratată în general printr -o combinație de biodegradare și oxidare chimică, dar cantitatea de oxidant utilizat este prea mare și există multe reziduuri. Xue Gang și colab. a utilizat o combinație de micro - filtrare cu bilă de floculare, ultrafiltrare și nanofiltrare pentru a efectua un mic test de scară - pe apele uzate de scăldat la hotel. Calitatea apei a efluentului de ultrafiltrare poate îndeplini cerințele de apă pentru reutilizarea în spălarea toaletei hoteliere, ecologizarea și alte legături, iar calitatea apei a efluentului de nanofiltrare poate îndeplini standardele sanitare pentru apa potabilă internă (GB5749.85) și poate fi reutilizată în spălătorie hoteliere, baie și alte legături cu cerințe de apă mai mari.

(2) Apele uzate textile și imprimarea și vopsirea

Coloranții conținuți în apele uzate textile sunt dificil de îndepărtat prin metode biologice. Hassani a studiat efectele concentrației, presiunii, solidelor totale dizolvate și conținutului de sare anorganic de soluții apoase acidice, active, directe și dispersate pe performanța de retenție a membranelor de nanofiltrare.

(3) bronzarea apelor uzate

Apele uzate de tabă conține concentrații mari de materie organică, sulfat și clorură. Conductivitatea apelor uzate în procesul de decapare ajunge la 75ms/cm. BES - PIA folosește tehnologia NF pentru a recicla apele uzate de bronzare. Concentratul de sulfat de concentrare ridicat -} este returnat în secțiunea de murături, în timp ce clorura - care conține apă este returnată la tamburul de fisurare.

(4) Electroplarea apelor uzate

Plantele de electroplație produc adesea o cantitate mare de ape uzate. În ciuda utilizării etapelor complexe de tratament, cum ar fi acidificarea, detoxifierea chimică, sedimentarea și separarea nămolului, apa produsă are un conținut ridicat de sare și nu poate fi reutilizată.

(5) apele uzate de hârtie

În industria pulpei și hârtiei, procesele precum omogenizarea, albirea și prepararea de hârtie necesită o cantitate mare de apă. Realizarea A (Semi -) Sistemul de apă închis este cel mai bun mod pentru ca fabricile de pulpă și hârtie de a conserva apa și de a reduce emisiile. Apa produsă de procesele tradiționale de nămol activate conține încă unii compuși colorați, microorganisme, anticorpi, o cantitate mică de substanțe biodegradabile și solide suspendate, ceea ce o face adecvată doar pentru ambalarea producției de hârtie și nu pentru producerea de hârtie de grad mai mare -. Mai mult, acest proces nu poate reduce conținutul de săruri anorganice. Koyuncu a comparat practicitatea a două procese de tratament: apă → nanofiltrare și apă uzată de hârtie → nămol activat → nanofiltrare. Experimentele au arătat că, în timp ce calitatea efluenților a celor două metode a fost similară, a doua metodă a produs un flux mai mare, ceea ce face ca efluentul să fie potrivit pentru utilizare în hârtie ridicată -. Cu toate acestea, efluentul de nanofiltrare conține încă o anumită cantitate de săruri monovalente, necesitând adăugarea unei unități de osmoză inversă cu presiune scăzută - pentru a elimina aceste săruri pentru a asigura calitatea apei care circulă.

Dializa (D) este procesul prin care soluțiile sunt transportate din amonte la aval de o membrană sub influența gradientului lor de concentrare.

Dializa a fost prima tehnologie de separare a membranei descoperite și studiate. Cu toate acestea, din cauza limitărilor inerente ale sistemului, procesul de dializă este lent, ineficient și nu are selectivitate. Prin urmare, dializa este utilizată în primul rând pentru a elimina componentele de greutate -} - din soluții care conțin mai multe soluții. De exemplu, în hemodializă, o membrană de dializă înlocuiește rinichiul pentru a elimina componentele toxice scăzute - moleculare - componente de greutate, cum ar fi uree, creatinină, fosfat și acid uric, atenuarea simptomelor pacienților cu insuficiență renală și uremie.

Electrodializa (ED) utilizează selectivitatea membranelor de schimb de ioni pentru anioni și cationi într -o soluție sub influența unui câmp electric de curent direct, folosind o diferență de potențial ca forță motrice, pentru a separa electroliții de soluție. Acest lucru permite concentrarea, desalinizarea, rafinarea și purificarea soluțiilor.

Introducere în membranele bipolare

O membrană bipolară (BPM) este o membrană nouă, de obicei o membrană de schimb de ioni compuși compuse dintr -un strat de schimb de anioni și un strat de schimb de cationi. În mod alternativ, se poate adăuga un al treilea strat între straturile de schimb de anion și cation pentru a promova disocierea apei, rezultând o structură de trei -} constând dintr -un strat de schimb de anion, un strat de schimb de cationi și un strat de reacție intermediar. Sub acțiunea unui câmp electric DC, membrana bipolară disociază apa, generând H+ și OH - pe membranele cationului și, respectiv, anion.

1. Tratamentul fluorului - care conține ape uzate și recuperarea fluorului valoros

În industriile fluorocarbon și uraniu (UF6), gazele reziduale și apele uzate conțin fluor și acizi organici la fracții în masă de 50 până la 500 × 10 - 6. Neutralizarea cu hidroxid de potasiu (KOH) este de obicei necesară pentru îndepărtarea completă. Soluția KF rezultată conține numeroase metale grele (cum ar fi uraniu și arsenic) și urme de substanțe radioactive. CA (OH) 2 trebuie să reacționeze cu KF pentru a regenera KOH și pentru a produce deșeuri insolubile. Această metodă are ca rezultat pierderea fluorului valoros și îi lasă pe utilizatori cu problema modului de a elimina deșeurile radioactive CA (OH) 2. Folosind tehnologia de electrodializă cu membrană bipolară, KF poate fi transformată direct în HF și KOH, nu numai că recuperează fluor de mare valoare, ci și evitând utilizarea varului și reducerea cantității de reziduuri de deșeuri care trebuie manipulate.

2. Membrane bipolare pentru purificarea și recuperarea acidului și a apelor uzate alcaline

Producția industrială generează o cantitate mare de ape uzate de acid și alcalin, cum ar fi regenerarea de rășină a rășinii ionice de regenerare a apelor uzate, a apelor uzate de murături, plumb - apă uzată a bateriei acide și apele uzate ale morii de hârtie. Pentru a reduce poluarea mediului, acești ape uzate trebuie să fie supuse unui tratament necesar înainte de externare, dar acest proces de tratament este complex și costisitor. Electrodializa cu membrană bipolară oferă o soluție eficientă pentru tratarea acestor ape uzate. În 1986, țara mea a instalat un sistem combinat de electrodializă și schimb de ioni la uzina de imprimare Zhejiang Post și Telecommunications pentru a trata cuprul - care conține ape uzate. Apa uzată tratată conținea 100 mg/L de cupru și aveau un pH de 6-7, respectând standardele de descărcare de gestiune.

3. Tratamentul de canalizare internă

Canalizarea internă este de obicei tratată folosind o combinație de biodegradare și oxidare chimică, dar acest lucru duce adesea la doze și reziduuri mari de oxidant. Adăugarea unei etape de nanofiltrare între aceste două procese permite molecule mici (greutate moleculară relativă<100) that can be degraded by microorganisms to pass through, while retaining larger molecules (relative molecular weight >100) care nu poate. Moleculele mari sunt tratate într -un oxidant chimic înainte de a suferi biodegradare. Acest lucru folosește pe deplin biodegradabilitatea, conservă consumul de carbon oxidant și activat și reduce nivelul final al reziduurilor.

4. Purificarea apei potabile

Odată cu creșterea poluării apei, oamenii sunt din ce în ce mai preocupați de calitatea apei potabile. Experimentele au arătat că nanofiltrarea membranei bipolare poate elimina produsele secundare ușor toxice generate în timpul dezinfectării, urme de erbicide, pesticide, metale grele, materie organică naturală, duritate, sulfați și nitrați. De asemenea, oferă avantaje, cum ar fi calitatea apei tratate înalte și stabile, utilizarea substanțelor chimice scăzute, spațiul minim al pardoselii, economiile de energie și ușurința de gestionare și întreținere.

5. Tratamentul metalelor grele - care conține ape uzate

Electroplarea și producția de aliaje necesită adesea volume mari de apă pentru înroșire. Această apă de clătire conține concentrații mari de metale grele, cum ar fi nichel, fier, cupru și zinc. Pentru a se asigura că aceste metale grele - care conțin apele uzate îndeplinesc cerințele de descărcare, abordarea tipică este de a le trata prin eliminarea lor prin precipitații de hidroxid. Utilizarea tehnologiei membranei nanofiltration nu numai că recuperează peste 90% din apele uzate, purificând -o, dar concentrează și conținutul de ioni de metal greoi de zece ori, ceea ce face ca metalele grele concentrate să fie valoroase pentru reciclare.

6. Industria alimentară Tratamentul apelor uzate

N - P Membranele de nanofiltrare bipolară compusă au un efect de separare puternic asupra sărurilor monovalente și divalente, reducând semnificativ conținutul de COD în apele uzate și în îndeplinirea standardelor de mediu.

7. Perspective viitoare pentru membranele bipolare

Ca un nou tip de membrană, membranele bipolare, cu avantajele lor unice, oferă multe idei și soluții noi pentru a aborda Long - provocări tehnice în curs de dezvoltare în inginerie de mediu. Continuând dezvoltarea membranelor bipolare -} performanță, îmbunătățind procesele de preparare a membranei, reducerea costurilor de producție a membranei, efectuând în cercetarea mecanismului - profunzime, studiind mecanismele de migrare ionică și transfer de apă în membrane și de preparare ridicate și prelungirea zonelor de aplicare a aplicațiilor de performanță Bipolar materiale membrane și pregătire și preparare și prelungiri de aplicare a aplicațiilor de performanță Bipolar materiale membrane și pregătire de pregătire și preparare a aplicării de performanță a materialelor de membrane bipolare și preparare și prelungiri de aplicare a aplicațiilor de performanță Bipolar materiale membrane bipolare și pregătire și preparare și prelunirea aplicării aplicării. Far - atingând semnificație.