Kuue membraanitehnoloogia rakenduste kokkuvõte vee töötlemisel

Membraani töötlemine viitab üldiselt membraanide eraldamise tehnoloogiale - meetodile, mis on loodud erinevate komponentide sisaldavate segaproovide eraldamiseks, mis põhinevad bioloogiliste membraanide selektiivse läbilaskvuse põhimõttel. Eraldamisel kasutatavad membraanid on kõrged - molekulaarsed - kaalupolümeerid, mis on kujundatud ja sünteesitud vastavalt konkreetsele rakendusele, ja eraldatav segaproov võib olla vedel või gaas.

Edasise osmoosi (FO) põhimõte

Poolmurutav membraan, läbilaskv ainult lahustile, kuid mitte lahustunud ainele, eraldab lahusti ja lahuse. Osmootse rõhu mõjul läbivad lahusti molekulid spontaanselt membraani lahusti küljelt lahuse küljele. See on osmoosi nähtus, mida tuntakse ka kui "edasist osmoosi".

1. merevee magestamine

FO rakendus merevee magestamisel on üks ulatuslikumalt uuritud valdkondi. Varaseid rakendusuuringuid leiti peamiselt vähestes patentides, kuid need uuringud olid suuresti ebaküpsed ja neil puudus kõrge teostatavus.

2. tööstusreoveepuhastus

Varased uuringud teatasid FO -membraanide kasutamisest madala - raskmetalli ravivee raviks. Kuid kasutatud RO (pöördosmoosi) membraanide tõsise saastumise ja voo kiire languse tõttu ei uuritud seda uurimistööd veelgi.

3. nõrgvee ravi

USA-s Oregonis Corvallis asuv kirstu Butte prügila toodab aastas (2-4) × 104 m3. Veekvaliteedi standardite täitmiseks tuleb heitvee TD -sid vähendada alla 100 mg/L.

Pöördosmoosi (RO) põhimõte

Pöördosmoos on rõhk - ajendatud membraani eraldamise protsess. Vastupidise osmootse rõhu tekitamiseks avaldab veepump rõhku soolalahusele või reoveele, ületades loodusliku osmootse rõhu ja membraaniresistentsuse. See rõhk võimaldab vett läbi membraani, samas kui vees olevad lahustunud soolad ja saasteained on teisel küljel lõksus.

1. Ühised rakendused veepuhastuses

Vesi on oluline materiaalne nõue inimeste ellujäämiseks ja tootmiseks. Mageveeressursside kasvava nappuse tõttu on kogu maailmas pöördunud osmoosi veepuhastusjaamade maht ulatunud miljonite tonnideni päevas.

2. Taotlus munitsipaalreovees

Praegu on märkimisväärselt tähelepanu pööratud pöördosmoosi membraanide rakendamine munitsipaalreovee täiustatud töötlemisel, eriti sekundaarse heitvee ja reoveepuhastide taastatud vee taaskasutamisel.

3. rakendamine raskemetalli reovee puhastamisel

Raskemetallide sisaldavate reovee tavapärased puhastusmeetodid on lihtsalt saasteülekande meetodid, muutes reovee lahustunud raskmetallid sademeteks või hõlpsamini käsitsetavateks vormideks. Lõplik kõrvaldamine on sageli prügila, kuid põhjavee ja pinnavee raskmetallide põhjustatud sekundaarne saaste jääb pikaks - termini ohuks.

4. Rakendus õlises reovees

Õline reovesi on suur ja laialt levinud tööstuslik reovesi. Kui see viidi otse veekogudesse, moodustab see pinnale õlikile, mis takistab hapniku lahustumist, põhjustades hapniku kahanemist, biolagunemist, ebameeldivaid lõhnu ja tõsist ökoloogilist reostust. Naftavälja tekitas vett õlisisaldusega 3,5 mg/L ja kogu orgaanilise süsiniku (TOC) sisaldus 16–23 mg/L töödeldakse katlaga veekvaliteedi järgi ning töödeldud vett kasutatakse seejärel uuesti katla söödaveena elektrijaamades.

Ultrafiltratsiooni (UF) ja mikrofiltratsiooni (MF) põhiprintsiip

Ultrafiltratsioon ja mikrofiltratsioon eraldavad mõlemad vedelad faasid staatilise rõhu erinevuse mõjul. Põhimõtteliselt pole olulist erinevust; Mõlemad on sõelad - põhinevad eraldusprotsessid. Teatud rõhu all, kui segatud lahendus, mis sisaldab kõrget - molekulaarset - kaal ja madal - molecular - kaal lahustab läbi membraani, lahusti ja madala- {- soolarate voolab läbi membraani, mis on väiksem kui MEMSIIC (sellised), mis on väiksemad). Pervige membraani ja neid kogutakse kui permeaat. Kõrge - molekulaarne - Kaal lahustub suuremad kui membraani poorid (näiteks orgaanilised kolloidid) säilitatakse membraani abil ja taastatakse kontsentraadina. Membraani eraldamisprotsesse, mis võivad säilitada molekule molekulmassiga vahemikus 500 kuni 10⁶, nimetatakse ultrafiltratsiooniks; Membraani eraldamisprotsesse, mis suudavad säilitada ainult suuremaid molekule (mida sageli nimetatakse hajutatud osakesteks), nimetatakse mikrofiltreerimiseks.

Ultrafiltratsiooni ja mikrofiltratsioonimembraanide rakendused

Ultrafiltrimise ja mikrofiltreerimistehnoloogiad võivad tõhusalt eemaldada tahkete osakeste aineid, sealhulgas mikroorganisme nagu krüptosporidium ja Giardia, bakterid ja viirused. Desinfitseerimise kõrvalsaadusi saab ka vähendada, vähendades desinfitseerimise kõrvalsaaduste eelkäijaid ja piirates desinfitseerimisprotsessis vajalike oksüdeerijate hulka. Orgaaniliste ainete eemaldamise määr on aga väga madal, ainult alla 20%. Ultrafiltrimisel ja mikrofiltreerimisel on lai valik rakendusi ja neid saab kohandada erinevate veeomaduste raviks.

Nanofiltratsioon (NF) membraanitehnoloogia

Nanofiltratsioon (NF) põhimõte

Nanofiltratsioon (NF) on uus molekulaarne - skaala membraanide eraldamise tehnoloogia ja kuum teema membraanide eraldamise uurimisel kogu maailmas. NF-membraanidel on pooride suurus üle 1 nm, tavaliselt 1-2 nm. Nende lahustunud retentsioonitulemused on RO ja UF membraanide vahel. RO -membraanidel on peaaegu kõigi lahustunud ainete eemaldamise määr kõrge, samas kui NF -membraanidel on ainult konkreetsete lahustunud ainete kõrge eemaldamiskiirus. NF -membraanid võivad eemaldada kahevalentsed ja kolmevalentsed ioonid, orgaanilised ained, mille Mn on suurem või võrdne nii 200, samuti mikroorganismid, kolloidid, soojaallikad ja viirused. Nanofiltratsioonimembraanide peamine omadus on nende loomupärane laeng. See on nende kõrge magestamise jõudluse peamine põhjus väga madala rõhu korral (nii madal kui 0,5 MPa) ja nende võime eemaldada anorgaanilisi soolasid isegi mitmesaja molekulmassiga. See on ka NF madalate tegevuskulude võtmetegur. NF sobib mitmesuguste soolaste veeallikate jaoks, veekasutuse määr ulatub üldiselt 75–85% ja merevee magestamise korral 30–50%. Puudub happeline ega aluseline reovee väljutamine.

1. nanofiltratsioonimembraanide kasutamine joogivees

Nanofiltratsioon, millel on madal töörõhk, on joogivee valmistamise ja sügava puhastamise eelistatud protsess.

Praegu on enamikul linnaveeallikatest saastunud erineval määral ja tavapärastel veetöötlemisprotsessidel veetöödel on orgaaniliste ainete jaoks madal eemaldamise määr. Kloori desinfitseerimine reageerib omakorda vees orgaaniliste ainetega, moodustades halogeenitud järelproduktid. Nelja - aasta järgige - UP UP UPPELTIER jt. näitas, et nanofiltreerimissüsteemi kasutamine vähendas DOC taset vees keskmiselt 0,7 mgc/L ja heitvee jääksisaldus langes 0,35 mg/l -ni 0,1 mg/l. Lõppkokkuvõttes vähenes võrgus trihalometaanide (THM) moodustumine 50% võrreldes nanofiltratsioonisüsteemi puudumisega. Lisaks parandas biolaguneva lahustunud orgaanilise süsiniku (BCOD) vähenemine toodetud vee bioloogilist stabiilsust.

Nanofiltreerimistehnoloogia saab eemaldada enamiku ioone, näiteks kaltsiumi ja magneesiumi, muutes magestamise selle kõige laialdasemalt kasutatavaks kasutamiseks. Membraanveepuhastitehnoloogia sarnaneb tavapäraste lubja pehmendamise ja ioonivahetusprotsessidega investeeringute, käitamise, hoolduse ja hinna osas, kuid pakub eeliseid, näiteks muda - tasuta operatsioon, pole vaja regenereerimist, peatatud tahkete ainete täielikku eemaldamist ja orgaanilisi aineid, töö lihtsust ja vähenenud kosmosenõudeid, mis põhjustavad arvukaid rakendusi. Nanofiltreerimist saab kasutada otse põhjavee, pinnavee ja reovee pehmendamiseks ning seda saab kasutada ka tagurpidi osmoosi (RO), fotogalvaanilise võimsusega magestamissüsteemi jms eeltöötluseks.

2. nanofiltratsioonimembraani rakendamine merevee magestamisel

Merevee magestamine viitab merevee magestamisele soolasisaldusega 35 000 mg/L joogivee alla 500 mg/l.

3. nanofiltratsioonimembraani rakendamine reoveepuhastuses

(1) Kodumaine kanalisatsioon

Kodumaist kanalisatsiooni töödeldakse tavaliselt biolagunemise ja keemilise oksüdatsiooni kombinatsiooniga, kuid kasutatud oksüdeerimisvõime on liiga suur ja jääke on palju. Xue Gang jt. Kasutas mikro - flokulatsiooni kiudainete kuuli filtreerimise, ultrafiltrimise ja nanofiltratsiooni kombinatsiooni, et viia läbi väike - skaala test hotellis suplemisreovees. Ultrafiltreerimise heitvee veekvaliteet võib vastata hotellide tualettruumi loputamise, rohelise ja muude linkide taaskasutamise veenõuetele ning nanofiltratsiooni heitvee veekvaliteedile võib vastata kodumaise joogivee sanitaarstandarditele (GB5749.85) ning seda saab uuesti kasutada hotellipesu, suplemise ja muude linkidega.

(2) Tekstiil ja printimine ning reovee värvimine

Tekstiilireovees sisalduvaid värvaineid on bioloogiliste meetodite abil raske eemaldada. Hassani uuris happeliste, aktiivsete, otseste, otseste ja hajuvate värvainete vesilahuste kontsentratsiooni, rõhu, täieliku lahustunud tahkete ainete ja anorgaanilise soolasisalduse mõju nanofiltratsioonmembraanide peetumisvõimele.

(3) Plaanireovesi

Partyy reovesi sisaldab suuri orgaaniliste ainete, sulfaadi ja kloriidi kontsentratsioone. Reovee juhtivus marineerimisprotsessis ulatub 75 ms/cm. Bes - Pia kasutab parkimisreovee taaskasutamiseks NF -tehnoloogiat. Kõrge - kontsentratsioonsulfaadi kontsentraat tagastatakse marineerimisosale, samal ajal kui kloriid -, mis sisaldavad vett, tagastatakse pragunevasse trumli.

(4) reovesi elektroplaadimine

Elektroplatsiooni taimed toodavad sageli suures koguses reovett. Vaatamata keerukate töötlemisetappide kasutamisele nagu hapestamine, keemiline võõrutus, sette ja muda eraldamine, on toodetud vesi kõrge soolasisaldus ja seda ei saa uuesti kasutada.

(5) paberitootmine reovesi

Tselluloosi- ja paberitööstuses nõuavad sellised protsessid nagu homogeniseerimine, pleegitamine ja paberitooted suurel hulgal vett. A (pool-) suletud veesüsteemi saavutamine on parim viis paberimassi ja paberivabrikute jaoks vee säästmiseks ja heitkoguste vähendamiseks. Traditsiooniliste aktiveeritud mudaprotsesside toodetud vesi sisaldab endiselt mõnda värvilist ühendit, mikroorganisme, antikehi, väikest kogust biolagunevaid aineid ja riputatud tahkeid aineid, muutes selle sobivaks ainult paberi tootmiseks, mitte kõrgema -} paberi tootmiseks. Lisaks ei saa see protsess vähendada anorgaaniliste soolade sisu. Koyuncu võrdles kahe töötlemisprotsessi praktilisust: vesi → nanofiltratsioon ja paberivee reovesi → aktiveeritud muda → nanofiltratsioon. Katsed näitasid, et kuigi kahe meetodi heitveekvaliteet oli sarnane, andis teine ​​meetod suurema voo, muutes heitvee sobivaks kasutamiseks kõrgel - klassi paberil. Nanofiltratsiooni heitvett sisaldab siiski teatud koguses monovalentseid soolasid, mis nõuavad madala -} tagurpidi osmoosiüksuse lisamist, et need soolad eemaldada, et tagada ringleva vee kvaliteet.

Dialüüs (D) on protsess, mille käigus lahustunud ained transporditakse membraanist ülesvoolu allavoolu nende kontsentratsiooni gradiendi mõjul.

Dialüüs oli esimene avastatud ja uuritud membraanide eraldamistehnoloogia. Süsteemi olemuslike piirangute tõttu on dialüüsiprotsess siiski aeglane, ebaefektiivne ja sellel puudub selektiivsus. Seetõttu kasutatakse dialüüsi peamiselt madala - molekulaarse - kaalukomponentide eemaldamiseks lahustitest, mis sisaldavad mitut lahustit. Näiteks hemodialüüsis asendab dialüüsimembraan neeru toksilise madala - molekulaarse - kaalukomponentide, nagu karbamiini, kreatiniini, fosfaadi ja kusihappe, eemaldamiseks, leevendades patsientide sümptomeid neerupuudulikkusega ja neerupuudega.

Elektrodialüüs (ED) kasutab anioonide ja katioonide jaoks ioonivahetusmembraanide selektiivsust, mis sisaldavad lahuses alalisvoolu elektrivälja mõjul, kasutades potentsiaalset erinevust liikumapaneva jõuna, et eraldada elektrolüüdid lahusest. See võimaldab lahenduste koondumist, magestamist, viimistlemist ja puhastamist.

Sissejuhatus bipolaarsetesse membraanidesse

Bipolaarne membraan (BPM) on uudne membraan, tavaliselt komposiit -ioonvahetuse membraan, mis koosneb anioonvahetuse kihist ja katioonivahetuse kihist. Teise võimalusena saab vee dissotsiatsiooni soodustamiseks lisada anioonide ja katioonivahetuskihtide vahele kolmanda kihi, mille tulemuseks on kolm - kihi struktuuri, mis koosneb anioonvahetuse kihist, katioonivahetuse kihist ja vahelise reaktsiooni kihist. DC elektrivälja toimimisel dissotsieerub bipolaarne membraan vett, genereerides vastavalt katiooni- ja anioonmembraanidel H+ ja OH-.

1. fluori töötlemine -, mis sisaldab reovett ja väärtusliku fluori taastamist

Fluorosüsiniku ja uraanites (UF6) tööstuses sisaldavad heitgaas ja reovee fluori ja orgaanilised happed massifraktsioonides 50 kuni 500 × 10 - 6. Neutraliseerimine kaaliumhüdroksiidiga (KOH) on tavaliselt vajalik täielikuks eemaldamiseks. Saadud KF -lahus sisaldab arvukalt raskmetalle (näiteks uraani ja arseeni) ja radioaktiivsete ainete jälgi. CA (OH) 2 tuleb KF -ga reageerida, et KOH taastada ja lahustumatute jäätmete saamiseks. Selle meetodi tulemuseks on väärtusliku fluori kaotamine ja jätab kasutajatele probleemi, kuidas radioaktiivseid CA (OH) 2 jäätmeid kõrvaldada. Kasutades bipolaarset membraanielektrodialüüsi tehnoloogiat, saab KF-i muuta otse HF ja KOH-ks, mitte ainult suure väärtusega fluori, vaid vältides ka lubja kasutamist ja vähendades käsitatavate jäätmete kogust.

2. bipolaarsed membraanid happe- ja aluseliste reovee puhastamiseks ja taastumiseks

Tööstuslik toodangu toodab suures koguses happe- ja aluselist reovett, näiteks ioonivahetuse vaigu taastamine reovesi, reovesi, plii - happe aku reovesi ja paberivabrik reovesi. Keskkonnareostuse vähendamiseks peavad need reoveed läbima vajaliku ravi enne väljutamist, kuid see raviprotsess on keeruline ja kulukas. Bipolaarne membraanielektrodialüüs pakub tõhusat lahendust nende reovee töötlemiseks. 1986. aastal paigaldas minu riik Zhejiangi postitusse ja telekommunikatsioonide trükitehasesse kombineeritud elektdialüüsi ja ioonivahetussüsteemi vase - raviks reovett sisaldavaks. Töödeldud reovesi sisaldas 100 mg/l vaske ja pH oli 6-7, mis vastab tühjendusstandarditele.

3. kodumaine kanalisatsiooniravi

Kodumaist kanalisatsiooni töödeldakse tavaliselt biolagunemise ja keemilise oksüdatsiooni kombinatsiooni abil, kuid see põhjustab sageli kõrgeid oksüdeerimisjuhte ja jääke. Nanofiltratsiooni etapi lisamine nende kahe protsessi vahel võimaldab väikeseid molekule (suhteline molekulmass<100) that can be degraded by microorganisms to pass through, while retaining larger molecules (relative molecular weight >100) seda ei saa. Enne biolagunemist töödeldakse suuri molekule keemilises oksüdeerijas. See kasutab täielikult biolagunevust, säästab oksüdeerimist ja aktiveeritud süsiniku kasutamist ning vähendab lõplikku jääkide taset.

4. joogivee puhastamine

Veereostuse suurenemisega on inimesed üha enam mures veekvaliteedi joogikvaliteedi pärast. Katsed on näidanud, et bipolaarne membraani nanofiltratsioon võib eemaldada desinfitseerimise ajal tekitatud pisut mürgiseid kõrvalsaadusi, herbitsiidide, pestitsiidide, raskemetallide, looduslike orgaaniliste ainete, kareduse, sulfaatide ja nitraatide mikrokoguseid. See pakub ka eeliseid, nagu kõrge ja stabiilne töödeldud vee kvaliteet, madal keemiline kasutamine, minimaalne põrandapind, energiasääst ning juhtimis- ja hooldusmurstikud.

5. raskemetalli töötlemine -, mis sisaldab reovett

Elektroplaanimine ja sulami tootmine vajavad loputamiseks sageli suuri mahtusid. See loputusvesi sisaldab raskmetallide, näiteks nikli, raua, vase ja tsingi kõrgeid kontsentratsioone. Tagamaks, et need raskemetallid -, mis sisaldavad reoveti, vastavad tühjendusnõuetele, on tüüpiline lähenemisviis nende töötlemiseks, eemaldades need hüdroksiidi sademete kaudu. Nanofiltratsioonimembraantehnoloogia kasutamine ei taastu mitte ainult üle 90% reoveest, puhastades seda, vaid koondab ka raskemetallide ioonide sisalduse kümme korda, muutes kontsentreeritud raskemetallid ringlussevõtuks väärtuslikuks.

6. Toiduainetööstuse reoveepuhastus

N - p Komposiit bipolaarsed nanofiltratsioonimembraanid mõjutavad tugevalt monovalentseid ja diivalentseid soolasid, vähendades märkimisväärselt COD sisaldust reovees ja vastates keskkonnastandarditele.

7. Bipolaarsete membraanide tulevikuväljavaated

Uut tüüpi membraanina pakuvad bipolaarsed membraanid oma ainulaadsete eelistega palju uusi ideid ja lahendusi, et lahendada pikkade- keskkonnatehnika alalisi tehnilisi väljakutseid. Kõrge - jõudluse bipolaarsete membraanide arendamine, membraani ettevalmistamise protsesside parandamine, membraani tootmiskulude vähendamine, - sügavuse mehhanismi uurimine, ioonide migratsiooni mehhanismide uurimine ja veeülekanded on membraanid, mis on uurinud kõrged - tulemuslikud ja bipolalad. kaugel - saavutades olulisuse.