Resum de les aplicacions de sis tecnologies de membrana en el tractament de l’aigua

El tractament de membranes es refereix generalment a la tecnologia de separació de membranes, un mètode dissenyat per separar mostres mixtes que contenen diferents components basats en el principi de permeabilitat selectiva de les membranes biològiques. Les membranes utilitzades en la separació són altes - molecular - polímers de pes dissenyats i sintetitzats segons l'aplicació específica, i la mostra mixta que es separa pot ser líquida o gas.

El principi d’osmosi endavant (FO)

Una membrana semipermeable, permeable només al dissolvent, però no al solut, separa el dissolvent i la solució. Sota la influència de la pressió osmòtica, les molècules de dissolvent passen espontàniament per la membrana des del costat del dissolvent cap al costat de la solució. Aquest és el fenomen de l’osmosi, també conegut com a "osmosi endavant".

1. Dessalinització de l’aigua de mar

L’aplicació de FO a la dessalinització de l’aigua de mar és una de les zones més investigades. La investigació sobre aplicacions precoç es va trobar principalment en poques patents, però aquests estudis eren en gran mesura immadurs i no tenien una alta viabilitat.

2. Tractament a les aigües residuals industrials

Els primers estudis van reportar l'ús de membranes FO per tractar les aigües residuals de metalls pesants de la concentració baixa {0}. No obstant això, a causa de la forta fallada de les membranes RO (osmosi inversa) utilitzades i la ràpida disminució del flux, aquesta investigació no es va explorar més.

3. Tractament de lixiviats

L’abocador de Coffin Butte a Corvallis, Oregon, EUA, produeix anualment (2-4) × 104 m3 de lixiviació. Per complir els estàndards de qualitat de l’aigua per a l’ús del sòl, els TD dels efluents s’han de reduir a menys de 100 mg/L.

Principi d’osmosi inversa (RO)

L’osmosi inversa és un procés de separació de membrana impulsat per pressió -. Per generar pressió osmòtica inversa, una bomba d’aigua aplica pressió a una solució salina o aigües residuals, superant la pressió osmòtica natural i la resistència a la membrana. Aquesta pressió permet que l’aigua passi per la membrana, mentre que les sals dissoltes i els contaminants a l’aigua queden atrapats a l’altra banda.

1. Aplicacions comunes en el tractament de l’aigua

L’aigua és un requisit material essencial per a la supervivència i la producció humana. A causa de la creixent escassetat de recursos d'aigua dolça, la capacitat de les plantes de tractament d'aigües d'osmosi inversa a tot el món ha arribat a milions de tones al dia.

2. Sol·licitud a les aigües residuals municipals

Actualment, l’aplicació de membranes d’osmosi inversa en el tractament avançat de les aigües residuals municipals, especialment en la reutilització d’efluents secundaris i l’aigua recuperada de les plantes de tractament d’aigües residuals, ha rebut una atenció important.

3. Aplicació en el tractament de les aigües residuals de metalls pesants

Els mètodes de tractament convencionals per a les aigües residuals que contenen ions de metall pesat són merament mètodes de transferència de contaminació, convertint els metalls pesants dissolts en les aigües residuals en precipitats o formes més fàcilment gestionades. L’eliminació final és sovint l’abocador, però la contaminació secundària causada per metalls pesants a les aigües subterrànies i les aigües superficials segueix sent una llarga amenaça de terme -.

4. Sol·licitud a les aigües residuals olioses

Les aigües residuals olioses són unes aigües residuals industrials grans i generalitzades. Si es descarrega directament als cossos d'aigua, forma una pel·lícula d'oli a la superfície que dificulta la dissolució d'oxigen, provocant l'esgotament d'oxigen, la biodegradació, les olors de falta i la contaminació ecològica greu. El camp de petroli va produir aigua amb un contingut d’oli de 3,5 mg/L i un contingut total de carboni orgànic (TOC) de 16-23 mg/L es tracta a la qualitat de l’aigua de la caldera, i l’aigua tractada es reutilitza com a aigua d’alimentació de la caldera a les centrals.

Principis bàsics d’ultrafiltració (UF) i microfiltració (MF)

Ultrafiltració i microfiltració separen les fases líquides sota la influència d’un diferencial de pressió estàtica. En principi, no hi ha cap diferència essencial; Tots dos són processos de separació basats en tamisos -. Sota una determinada pressió, quan una solució mixta que conté - molecular - pes i baix - molecular - flueix Les sals) penetren la membrana i es recullen com a permeat. High - molecular - Soluts de pes més grans que els porus de la membrana (com els col·loides orgànics) són conservats per la membrana i es recuperen com a concentrat. Els processos de separació de membranes que poden retenir molècules amb un pes molecular entre 500 i 10⁶ s’anomenen ultrafiltració; Els processos de separació de membranes que només poden retenir molècules més grans (sovint conegudes com a partícules disperses) s’anomenen microfiltració.

Aplicacions de membranes d’ultrafiltració i microfiltració

Les tecnologies d’ultrafiltració i microfiltració poden eliminar eficaçment la matèria de partícules, inclosos microorganismes com Cryptosporidium i Giardia, bacteris i virus. Els subproductes de desinfecció també es poden reduir reduint la concentració de precursors de subproductes de desinfecció i limitant la quantitat d’oxidants requerits durant el procés de desinfecció. Tanmateix, la taxa d’eliminació de la matèria orgànica a l’aigua és molt baixa, només per sota del 20%. La ultrafiltració i la microfiltració tenen una àmplia gamma d’aplicacions i es poden adaptar per tractar diferents qualitats d’aigua.

Nanofiltració (NF) Tecnologia de membrana

Principi de nanofiltració (NF)

Nanofiltració (NF) és una nova tecnologia de separació de membranes a escala molecular - i un tema candent en la investigació de separació de membranes a tot el món. Les membranes NF tenen mides de porus superiors a 1 nm, normalment 1-2 nm. El seu rendiment de retenció de soluts es troba entre el de les membranes Ro i UF. Les membranes RO tenen altes taxes d’eliminació per a gairebé tots els soluts, mentre que les membranes NF només tenen taxes d’eliminació elevades per a soluts específics. Les membranes NF poden eliminar ions divalents i trivalents, matèria orgànica amb una MN superior o igual a 200, així com microorganismes, col·loides, fonts de calor i virus. Una de les característiques clau de les membranes de nanofiltració és el seu càrrec inherent. Aquest és un motiu clau per al seu alt rendiment de dessalinització a pressions molt baixes (fins a 0,5 MPa) i la seva capacitat per eliminar sals inorgàniques fins i tot a retalls de pes molecular de diversos centenars. Aquest és també un factor clau en els baixos costos operatius de NF. La NF és adequada per a diverses fonts d’aigua salada, amb taxes d’ús d’aigua generalment arribant al 75% al ​​85% i del 30% al 50% per a la dessalinització d’aigua de mar. No hi ha cap descàrrega d’aigües residuals àcides o alcalines.

1. Aplicació de membranes de nanofiltració a l’aigua potable

La nanofiltració, amb la seva baixa pressió de funcionament, és el procés preferit per a la preparació d’aigua potable i la purificació profunda.

Actualment, la majoria de les fonts d’aigua urbanes estan contaminades en diferents graus i els processos convencionals de tractament d’aigües a les aigües tenen taxes baixes d’eliminació de matèria orgànica. La desinfecció del clor, al seu torn, reacciona amb la matèria orgànica a l’aigua per formar subproductes halogenats. Un any - segueix - estudi UP de Peltier et al. va demostrar que l’ús d’un sistema de nanofiltració reduïa els nivells de DOC a l’aigua fins a una mitjana de 0,7 mgc/L, i el contingut residual de clor a l’efluent va baixar de 0,35 mg/L a 0,1 mg/L. En última instància, la formació de trihalometanes (THMS) a la xarxa es va reduir un 50% en comparació amb l’absència del sistema de nanofiltració. A més, la reducció del carboni orgànic dissolt biodegradable (BCOD) va millorar l'estabilitat biològica de l'aigua produïda.

La tecnologia de nanofiltració pot eliminar la majoria d’ions com el calci i el magnesi, cosa que fa de la dessalinització la seva aplicació més àmpliament utilitzada. La tecnologia de tractament de l’aigua de membrana és similar als processos convencionals de suavització de calç i d’intercanvi d’ions en termes d’inversió, operació, manteniment i preu, però ofereix avantatges com els fangs - Funcionament lliure, no es requereix regeneració, eliminació completa de sòlids i matèria orgànica en suspensió, facilitat de funcionament i requeriments d’espai reduïts, donant a nombroses aplicacions. La nanofiltració es pot utilitzar directament per suavitzar les aigües subterrànies, les aigües superficials i les aigües residuals, i també es pot utilitzar com a pretractament per a l’osmosi inversa (RO), el sistema de dessalinització de potència fotovoltaica, etc.

2. Aplicació de la membrana de nanofiltració a la dessalinització de l'aigua de mar

La dessalinització de l’aigua de mar fa referència a la dessalinització de l’aigua de mar amb un contingut de sal de 35.000 mg/L a aigua potable per sota de 500 mg/L.

3. Aplicació de la membrana de nanofiltració en el tractament d’aigües residuals

(1) aigües residuals domèstiques

Les aigües residuals domèstiques es tracten generalment per una combinació de biodegradació i oxidació química, però la quantitat d’oxidant que s’utilitza és massa gran i hi ha molts residus. Xue Gang et al. Va utilitzar una combinació de micro - filtració de boles de fibra de flocculació, ultrafiltració i nanofiltració per realitzar una petita prova a escala - a les aigües residuals de bany hoteler. La qualitat de l’aigua de l’efluent d’ultrafiltració pot satisfer els requisits d’aigua per a la reutilització del lavabo hoteler, el verd i altres enllaços, i la qualitat de l’aigua de l’efluent de nanofiltració pot satisfer els estàndards sanitaris per a aigua potable domèstica (GB5749.85), i es pot tornar a reutilitzar en bugaderia hotelera, banyar -se i altres enllaços amb aigua més elevada.

(2) aigües residuals tèxtils i d'impressió i tenyiment

Els colorants continguts a les aigües residuals tèxtils són difícils d’eliminar per mètodes biològics. Hassani va estudiar els efectes de la concentració, la pressió, els sòlids dissolts totals i el contingut de sal inorgànica de solucions aquoses àcides, actives, directes i disperses sobre el rendiment de retenció de les membranes de nanofiltració.

(3) aigües residuals d'adobament

Les aigües residuals de tanneria contenen altes concentracions de matèria orgànica, sulfat i clorur. La conductivitat de les aigües residuals en el procés d'escabetx arriba a 75ms/cm. BES - Pia utilitza la tecnologia NF per reciclar les aigües residuals de bronzejat. El concentrat de sulfat de concentració alta - es retorna a la secció d'escabetx, mentre que el clorur - que conté aigua es torna al tambor.

(4) aigües residuals electroplegables

Les plantes electroplegadores sovint produeixen una gran quantitat d’aigües residuals. Malgrat l’ús de passos de tractament complexos com l’acidificació, la desintoxicació química, la sedimentació i la separació de fangs, l’aigua produïda té un alt contingut en sal i no es pot reutilitzar.

(5) aigües residuals de paper

A la indústria de la polpa i el paper, processos com l’homogeneïtzació, el blanqueig i la paperera requereixen una gran quantitat d’aigua. Assolir un sistema d’aigua tancat (semi -) és la millor manera perquè les fàbriques de polpa i de paper conservin aigua i redueixin les emissions. L’aigua produïda per processos de fangs activats tradicionals encara conté alguns compostos de colors, microorganismes, anticossos, una petita quantitat de substàncies biodegradables i sòlids en suspensió, cosa que el fa adequat només per a la producció de paper envasat i no per a la producció de paper de grau més elevat -. A més, aquest procés no pot reduir el contingut de sals inorgàniques. Koyuncu va comparar la pràctica de dos processos de tractament: aigua → nanofiltració i aigües residuals de paper → fangs activats → nanofiltració. Els experiments van demostrar que, mentre que la qualitat dels efluents dels dos mètodes era similar, el segon mètode va produir un flux més elevat, fent que l'efluent sigui adequat per a l'ús en paper de grau alt -. Tot i això, l'efluent de nanofiltració encara conté una certa quantitat de sals monovalents, necessitant l'addició d'una unitat d'osmosi inversa de pressió baixa - per eliminar aquestes sals per assegurar la qualitat de l'aigua circulant.

La diàlisi (d) és el procés pel qual els soluts es transporten des deigües amunt fins aigües avall d’una membrana sota la influència del seu gradient de concentració.

La diàlisi va ser la primera tecnologia de separació de membranes descoberta i estudiada. No obstant això, a causa de les limitacions del sistema inherents, el procés de diàlisi és lent, ineficient i no té selectivitat. Per tant, la diàlisi s’utilitza principalment per eliminar els components de pes baix - molecular - de solucions que contenen diversos soluts. Per exemple, a l’hemodiàlisi, una membrana de diàlisi substitueix el ronyó per eliminar els components de pes baix - molecular - com ara la urea, la creatinina, el fosfat i l’àcid úric, que alleuja els símptomes de pacients amb insuficiència renal i urèmia.

L’electrodialàlisi (ED) utilitza la selectivitat de les membranes d’intercanvi d’ions per a anions i cations en una solució sota la influència d’un camp elèctric de corrent directe, utilitzant una diferència de potencial com a força motriu, per separar els electròlits de la solució. Això permet la concentració, la dessalinització, el perfeccionament i la purificació de solucions.

Introducció a les membranes bipolars

Una membrana bipolar (BPM) és una membrana nova, normalment una membrana d’intercanvi d’ions compostos composta per una capa d’intercanvi d’anions i una capa d’intercanvi de cations. Alternativament, es pot afegir una tercera capa entre les capes d’intercanvi d’anió i catió per promoure la dissociació d’aigua, donant lloc a una estructura de tres - que consisteix en una capa d’intercanvi d’anions, una capa d’intercanvi de cations i una capa de reacció intermèdia. Sota l’acció d’un camp elèctric de corrent continu, la membrana bipolar dissocia l’aigua, generant H+ i OH - sobre les membranes catiòniques i anions, respectivament.

1. Tractament del fluor - que conté aigües residuals i recuperació de fluor valuós

A les indústries de fluorocarbon i urani (UF6), el gas residual i les aigües residuals contenen fluor i àcids orgànics a fraccions de massa de 50 a 500 × 10 - 6. Normalment, la neutralització amb hidròxid de potassi (KOH) és necessària per a l'eliminació completa. La solució KF resultant conté nombrosos metalls pesants (com urani i arsènic) i traces de substàncies radioactives. CA (OH) 2 s’ha de reaccionar amb KF per regenerar el KOH i produir residus insolubles. Aquest mètode produeix la pèrdua de fluor valuós i deixa als usuaris el problema de com disposar dels residus radioactius de Ca (OH) 2. Utilitzant la tecnologia d’electrodiàlisi de membrana bipolar, KF es pot convertir directament en HF i KOH, no només recuperant fluor d’alt valor, sinó que també evita l’ús de calç i reduint la quantitat de residus de residus a gestionar.

2. Membranes bipolars per a la purificació i recuperació d’àcids i aigües residuals alcalines

La producció industrial genera una gran quantitat d’aigües residuals àcides i alcalines, com ara aigües residuals de regeneració de resina d’intercanvi d’ions, aigües residuals de conducta, plom - aigües residuals de bateria àcida i aigües residuals de paper de paper. Per reduir la contaminació ambiental, aquestes aigües residuals han de sotmetre’s a un tractament necessari abans de l’alta, però aquest procés de tractament és complex i costós. L’electrodiàlisi de membrana bipolar proporciona una solució eficaç per tractar aquestes aigües residuals. El 1986, el meu país va instal·lar un sistema combinat d’electrodiàlisi i intercanvi d’ions a la planta d’impressió de Zhejiang Post i Telecommunications per tractar el coure - que conté aigües residuals. Les aigües residuals tractades contenien 100 mg/L de coure i tenien un pH de 6-7, complint els estàndards d’alta.

3. Tractament a les aigües residuals domèstiques

Les aigües residuals domèstiques es tracten normalment mitjançant una combinació de biodegradació i oxidació química, però sovint es tradueix en dosis i residus alts oxidants. Si afegiu un pas de nanofiltració entre aquests dos processos, permet petites molècules (pes molecular relatiu<100) that can be degraded by microorganisms to pass through, while retaining larger molecules (relative molecular weight >100) que no pot. Les molècules grans es tracten en un oxidant químic abans de patir biodegradació. Això utilitza plenament la biodegradabilitat, conserva l’ús oxidant i l’ús de carboni activat i redueix el nivell final de residus.

4 Purificació d’aigua potable

Amb l’augment de la contaminació de l’aigua, la gent es preocupa cada cop més per la qualitat de l’aigua potable. Els experiments han demostrat que la nanofiltració de la membrana bipolar pot eliminar els subproductes lleugerament tòxics generats durant la desinfecció, traces d’herbicides, pesticides, metalls pesants, matèria orgànica natural, duresa, sulfats i nitrats. També ofereix avantatges com ara la qualitat de l’aigua amb alta i estable, un baix ús químic, un espai mínim, un estalvi d’energia i una facilitat de gestió i manteniment.

5. Tractament del metall pesat - que conté aigües residuals

La producció d’electroplicació i aliatge requereix sovint grans volums d’aigua per a la ruptura. Aquesta aigua d’esbandit conté altes concentracions de metalls pesants, com ara níquel, ferro, coure i zinc. Per assegurar -se que aquests metalls pesants - que contenen aigües residuals compleixen els requisits de descàrrega, l’enfocament típic és tractar -los eliminant -los mitjançant precipitació d’hidròxid. L’ús de la tecnologia de membrana de nanofiltració no només es recupera més del 90% de les aigües residuals, purificant -la, sinó que també concentra el contingut d’ions de metall pesat per deu vegades, cosa que fa que els metalls pesants concentrats valuosos per al reciclatge.

6. Tractament de les aigües residuals de la indústria alimentària

N - P Les membranes de nanofiltració bipolar compostos tenen un fort efecte de separació sobre sals monovalents i divalents, reduint significativament el contingut de COD en les aigües residuals i complint els estàndards ambientals.

7. Perspectives futures per a les membranes bipolars

Com a nou tipus de membrana, les membranes bipolars, amb els seus avantatges únics, ofereixen moltes idees i solucions noves per abordar els llargs reptes tècnics de llarg - en enginyeria ambiental. Continuant desenvolupant les membranes bipolars de rendiment altes -, millorant els processos de preparació de la membrana, reduint els costos de producció de membrana, realitzant en {- investigació del mecanisme de profunditat, estudiant els mecanismes de la migració d’ions i la transferència d’aigua a les membranes, estudiar - rendiment de materials bipolar FAR - assolir la importància.