废水纳滤分离中一价盐对有机物截留性能的研究文献综述

 2021-09-25 01:09

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含盐含有机物的废水来源广泛化工,制药,农药,印染等多种行业。其中印染行业产生废水约占整个工业废水的三分之一[1],其水量大,有机污染物量大,色度深,含盐量高等特点增加废水处理难度。在能源危机和资源短缺的当今局势下,如何对印染废水深度处理,节能高效地回收利用其中可资源化成分,是目前水处理与资源化利用的热点与难点。

目前,国内外对于含盐印染废水常用的处理工艺主要是生物法,物化法。

生物法是废水处理中最常用的方法之一,应用广泛,适应性强[2]。Z.W.Wang[3]等人从苏州某印染厂处理废水中分离出土著细菌Bacillus sp.YZU1处理活性染料废水,最佳脱色率可达45%。而染料废水中盐浓度严重影响脱色效果,盐浓度大于0.5g/l时随盐浓度增加处理效果降低,分析可能由于高盐影响渗透压从而抑制细菌生长。高含盐废水生物处理时废水盐度抑制微生物生长,导致高渗透压使细胞脱水,盐析作用使酶活性降低,且Cl-对微生物的毒害等原因增加了处理难度[4]。因此生物法处理含盐印染废水应用有一定局限,需要更多相关研究,特别是最佳操作条件探究以及微生物对高含盐高浓度染料废水的适应性等方面。

物化处理有多效蒸发盐析、吸附、膜分离脱盐等工艺。

多效蒸发盐析蒸发盐析法技术成熟、可靠,并且可以通过将废水蒸发,回收资源化废水中有用物质。但蒸发盐析法耗蒸汽量大,处理成本高,蒸发时有机物附着于结晶盐表面从而无法保证盐的质量,影响后续资源化利用。

吸附在脱色方面已经有较为广泛的应用,吸附剂种类繁多,比如活性炭,树脂,自然物质等等。Mehmet Emin Argun[5]等人采用柚子皮处理1.0~200mg/l的活性艳兰114,在pH2,303K时得到最大吸附量为16mg/g。吸附处理印染废水具有高效率和处理多种化学物质的优点,同时也有吸附剂成本高和再生困难且再生处理效果降低等缺点[6]。吸附处理印染废水仍需要更系统的研究并且吸附剂需要更多技术方面的提升。

膜分离通过盐与染料的分离以及浓缩液和透过液的分开处理达到印染废水处理与资源回收利用的目的。膜法处理染料废水主要采用反渗透、纳滤以及膜组合工艺。

反渗透(Reverse Osmosis RO)对含盐染料废水中无机离子和有机组分有极高的脱色分离效率。仲惟雷[1]等人采用反渗透工艺对广东某印染厂废水进行深度处理。反渗透系统运行稳定,处理水质达国家再生水水质标准中工艺用水与印染厂工艺用水要求,系统清洗需两周期以上,运行成本1.54元/t,具有良好的经济效益。张国平[7]等人设计了一种先Dual Stage MBR后RO系统的组合工艺处理印度Tiruppur镇印染工厂高含盐废水。RO系统处理TDS=8000mg/L印染废水,三段RO为SW4-LFC3-LFC3分段时,27C条件下,透过水TDS=322.2mg/L,浓缩水TDS=51515.9mg/L,系统脱盐率96%。并且通过对浓缩水的进一步蒸发回收达到零排放。反渗透在上述两个印染废水脱色处理的实际应用中已经取得良好效果。

然而,反渗透在脱盐应用存在两大阻碍:膜污染和能源消耗。无能源回收利用时反渗透消耗6~8kW/ m,有能源回收利用则时消耗4~5kW/m,并且能源耗量与RO处理含盐废水盐浓度之间直接成比例关系[8]。反渗透高能耗和高操作压力使得其逐渐被其它膜技术超越。曾杭成[9]等人对比反渗透BW30,CPA2和纳滤NF-1,NF-2性能,反渗透膜纯水通量均小于纳滤膜纯水通量,反渗透操作压力高于纳滤操作压力,虽更高效分离有机物及盐类小分子物质,但浓差极化更加严重。工艺放大后,10t/h处理量,反渗透运行费用为1.52元/m,纳滤则为1.23元/m。高压、高耗能、膜污染以及运行经济支出阻碍了反渗透脱盐技术更广范的应用发展。

纳滤膜性质介于超滤和反渗透之间,孔径1nm对应截留分子量300~500Da,并且由于膜表面的官能团或者对带电溶质的吸附而形成带电荷的微孔壁面。纳滤膜的主要特征是对一价离子拦截率低,对二价离子拦截率高,有较好的选择性,并且通量高于反渗透膜[10],操作压力低于反渗透膜。郭豪[11]等人对含有NaCl5%~10%的苯基杰酸的酸化液,采用NF270-4040纳滤膜对超滤预处理后的染料废水进行脱盐、浓缩操作。通过三组恒容脱盐、恒压浓缩、连续化处理工艺,分析比较染料截留率大于97%,NaCl脱除率大于66%,连续运行稳定,估算费用45元/m,经济效益良好。并且对于可生化性差的印染废水(盐含量1%),纳滤膜具有其独特优点。刘梅红[12]等人对高盐度染料废水进行醋酸纤维素纳滤膜分离处理,盐透过率随盐含量增加而增大,NaCl5%时,透过率接近100%,大大降低渗透压,克服了常规反渗透膜存在的高渗透压的缺点,且达到分离染料和盐的目的。

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