陶瓷膜分離技術(shù)用于工業(yè)廢水處理及膜污染研究.pdf

1、無機(jī)陶瓷膜是新型高效分離材料，具有耐高溫、耐腐蝕、耐有機(jī)溶劑、化學(xué)穩(wěn)定性好、分離效率高、易凈化、對環(huán)境友好等優(yōu)良特性，已廣泛應(yīng)用于食品、化工和石油化工、生物化工、制藥、電子、水和廢水處理等領(lǐng)域，帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。在當(dāng)今世界上能源短缺、水資源匱乏、環(huán)境污染日益嚴(yán)重的情況下，膜技術(shù)更是得到了世界各國的高度重視。 汽車制造是我國的支柱產(chǎn)業(yè)，發(fā)展迅猛。然而汽車涂裝過程產(chǎn)生的廢水種類多，組成復(fù)雜，污染物含量高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了國家《

2、污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，給人們的生產(chǎn)、生活造成了極大的危害。廢水達(dá)標(biāo)排放一直是汽車行業(yè)和環(huán)保部門及相關(guān)科研院所棘手的問題。國內(nèi)對涂裝廢水的處理主要是根據(jù)排放條件不同，采用物化法、物化(主要是混凝沉淀)與生化法聯(lián)用等，處理周期長，出水水質(zhì)不穩(wěn)定，二次污染重。更嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)及水資源的匱乏使廢水回用意識的日益增強(qiáng)，都要求采用新的方法對汽車涂裝過程產(chǎn)生的廢水進(jìn)行治理。本課題將陶瓷膜分離技術(shù)引進(jìn)汽車涂裝工業(yè)廢水的處理過程，對膜過程進(jìn)行集成和優(yōu)

3、化，建立了高效的、面向過程的廢水處理工藝路線，豐富和拓展了無機(jī)陶瓷膜的應(yīng)用領(lǐng)域。 本論文前兩章首先綜述了工業(yè)廢水的特性、各種處理方法；詳細(xì)地敘述了無機(jī)陶瓷膜在廢水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用及發(fā)展現(xiàn)狀；概括了微濾過程的基本原理，為實(shí)驗(yàn)工作奠定了理論基礎(chǔ)。 本論文的實(shí)驗(yàn)工作主要是針對三類典型的汽車工業(yè)廢水發(fā)展了三條新的處理路線，得到了滿意的結(jié)果。此外，研制了一種疏水材料—有機(jī)凹凸棒土，并用其處理了含油廢水。把廉價的粘土礦物經(jīng)過改性

4、，用于改善微濾體系的油水分離效果，是一種十分可取的工藝創(chuàng)新。 1.發(fā)展了一條新的高濃度含磷廢水處理工藝路線。將化學(xué)混凝與陶瓷膜微濾(0.2μm的氧化鋁膜)相結(jié)合，對汽車廠高濃度含磷廢水進(jìn)行了處理，出水滿足國家排放標(biāo)準(zhǔn)的要求；并研究了混凝預(yù)處理對膜通量、顆粒粒徑、滲透液水質(zhì)、膜污染及清洗后膜通量恢復(fù)率的影響，結(jié)合ESEM表征、阻力系列模型的計算結(jié)果，對混凝與微濾組合工藝減輕膜污染的機(jī)理獲得了深入的認(rèn)識。 研究表明，在混

5、凝劑石灰的最佳用量680mg/L下操作，磷酸鹽的去除率從直接微濾的11.0％提高到99.7％，膜通量提高了60％?；炷V工藝處理出水水質(zhì)完全符合(GB18918-2002)(CODCr≤100mg/L；PO43-(P)≤0.5mg/L)的要求，可以直接排放或回用。研究顯示，混凝預(yù)處理增大了顆粒粒徑，有效減輕了膜污染：減少污染物進(jìn)入膜孔，降低了膜孔堵塞污染；改善了膜表面沉積層的性質(zhì)，被膜表面截留的微粒所形成的濾餅層較為疏松，容易被橫向

6、流產(chǎn)生的剪切作用帶離膜表面，防止濾餅的不斷積累，使之處于動態(tài)平衡，使過濾操作可以在較長的時間內(nèi)連續(xù)進(jìn)行；顆粒直徑增大，提高了顆粒反向傳輸離開膜表面的能力，減少了污染物在膜表面的沉積，從而使?jié)B透通量得到提高。ESEM測試結(jié)果及依據(jù)阻力系列模型得到的計算結(jié)果證實(shí)了上述結(jié)論。 根據(jù)污染物的性質(zhì)，得到了有效的清洗方法。經(jīng)相同方法清洗后，混凝-微濾工藝的膜通量恢復(fù)到初始通量的90％以上；而直接微濾工藝的膜通量只能恢復(fù)到初始通量的72％左

7、右。清洗后膜通量的恢復(fù)率主要受膜表面沉積層的存在形態(tài)及不可逆污染的程度影響。 本工作發(fā)展了一種具有直接實(shí)用價值的工藝路線，也對無機(jī)膜污染機(jī)理和處理獲得了深入認(rèn)識。 2.拓展了一條新的工藝路線來處理含磷酸鹽的脫脂乳化油廢水。采用混凝與陶瓷膜微濾相結(jié)合的工藝，發(fā)展了一條新的涂裝工業(yè)脫脂廢水處理路線，對涂裝工業(yè)含磷酸鹽的乳化油廢水進(jìn)行了治理。研究了混凝對膜通量、滲透液水質(zhì)、膜污染及乳化液性質(zhì)的影響，并同超濾的處理結(jié)果進(jìn)行了

8、對比。 汽車工業(yè)脫脂廢水來自于金屬涂裝的前處理工序，是一種O/W型的乳化液，其CODCr值、磷酸鹽PO43--(P)含量、油含量相當(dāng)高，遠(yuǎn)超國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，給環(huán)境造成極大的危害。常用的處理技術(shù)為物化法，處理能力低，出水水質(zhì)差；膜法超濾技術(shù)也有報道，但超濾通量低，污染較嚴(yán)重，對磷酸鹽的截留率低。無機(jī)膜的分離性能主要是其滲透性和滲透選擇性，前者可用滲透通量來表示；而后者則以截留率及分離系數(shù)來表征。 研究表明，適宜的混

9、凝劑石灰乳加入量為900mg/L，過量投加會降低滲透通量；廢水中磷酸鹽的去除率由直接微濾的48％提高到混凝-微濾組合工藝的99％，膜穩(wěn)定通量由直接微濾的150L/(m2·h)提高到混凝—微濾組合工藝的260L/(m2·h)。處理出水中CODCr的去除率達(dá)97.0％，油的截留率達(dá)99.6％?；炷A(yù)處理使油珠等顆粒粒徑增大，在膜表面被截留，進(jìn)入膜孔的幾率降低，導(dǎo)致堵塞膜孔的不可逆污染減?。皇鼓け砻娉练e層的孔隙率增加，降低了過濾阻力，從而減輕

10、了膜污染。 研究發(fā)現(xiàn)，膜過程適宜的操作壓差為1.0MPa，流速為5m/s，滲透液可作為循環(huán)沖洗水用。同超濾(截留分子量MWCO為80000Da)的對比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，混凝-微濾組合工藝能得到高得多的通量、更高的磷酸鹽截留率。 因此，混凝-微濾組合工藝能夠取代超濾用于脫脂廢水的處理，而具有高的滲透通量，從而較低的處理成本。 3.采用混凝—微濾(0.2μm的氧化鋯膜)組合工藝，發(fā)展了一條新的陰極電泳漆廢水處理路線?？?/p>

11、察了操作條件等對膜通量的影響，得到了適宜的操作條件和膜清洗方法。 研究表明，pH值為6.7時，混凝過程對CODCr去除率的貢獻(xiàn)約63％，之后的陶瓷膜微濾使廢水中CODCr的去除率增大到85％。當(dāng)膜面流速為4.2m/s，跨膜壓差為0.10MPa，溫度為30℃時，膜穩(wěn)定通量約260L/(m2·h)，遠(yuǎn)高于超濾膜的通量值(一般為20L/(m2·h))?；炷A(yù)處理減輕了膜污染，提高了微濾膜的截留率和膜通量。處理后的廢水可作為循環(huán)沖沈水

12、用；對有機(jī)物濃度不高的廢水，處理后出水可以直接排放。污染膜經(jīng)清沈后，膜通量可以恢復(fù)到初始通量的80％以上。 對比實(shí)驗(yàn)表明，0.2μm的氧化鋯膜能夠替代傳統(tǒng)的超濾膜用于電泳漆廢水的處理中。 4.制備了一種疏水、親油材料—有機(jī)凹凸棒土，并將其用來處理乳化油廢水；以有機(jī)凹凸棒土作助濾劑，研究了其對陶瓷膜錯流微濾過程的影響。 結(jié)果表明，有機(jī)凹凸棒土有很強(qiáng)的吸附性和破乳除油效果，對油濃度為400mg/L的乳化油廢水，

13、除油率可達(dá)97％以上。有機(jī)凹凸棒土作助濾劑對微濾膜處理含油廢水的實(shí)驗(yàn)表明，有機(jī)凹凸棒土作助濾劑使膜通量提高了30％。其作用機(jī)制為：1)有機(jī)凹凸棒土對廢水中油粒的吸附降低了主體乳化液中的油濃度，使得膜表面沉積層、凝膠層中顆粒明顯減少；2)有機(jī)凹凸棒土加入后使水中的細(xì)分散油和乳化油迅速凝聚、粒徑增大，使得膜表面沉積層的比餅阻減小，顆粒進(jìn)入膜孔的幾率降低，膜孔堵塞污染減輕，滲透通量提高。 把廉價的礦物粉體經(jīng)過改性，用于改善陶瓷膜微濾