膜蒸馏-结晶技术的研究现状和发展前景

膜蒸馏-结晶工艺是一种新的回收纯物质方法,尤其从废水中分离出晶体.对于膜蒸馏-结晶技术进行了综述,介绍了膜蒸馏-结晶技术的优点,以及工艺控制的关键技术.概述了膜蒸馏-结晶的起源和国内外研究现状,指出了膜蒸馏-结晶在高浓度无机盐废水中应用的优势,预测其在该方向上很好的发展前景.     

新型真空膜渗透结晶工艺初探

真空膜渗透结晶工艺(vacuum membrane percrystallization, VMPC)是一种新型膜结晶工艺,可同步实现溶质的结晶及其与溶剂的分离回收。以NaCl溶液为目标物系,对VMPC过程的原理进行了分析,初步考察了进料液温度、浓度和操作压力对该工艺产能的影响。结果表明：VMPC过程是膜渗透和真空压差闪蒸结晶的协同作用的过程,随进料液温度的升高,结晶盐通量和水通量均增大;随进料液浓度的升高,结晶盐通量增大,水通量降低;而操作压力对工艺产能影响较小,但对生成晶体的形貌影响显著;当进料液温度为34 ℃,进料质量分数为25%,操作压力为0.5 kPa时,可获得高达8.04 kg·(m²·h)⁻¹的盐通量和30 L·(m²·h)⁻¹的水通量,远高于现有太阳能驱动膜结晶技术的产能。针对现有膜滤浓缩液类高浓盐水结晶工艺流程复杂、能耗高、效率和产能低的问题,VMPC工艺为新型高效处置技术的开发及应用提供了可行的解决方案。     

膜蒸馏去除水中砷的研究

采用新型膜蒸馏技术对水中As（III）与As（Ⅴ）的去除展开了研究。实验结果表明,膜蒸馏对水中As (III)及As (Ⅴ)具有较高的去除能力：当产水中砷含量超过10 μg/L时,原水中As (III)与As (Ⅴ)的浓度可分别高达40 mg/L和2 000 mg/L。局部润湿现象的存在导致As (III)及As (Ⅴ)跨膜至产水侧,PVDF微孔膜在溶液中的负电性以及As (III)与 As (Ⅴ)在溶液中存在形式的不同导致膜蒸馏对两者去除能力的差异。360 h连续运行过程中产水通量及电导率稳定,且整个过程中As (III)均低于检测限,说明PVDF微孔膜具有良好的疏水性和稳定的除砷性能。     

叠式空气隙膜蒸馏组件膜污染实验研究

采用一种具有旋流结构的多层层叠式空气隙膜蒸馏膜组件,以20 g/L氯化钠盐水为热工质,考察在70℃条件下膜污染情况,实验结果表明,一个周期的连续运行和间歇性操作膜表面在高温下较快进入膜污染,8个周期后膜通量下降为初始通量的42%。膜表面有大量黄色附着物,电镜SEM分析显示,膜表面被不均匀堆积的颗粒状污染物及长方体结晶物覆盖,能谱EDS分析,污染物有极少量NaCl结晶的Na、Cl元素,还有O、C、Mg、Cu和Fe等元素。污染膜经5%盐酸溶液清洗后无机垢沉淀被去除,表观效果较好。     

直接接触式膜蒸馏工艺处理高浓度氨氮模拟废水中操作条件的影响

采用直接接触式膜蒸馏处理高浓度氨氮模拟废水。实验对初始pH值、原料液流量和渗透液流量等3项操作条件进行了比较研究。结果表明,提高原料液的初始pH值可以大幅度地提高氨氮的去除效率、传质系数和分离效率,当初始pH达到12时,30 min内氨氮去除率可达到98%以上;提高料液流量可以得到同样的规律,当初始pH值为11,料液流量由400 L/h提高至800 L/h时,氨氮去除率由79.8%提高至88%;但渗透液流量的提高对处理效果的影响并不明显。     

减压膜蒸馏法处理石煤提钒废水

利用减压膜蒸馏设备处理石煤提钒废水,分别比较了废水经预处理前后,料液温度、流量、渗透侧真空度等操作条件对膜通量和截留率的影响。测定了不同浓缩倍数情况下膜通量的变化。实验表明,进料温度升高会使膜通量增加,温度为65℃时,热效率最高为70．1％。提高料液流量或真空度都会使膜通量增加。废水经VMD处理产出的淡水电导率均在10μS／cm以下,脱盐率可达99．98％以上。在温度为70％、流量为60L／h、真空度为0．095MPa时,石煤提钒废水经预处理后的废水膜通量为11．359kg／（m^2·h）,浓缩10倍时,膜通量仍有3．185kg／（m^2·h）。     

真空膜蒸馏和膜吸收及其集成工艺处理高氨氮废水

采用PP中空纤维膜组件,对VMD(真空膜蒸馏)和MA(膜吸收)脱氨过程进行了研究。考察了料液pH值(9.0~11.0)、料液进口温度(20~50℃)对脱氨效率的影响。研究结果表明,VMD和MA脱除率分别达85%和99%以上。料液pH和料液进口温度对VMD脱氨效果的影响较大,提高料液pH和进口温度可以明显提高VMD的脱氨效率;料液pH对MA的脱氨效率影响较为显著。对2种膜工艺进行了技术集成,利用该集成工艺可达到99.96%以上的氨去除率,出水可达标排放,并且可以有效防止硫酸铵的二次污染。     

活性焦吸附对反渗透浓水膜蒸馏减排工艺的影响

本研究采用膜蒸馏(MD)技术,对煤化工废水2套处理工艺——(1)"混凝-超滤(UF)-反渗透(RO)工艺"和(2)"混凝-活性焦(AC)吸附-超滤-反渗透工艺"的RO浓水进行浓缩。通过对比分析MD的膜通量、产水水质以及膜污染等指标,重点考察AC吸附预处理对后续MD工艺的影响。结果表明,AC吸附作为前置膜处理工艺,可有效降低污染物在膜表面的沉积,减少膜润湿现象,并提高膜通量。GC-MS分析表明,AC能有效吸附废水中的酮类、醇类、酯类以及杂环类等挥发性有机物,降低MD过程中挥发至产水侧的有机物浓度,从而提高MD产水水质。     

新型Janus膜的制备及其在高盐含油废水膜蒸馏处理中的应用

采用表面蚀刻-电喷雾协同技术制备了具有微/纳凹槽表面结构的亲水/疏水型Janus膜,并系统考察了Janus膜的脱盐性能及耐润湿、抗污染功能。Janus膜具有水相超疏油的性能,对原油、正己烷、甲苯和汽油的水下油接触角分别为152.7°、150.1°、146.7°和151.1°。直接接触式膜蒸馏应用实验表明：在连续50 h的运行过程中,Janus膜对盐的截留率可达100%、膜通量稳定在10.18 kg·(m²·h)⁻¹;对于不同浓度(0.1、0.2和0.3 mmol·L⁻¹等)的十二烷基硫酸钠,Janus膜均表现出优异的抗润湿效果。在处理高盐含油废水过程中,Janus膜未发生膜润湿和膜污染的现象,膜通量及盐截留率也保持稳定;油滴力学探针测试结果定量阐释了Janus膜强健的抗油污能力。制备的新型Janus膜兼具耐润湿与抗污染特性,拓展了膜蒸馏技术在高浓度难降解废水处理领域的应用。     

多效膜蒸馏技术浓缩回收废水中的二甲基亚砜

利用具有内部潜热回收功能的气隙式多效膜蒸馏(MEMD)组件对含二甲基亚砜(DMSO)的化纤废水进行了浓缩回收研究,考察了料液中DMSO浓度、进料流量、进料温度和膜侧进口温度对膜通量、造水比、分离因子和回收率的影响。结果表明,多效膜蒸馏可以将DMSO废水浓缩至200~300 g/L;初始浓度为6.2 g/L时,造水比和分离因子最高值分别为12.4和76.0;虽然膜通量、造水比和分离因子均随料液浓度增大而下降,但是当DMSO浓度达到200 g/L时,膜通量、造水比、分离因子仍分别高达3.74 L/(m2·h)、7.1、32.1;在整个浓缩过程中,回收率维持在99.6%以上;当DMSO废水浓缩达到150 g/L以上时,含有少量DMSO的渗透液可作为二次料液继续用MEMD过程浓缩。膜组件在连续运行的1个月内保持了良好的操作性能。该实验研究表明,多效膜蒸馏过程可以高效节能地浓缩回收化纤废水中的DMSO。     

膜蒸馏处理糖精钠生产废水

采用直接接触式膜蒸馏(DCMD)工艺处理糖精钠生产废水。分析了经过活性炭吸附预处理前后,膜蒸馏连续循环运行的效果。实验结果表明,未经预处理的废水在膜蒸馏过程中,废水中所含有机物不仅导致膜材料的润湿,引起产水电导率升高及膜孔润湿,促进盐晶体在膜表面附着,使产水通量下降。经吸附预处理后,膜蒸馏过程中产水通量介于10.40～11.24 kg/(m2.h)。吸附预处理能有效减缓产水通量的衰减,提高产水水质。废水经过活性炭预处理后进行膜蒸馏浓缩处理,当浓缩倍数达到5倍时,通量保持在10.55 kg/(m2.h)左右;产水水质稳定,截留率在99.5%以上。研究结果表明,吸附-膜蒸馏工艺可以应用于糖精钠生产废水的回用处理,有明显的应用前景。     

直接接触式膜蒸馏浓缩处理高浓度发酵废液效能

采用直接接触式膜蒸馏工艺(DCMD)浓缩处理高浓度发酵废液,在热侧温度65℃、冷侧温度30℃条件下,连续运行21 h,考察了浓缩过程中产水通量、产水侧COD和TOC浓度变化及蛋白质浓缩效果.结果表明,产水通量随运行时间延长而下降且降速较快,15 h内由17.1 kg/(m2·h)降至8.9 kg/(m2·h);经去离子水冲洗,产水通量可恢复至56.1%.产水中COD和TOC浓度随处理时间延长而不断增大.此外,原水与膜蒸馏出水中GC-MS分析结果也表明,随运行时间延长,原水中有更多种类的有机物进入产水侧,主要为挥发性有机物.对膜内表面进行扫描电镜-能谱(SEM-EDS)分析发现,膜内表面有块状沉积物出现,主要成分为有机物,含有少量的无机物.DCMD运行21 h后,废液体积浓缩8.3倍,有用组分蛋白质浓缩6.9倍,COD和TOC的去除率均达95%以上.     

面向废水深度净化的氧化石墨烯膜过滤技术

膜过滤技术作为一种高效、低能耗、二次污染少的技术,已广泛用于工业废水的深度净化与再生中。传统有机膜在工业废水深度净化处理中存在着耐氧化性不足、使用条件苛刻、膜污染控制困难等问题。同时,膜过滤过程中产生的有机物/无机盐混合浓水也阻碍了浓水的资源化利用。氧化石墨烯膜作为下一代的膜材料具有更好的耐氧化性、亲水性,且制备成本低廉,对有机物与无机盐的分离性能优异,有望在工业废水的深度净化与回用中得到广泛应用。在阅读文献资料的基础上,梳理了氧化石墨烯膜的制备、性能特点,采用氧化石墨烯膜过滤技术进行工业废水深度净化的研究现状及尚待解决的问题,如材料的稳定性能及膜污染控制等。最后指出氧化石墨烯膜过滤技术在未来应逐步实现应用放大,并在工业废水深度净化、实现水与资源回用,达到近“零排放”的水处理过程中发挥重要作用。     

中空纤维膜生物反应器处理造纸废水

膜生物反应器是将膜分离技术与生物处理工艺相结合而开发的新型系统,是近年来新发展起来的高效废水处理技术。本实验采用了中空纤维膜组件和活性污泥反应器组成的分置式膜生物反应器,研究其在造纸废水处理中的特性影响因素。