納濾的模型優(yōu)化及水處理應(yīng)用研究.pdf

1、膜技術(shù)在水處理領(lǐng)域中已受到高度重視。納濾作為膜技術(shù)的后起之秀，其分離性能填補(bǔ)了反滲透膜和超濾膜之間的空白，具有獨(dú)特的分離性能和節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。納濾膜孔處于分子水平并且荷電，其傳質(zhì)過(guò)程復(fù)雜，已建立的理論模型之間存在差異以及模型求解復(fù)雜、模型參數(shù)獲取不易等不足之處，限制了其在實(shí)際應(yīng)用中的指導(dǎo)作用。納濾作為一項(xiàng)水處理技術(shù)是較新的，研究比較有限，整體上處于初級(jí)階段。 本文對(duì)納濾理論模型進(jìn)行了深入分析和優(yōu)化，并選擇染料廢水

2、、農(nóng)藥廢水、重金屬?gòu)U水等難處理廢水和鍋爐給水軟化等納濾應(yīng)用前景廣泛的水處理領(lǐng)域展開了系統(tǒng)研究。主要研究?jī)?nèi)容和研究結(jié)果如下： 1.對(duì)卷式納濾膜元件的濃差極化進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，獲得了真實(shí)截留率計(jì)算公式，同時(shí)考察了滲透流率和平均循環(huán)流速對(duì)濃差極化程度的影響。結(jié)果表明平均循環(huán)流速0.2m/s時(shí)濃差極化程度已降到很小。 2.基于膜截留分子量概念和細(xì)孔模型，提出了納濾膜截留分子量所對(duì)應(yīng)的分子 Stokes半徑與膜的等效細(xì)孔半徑相等的

3、假設(shè)，并建立了中性溶質(zhì)分子Stokes半徑與分子量、膜細(xì)孔半徑與截留分子量之間的關(guān)系方程，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明這種方法是可信的，為納濾膜細(xì)孔半徑和膜截留分子量的獲取提供了一種快速方便的新方法。 3.基于納濾膜中同離子和反離子分布特性簡(jiǎn)化了Donnan-steric pore model(DSPM)模型，并建立了納濾膜體積荷電密度的計(jì)算方程，該方程求解容易，同時(shí)考慮了膜孔結(jié)構(gòu)參數(shù)，符合實(shí)際情況，可作為獲取納濾膜荷電特性參數(shù)的快捷方法。

4、 4.通過(guò)對(duì)細(xì)孔模型、靜電位阻模型和DSPM模型比較，結(jié)合納濾膜細(xì)孔半徑計(jì)算方程與納濾膜體積荷電密度的計(jì)算方程對(duì)DSPM模型進(jìn)行優(yōu)化和簡(jiǎn)化，使該模型應(yīng)用于中性溶質(zhì)體系時(shí)能與細(xì)孔模型完全一致，統(tǒng)一了細(xì)孔模型和.DSPM模型，提高了模型的可靠性；應(yīng)用于對(duì)稱電解質(zhì)體系求解簡(jiǎn)潔。分別選擇合適的中性溶質(zhì)和電解質(zhì)溶質(zhì)進(jìn)行納濾實(shí)驗(yàn)，結(jié)合優(yōu)化模型對(duì)納濾膜進(jìn)行表征，求得納濾膜細(xì)孔結(jié)構(gòu)和荷電特性參數(shù)，同時(shí)采用優(yōu)化的模型對(duì)納濾實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行模擬，結(jié)果表

5、明模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致，驗(yàn)證了模型優(yōu)化的可靠性，可為解析納濾膜的分離機(jī)理、預(yù)測(cè)膜的分離性能以及納濾膜的實(shí)際應(yīng)用提供理論依據(jù)。 5.對(duì)納濾軟化鍋爐給水開展系統(tǒng)研究，考察了納濾軟化的原理、軟化效果及影響因素。研究表明采用合適納濾膜(如NF90膜)進(jìn)行水的軟化處理可達(dá)到中低壓蒸汽鍋爐給水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；納濾軟化的原理主要在于膜對(duì)陰離子的靜電排斥作用，同時(shí)離子擴(kuò)散能力也產(chǎn)生影響，相對(duì)單價(jià)陽(yáng)離子(K<'+>、Na<'+>)而言，硬度離子(

6、Ca<'2+>、Mg<'2+>)擴(kuò)散系數(shù)小，膜對(duì)它們的截留率較高；納濾軟化是以離子化合物的形式除去硬度離子的，與離子交換軟化不同，納濾軟化兼有一定程度的除鹽功能，可改善鍋爐進(jìn)水水質(zhì)，可代替離子交換法在實(shí)際工程中應(yīng)用推廣。 6.對(duì)重金屬離子廢水的納濾處理展開研究，結(jié)果表明合適納濾膜(NF90)對(duì)常見的重金屬離子Cr(Ⅵ)、Ni<'2+>、Cu<'2+>、Zn<'2+>的截留率高于98％且基本不受進(jìn)水濃度的影響；膜對(duì)重金屬離子的截

7、留也主要由于靜電效應(yīng)，當(dāng)重金屬離子形態(tài)可隨pH變化時(shí)，其截留效果受pH的影響顯著；在控制好進(jìn)水濃度以及pH等操作條件時(shí)，產(chǎn)水中的重金屬離子濃度可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，出水可回用于鍍件的漂洗。 7.通過(guò)納濾膜對(duì)染料廢水的處理研究表明，膜對(duì)染料COD的截留率可達(dá)99％以上，染料濃度和鹽濃度對(duì)染料截留率影響甚?。荒?duì)鹽截留率隨料液中鹽濃度的增加快速下降，對(duì)于NF270膜，當(dāng)鹽濃度達(dá)到3.5％時(shí)，NaCl的截留率低于25％，由于鹽分大量透過(guò)，

8、膜兩側(cè)的滲透壓差小使得滲透通量能保持較高，適合處理含鹽染料廢水和從含鹽染料廢水中分離回收染料；若進(jìn)水COD濃度很高，采用二級(jí)納濾可使COD出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)；通過(guò)投資、運(yùn)行成本和回收染料效益分析，采用納濾處理染料廢水具有較好的經(jīng)濟(jì)性。 8.采用納濾膜(NF90膜)處理分子量較小的農(nóng)藥(吡蟲啉)生產(chǎn)廢水，可達(dá)到較好的預(yù)處理效果：COD的去除率在85％以上，鹽去除率在90％，由于除去了大部分COD濃度和鹽，采用低成本的生化法作為后續(xù)