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《长沙理工大学》 2015年
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废弃卷式聚酰胺反渗透膜元件的再生及运行性能研究

覃浩律  
【摘要】:众所周知,我们的生活离不开淡水,然而地球上的淡水资源严重匮乏,如何开发、保护淡水资源为人类的生存、发展提供足够的清洁用水是目前全世界最棘手也是最迫切的问题之一。当下,反渗透处理水的技术应用广泛,遍及全世界,而且发展迅速,技术成熟。反渗透技术的不断发展拓宽了反渗透市场,随着市场的扩大,每年都有数以万计的反渗透膜被淘汰,被废弃,这样就造成了不小的环境污染,而且还浪费了资源。因此,各国各界都在积极寻找能够使废弃反渗透膜变废为宝的方法,致力于对废弃反渗透膜再利用的研究,旨在控制废弃反渗透膜的数目,减小对环境的污染并降低水处理成本,达到资源的循环再利用的目标。经过各界专家、研究者的潜心研究,目前已经研究出了一些废弃反渗透膜再生的方法。Fibiger等采用在聚酰胺类反渗透膜表面涂覆含羧基的水溶性聚合物方法,来提高废弃反渗透膜的脱盐率。JoseM.Veza用一定浓度的KMnO_4溶液对反渗透膜的表面进行氧化处理,得到的再生膜总分离效率达到97%。李宝光等采用化学清洗和NaClO溶液氧化结合的方法来对废弃的聚酰胺反渗透膜进行再生,再生膜体现了良好的脱盐性能。浙江大学的俞三传教授等人用含胺溶液对膜元件进行改性处理,经过处理后的膜有一定的分离性能。辛永光等先对废弃的膜元件用特定氧化剂氧化,再用含胺溶液循环浸泡,得到的再生膜具有过滤膜的性能,且再生膜的寿命更长,并设计了一套对废弃反渗透膜进行清洗和改性再生的工艺和装置,而且有望推进市场。本课题在前人研究的基础上,借鉴他们的一些方法,对废弃的卷式聚酰胺反渗透膜元件进行再生研究。本课题通过对废弃的卷式聚酰胺反渗透膜元件进行清洗测试、表面改性,使其实现过滤膜的功能,以低成本的废弃膜代替成本高昂的过滤膜,减少了废弃反渗透膜的数量,并减小环境的污染和降低水处理成本,不仅在经济上有较高效益,而且同时实现了废弃物资源的再生利用。从实验结果上看,NaClO溶液氧化后的膜元件具有更好的脱盐和透水性能,且氧化时间短,因此选择NaClO溶液作为最佳氧化药剂。本实验选择NaClO溶液对反渗透膜的最佳氧化工艺参数为:浓度0.4%,时间60min,温度30℃。通过运行参数对膜性能的影响分析实验可知,进水的盐浓度在200~2000mg/L的区间之内,脱盐率降低了11.22%,进水压力增加了0.02MPa;膜通量在5~35L/(m2·h)的范围之内,脱盐率升高了10.79%,进水压力增加了0.16MPa;回收率在8~35%的范围之内,脱盐率降低了7.54%,进水压力增加了0.15MPa;温度在15~35℃的范围之内,脱盐率仅降低了3.95%,进水压力下降了0.02MPa。运行参数的变化对脱盐率的影响从大到小依次为盐浓度,膜通量,回收率,温度;运行参数的变化对进水压力的影响从大到小依次为膜通量,回收率,盐浓度,温度。其中盐浓度和温度对进水压力的影响相等,盐浓越高进水压力就越高,而温度越高进水压力反而越低。
【关键词】:废弃反渗透膜 氧化 表面改性 测试
【学位授予单位】:长沙理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TQ051.893
【目录】:
  • 摘要5-7
  • Abstract7-11
  • 第一章 绪论11-25
  • 1.1 概述11-12
  • 1.2 膜技术的发展12-15
  • 1.2.1 反渗透膜的发展历程12
  • 1.2.2 反渗透膜的理论研究12-14
  • 1.2.3 反渗透膜的制备技术14-15
  • 1.3 分离膜材料及其结构15-17
  • 1.4 聚酰胺反渗透复合膜17-18
  • 1.4.1 聚酰胺反渗透膜的优势17
  • 1.4.2 聚酰胺反渗透膜的结构17
  • 1.4.3 聚酰胺反渗透膜的多孔支撑层17
  • 1.4.4 卷式膜元件结构17-18
  • 1.5 膜污染18-19
  • 1.6 反渗透膜的清洗技术19-21
  • 1.6.1 清洗时机的判断与选择19-20
  • 1.6.2 常用的清洗药剂及特点20-21
  • 1.6.3 清洗过程21
  • 1.7 废弃反渗透膜的再利用技术研究进展21-23
  • 1.8 本文研究的主要内容及意义23-25
  • 第二章 实验原理及方法25-38
  • 2.1 实验准备25-28
  • 2.1.1 实验材料25-27
  • 2.1.2 实验仪器及药剂27-28
  • 2.2 实验装置28-30
  • 2.3 实验内容与方法30-31
  • 2.3.1 实验内容30
  • 2.3.2 实验方法30-31
  • 2.4 实验步骤31-38
  • 2.4.1 膜元件的安装31-32
  • 2.4.2 膜的清洗32
  • 2.4.3 膜组件性能测试32-34
  • 2.4.4 膜的氧化实验34-35
  • 2.4.5 膜的修复35
  • 2.4.6 再生膜性能测试35-36
  • 2.4.7 再生膜运行性能研究36
  • 2.4.8 膜表面微观结构(SEM)分析36-38
  • 第三章 膜再生工艺参数确定38-55
  • 3.1 废弃膜元件的性能38-39
  • 3.2 各氧化剂工艺参数的确定39-52
  • 3.2.1 NaClO溶液氧化40-45
  • 3.2.2 KMnO_4溶液氧化45-47
  • 3.2.3 H_2O_2氧化47-51
  • 3.2.4 最佳氧化剂及工艺参数51-52
  • 3.3 膜的修复52-53
  • 3.3.1 氨水的改性处理52
  • 3.3.2 膜表面改性溶液处理52-53
  • 3.4 膜表面微观结构观察53-55
  • 第四章 再生膜元件运行性能的研究55-61
  • 4.1 盐浓度影响特性55-56
  • 4.2 膜通量影响特性56-57
  • 4.3 回收率影响特性57-59
  • 4.4 温度影响特性59
  • 4.5 小结59-61
  • 第五章 结论与展望61-64
  • 5.1 结论61-62
  • 5.2 展望62-64
  • 参考文献64-70
  • 致谢70-71
  • 附录A 攻读学位期间参与发表的论文及专利71-72
  • 附录B 研究生期间参与的科研课题72

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