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纳滤膜处理矿山废水中重金属离子的实验研究

李胤龙  
【摘要】:采矿行业的迅猛发展造成水资源污染日益加剧,环保、高效的膜分离技术因对废水有较高的回收率而受到广泛重视。由于膜分离技术在矿山废水治理方面的研究和应用少,因此,采用膜法对处理矿山废水进行深入研究很有必要。本文采用自行研制的纳滤小试装置,考察了纳滤膜对模拟矿山废水和实际矿山废水的处理效果和不同清洗方式对受污染纳滤膜渗透水通量恢复的影响,并对工业化应用纳滤工艺处理实际废水的成本进行了简要估算。 首先根据课题的需要,自行设计了纳滤小试装置流程,在此基础上实现了对小试纳滤装置的开发和调试。研制出的小试纳滤实验装置具有在2MPa的高压下纳滤膜组件密封性良好,在0.2~2.0MPa的压力范围内操作压力稳定性好,能同时实现对压力和流量的调节等特点,此外,通过将组态软件与实验装置相结合,实现了数据的在线监控、采集和处理。 其次,通过考察DL、UTC-60、NF70、DK、NF-301、矿山废水专用膜等六种纳滤膜的纯水通量大小,对纳滤膜进行了初步筛选,然后针对模拟矿山废水进行了膜法操作因素(压力、温度、流量、pH)对纳滤膜分离性能的影响研究。实验结果表明,DL和UTC-60膜对模拟废水中的Cu2+、Cd2+、Zn2+离子具有较高的截留率,在低于1.2MPa的压力下,DL膜对Cu2+、Cd2+、Zn2+的截留率均大于88%,UTC-60膜在0.4~1.6MPa的实验压力下对Cu2+、Cd2+、Zn2+的截留率均大于90%;DL和UTC-60膜的渗透水通量随操作压力升高呈线性增加,而重金属离子的截留率呈下降趋势;在20-40℃的实验温度范围内,DL和UTC-60膜的渗透水通量随温度升高而增大,温度对这两种膜金属离子截留率的影响很小,金属离子截留率在92%-95%内变化;进料流量对纳滤膜的渗透水通量和金属离子截留率均无明显影响;当pH大于5时,溶液中的Cu2、Cd2、Zn2+离子和OH-形成可溶性络合物,导致金属离子截留率上升。 在膜清洗实验中,分别考察了水力清洗和化学清洗对受污染纳滤膜渗透水通量的恢复效果。在进行水力清洗过程中,采用正交实验考察了清洗压力、清洗时间及清洗流量三因素对膜渗透水通量恢复的影响,实验结果显示,清洗压力对膜渗透水通量恢复的影响最大,在低压高流量的条件下清洗效果最佳,在0.2 MPa,30L/h条件下,水力清洗60min后膜的通量恢复率为89.2%。选择适宜的化学清洗剂在低压高流量的条件下对受污染的纳滤膜进行清洗后,膜纯水通量得到明显的恢复。在0.2 MPa,30L/h条件下,1%EDTA-2Na清洗30min后,膜渗透水通量恢复率达到97.4%,使用0.1%盐酸清洗60min后膜渗透水通量恢复率也达到94%以上。 在考察DL和UTC-60膜对实际矿山废水的处理效果实验中,同样考察了操作压力、温度、流量、pH对DL和UTC-60膜分离性能的影响。实验结果表明,与处理模拟废水相比,DL和UTC-60膜在处理实际废水过程中渗透水通量下降了约30%-50%左右;在0.4~1.6MPa的压力范围内,UTC-60膜对Cd2+、Ca2+离子的截留率低于80%,DL膜则高于85%;DL膜在处理实际废水中操作压力、温度、流量、pH对其分离性能(如渗透水通量和金属离子截留率)的影响与处理模拟废水时的影响相似。 本文还对工业化应用DL膜处理实际废水进行了简要的成本估算,通过估算得出其处理成本约为2.47元/吨产品水。


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