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PTFE中空纤维膜用于膜蒸馏处理印染反渗透浓水的研究

张姣姣  
【摘要】:印染废水是一种含盐量高、有机物浓度高、色度高、浊度高的废水。目前的处理工艺主要有生化法、膜生物反应器(MBR)和反渗透技术(RO)。利用反渗透技术处理印染废水会产生30%的反渗透浓水,将浓水外排会造成环境的严重污染。膜蒸馏(MD)是一种分离技术和蒸发技术相耦合的膜分离技术,可以应用于处理反渗透浓水。在MD中,膜材料的疏水性是关键。聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene,简称PTFE)是一种强疏水性的膜材料,具有耐酸、耐碱、耐热的特点,是MD的理想材料。本文制备PTFE中空纤维膜,采用MD对印染反渗透浓水进行进一步浓缩处理,产水的指标达到了国家排放的标准。 本论文主要从以下几个方面展开研究:(1)“推压—膨化—烧结”的工艺制备PTFE中空纤维膜的研究,通过改变挤出头的尺寸和拉伸倍数制备出不同内外径和孔径的膜,并研究PTFE中空纤维膜的微观结构、孔径分布、水接触角、热稳定性;(2)将PTFE中空纤维膜制备成膜组件,采用真空膜蒸馏(VMD)实验,考察膜壁厚和膜孔径对VMD产水通量和产水指标的影响;(3)考察VMD过程中操作条件对产水通量和产水指标的影响。系统研究了进料液温度、进料液浓度、曝气量、冷侧真空度、进料液流速对VMD产水通量和产水中的溶解性总固体含量(TDS)、化学需氧量(CODCr或COD)、生化需氧量(BOD5)、色度、浊度、悬浮固体(SS)、pH的影响规律。并对浸没式真空膜蒸馏(SVMD)进行正交设计,得出处理印染反渗透浓水的最佳工艺条件;(4)连续长期运行PTFE中空纤维膜处理印染反渗透浓水实验400小时,考察膜在长期运行过程中的稳定性;(5)对膜污染和清洗过程进行研究,选择最佳清洗方式。 实验结果表明:(1)采用“推压—膨化—烧结”的工艺制备出8种PTFE中空纤维膜,壁厚的范围在400μm~750μm,平均孔径的范围在0.22μm~0.45μm,动态水接触角在125o~127o。PTFE中空纤维膜的分解温度在600℃;(2)VMD实验结果表明,随着膜壁厚的增加,产水通量降低,随着膜孔径的增大,膜通量增加;产水的TDS、CODCr、BOD5、色度、浊度分别保持在10mg/L、30mg/L、7mg/L、10unit、2NTU以下,SS均为0,pH在6~8,说明PTFE中空纤维膜的孔径在0.22μm~0.45μm适用于废水的处理;(3)对于浸没式和外压式VMD,产水通量随着进料液温度、冷侧真空度的增大而提高,随着料液浓度的增大而减小,随着曝气量的增大产水通量先增大后减小,最后趋于平缓。VMD的操作条件对产水指标没有明显的影响。SVMD正交试验得出的最佳工艺条件温度为80℃,曝气量为5m3/m2.h,真空度为0.095Mpa;(4)400小时长期运行结果表明,产水通量随着运行时间的增加而降低,运行400小时后,产水通量下降了41%,产水的TDS去除率依然保持在99.9%以上;产水通量下降的原因是无机盐和少许有机物在膜表面的吸附和在膜孔的堵塞;(5)在膜清洗中,利用0.05mol/L的氢氧化钠和0.5mol/L的盐酸组合效果最佳,通量恢复到原始通量的97%。


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