纳米ZrO_2改性氧化铝微滤膜分离含油废水的实验研究

【摘要】： 膜技术被称为21世纪最有发展前景的高新技术之一,已成为一些国家推动新兴产业发展、改善人类生存环境的重要共性技术。在我国,膜技术在污染物减排和污水资源化方面具有重要的战略意义。当前,我国污水总量巨大,其中大部分是含油废水。稳定态的含油废水在自然环境中的所需降解时间长,对环境的破坏巨大,因此必须经处理达标后方可排放,但仅靠传统的污水处理方法不能有效处理。新发展的污水处理技术中,膜分离技术表现出优越的技术特征,如分离是物理过程,浓缩油可回收利用,渗透水质量高等。但是,由于含油废水的特性,使得实际膜处理过程中存在易污染,分离效率下降的问题。为减少膜污染,采用纳米ZrO_2修饰市售的α-Al_2O_3微滤膜,以增强膜层的亲水憎油性,从而减少油滴在膜表层的吸附,实验研究了纳米修饰微滤膜处理稳定油水乳化液所需的最佳修饰膜制备工艺条件及膜过滤过程的优化操作条件,为实现工业化处理含油废水提供实验基础。 实验采用原位水解法对α-Al_2O_3微滤膜进行修饰。通过考察不同膜孔径及膜修饰涂层材料对渗透性能的影响;选择出亲水憎油性较好,膜孔径为0.2μm的ZrO_2修饰涂层材料为研究对象,进一步探讨不同ZrCl4改性溶液浓度对0.2μmα-Al_2O_3微滤膜孔结构和渗透性能的影响,实验研究结果表明:ZrCl4修饰溶液浓度为6 g/L,制备的纳米ZrO_2修饰涂层厚度约为14 nm,均匀分布在氧化铝颗粒表面。与未修饰膜相比,修饰α-Al_2O_3微滤膜的纯水通量提提高了32%,处理1g/L油水乳化液,膜渗透通量提高30%,达到300 L/m2·h,油截留率为99.9%,膜孔径分布变均匀。因此,原位水解法制备的修饰商用氧化铝微滤膜能有效减少膜污染,实现修饰膜稳定,高效地处理稳定含油污水。 本论文优化了纳米ZrO_2修饰α-Al_2O_3微滤膜处理含油废水的操作条件。实验结果表明合理的工艺参数能有效控制膜的过滤效率和油截留量。膜间压最佳范围为2.2MPa～2.6MPa。适宜的膜面流速为5m/s;过高和过低的膜面流速均不利于提高渗透通量,但对截留率影响不大;提高料液温度有利于通量的提高,但会增加渗透液中的油含量,当温度超过45℃后,温度对渗透通量影响不大,最佳料液温度为30～40℃;当料液浓度小于5g/L,随着料液浓度增加,渗透通量明显降低,但当料液浓度大于5g/L,稳定渗透通量基本不随料液浓度增加而变化,油截留率基本维持99.8%;合理的反冲周期为10min,过短不利于总渗透通量的提高,过长膜污染加重。 对膜再生的研究表明,热处理、超声清洗等方法均实现污染膜的再生,其中采用热处理方法的效果佳,通量可恢复至清洁膜通量的80%～90%。