El tratamiento de la membrana generalmente se refiere a la tecnología de separación de membrana, un método diseñado para separar muestras mixtas que contienen diferentes componentes basados en el principio de permeabilidad selectiva de las membranas biológicas. Las membranas utilizadas en la separación son altas - moleculares - polímeros de peso diseñados y sintetizados de acuerdo con la aplicación específica, y la muestra mixta que se separará puede ser líquido o gas.
Tecnología de ósmosis hacia adelante (FO)
El principio de la ósmosis hacia adelante (FO)
Una membrana semipermeable, permeable solo al solvente pero no al soluto, separa el solvente y la solución. Bajo la influencia de la presión osmótica, las moléculas de solventes pasan espontáneamente a través de la membrana desde el lado del disolvente hacia el lado de la solución. Este es el fenómeno de la ósmosis, también conocido como "ósmosis hacia adelante".
1. Desalinización del agua de mar
La aplicación de FO en la desalinización del agua de mar es una de las áreas más investigadas. La investigación de la aplicación temprana se encontró principalmente en algunas patentes, pero estos estudios fueron en gran medida inmaduros y carecían de alta viabilidad.
2. Tratamiento de aguas residuales industriales
Los primeros estudios informaron el uso de membranas FO para tratar las aguas residuales de metal pesado de concentración bajo {}}} de concentración. Sin embargo, debido al ensuciamiento severo de las membranas de Ro (ósmosis inversa) utilizadas y la rápida disminución del flujo, esta investigación no se exploró más a fondo.
3. Tratamiento de lixiviado
El vertedero del ataúd Butte en Corvallis, Oregon, EE. UU., Produce (2-4) × 104 m3 de lixiviado anualmente. Para cumplir con los estándares de calidad del agua para el uso de la tierra, los TD del efluente deben reducirse a menos de 100 mg/L.
Tecnología de ósmosis inversa (RO)
Principio de ósmosis inversa (RO)
La ósmosis inversa es un proceso de separación de membrana impulsado por la presión -. Para generar presión osmótica inversa, una bomba de agua aplica presión a una solución salina o aguas residuales, superando la presión osmótica natural y la resistencia a la membrana. Esta presión permite que el agua pase a través de la membrana, mientras que las sales y contaminantes disueltos en el agua están atrapados en el otro lado.
1. Aplicaciones comunes en el tratamiento del agua
El agua es un requisito de material esencial para la supervivencia y la producción humana. Debido a la creciente escasez de recursos de agua dulce, la capacidad de las plantas de tratamiento de agua de ósmosis inversa en todo el mundo ha alcanzado millones de toneladas por día.
2. Solicitud en aguas residuales municipales
Actualmente, la aplicación de membranas de ósmosis inversa en el tratamiento avanzado de las aguas residuales municipales, especialmente en la reutilización de agua secundaria y agua recuperada de plantas de tratamiento de aguas residuales, ha recibido una atención significativa.
3. Aplicación en el tratamiento de aguas residuales de metales pesados
Los métodos de tratamiento convencionales para aguas residuales que contienen iones de metales pesados son simplemente métodos de transferencia de contaminación, convirtiendo metales pesados disueltos en las aguas residuales en precipitados o formas más fáciles de manejar. La eliminación final a menudo es el vertedero, pero la contaminación secundaria causada por metales pesados al agua subterránea y el agua superficial sigue siendo una larga amenaza de término -.
4. Aplicación en aguas residuales aceitosas
Las aguas residuales aceitosas son una gran cantidad de aguas residuales industriales. Si se descarga directamente en cuerpos de agua, forma una película de petróleo en la superficie que dificulta la disolución de oxígeno, lo que lleva al agotamiento del oxígeno, la biodegradación, los olores desagradables y la contaminación ecológica grave. El campo petrolero produjo agua con un contenido de aceite de 3.5 mg/L y un contenido total de carbono orgánico (TOC) de 16-23 mg/L se trata a la calidad del agua de la caldera, y el agua tratada se reutiliza como agua de alimentación de la caldera en las centrales eléctricas.
Tecnologías de ultrafiltración (UF) y microfiltración (MF)
Principios básicos de ultrafiltración (UF) y microfiltración (MF)
La ultrafiltración y la microfiltración separan las fases líquidas bajo la influencia de un diferencial de presión estática. En principio, no hay diferencia esencial; Ambos son procesos de separación basados en tamiz -. Bajo una cierta presión, cuando una solución mixta que contiene - molecular - peso y bajo - molecular - Los solutos de peso fluyen a través de una membrana, la solvente y bajo -} molecular - Solutos de peso más pequeños que la membrana, la solvente y las membranas (tales) -} molecular - de peso más pequeños que la membrana, el solvente y las membranas (tales (tales) (tales). Pregente la membrana y se recolectan como el permeado. Alto - molecular - Los solutos de peso más grandes que los poros de membrana (como los coloides orgánicos) se retienen por la membrana y se recuperan como concentrado. Los procesos de separación de membrana que pueden retener moléculas con un peso molecular entre 500 y 10⁶ se llaman ultrafiltración; Los procesos de separación de la membrana que solo pueden retener moléculas más grandes (a menudo denominadas partículas dispersas) se denominan microfiltración.
Aplicaciones de membranas de ultrafiltración y microfiltración
Las tecnologías de ultrafiltración y microfiltración pueden eliminar efectivamente las partículas, incluidos microorganismos como Cryptosporidium y Giardia, bacterias y virus. Los subproductos de desinfección también pueden reducirse reduciendo la concentración de precursores de subproductos de desinfección y limitando la cantidad de oxidantes requeridos durante el proceso de desinfección. Sin embargo, la tasa de eliminación de la materia orgánica en el agua es muy baja, solo por debajo del 20%. La ultrafiltración y la microfiltración tienen una amplia gama de aplicaciones y pueden adaptarse para tratar diferentes cualidades de agua.
Tecnología de membrana de nanofiltración (NF)
Principio de nanofiltración (NF)
La nanofiltración (NF) es una nueva tecnología de separación de membrana de escala molecular - y un tema candente en la investigación de separación de membrana en todo el mundo. Las membranas NF tienen tamaños de poros superiores a 1 nm, típicamente 1-2 nm. Su rendimiento de retención de solutos se encuentra entre el de las membranas RO y UF. Las membranas de RO tienen altas tasas de eliminación para casi todos los solutos, mientras que las membranas NF solo tienen altas tasas de eliminación para solutos específicos. Las membranas NF pueden eliminar iones divalentes y trivalentes, materia orgánica con un MN mayor o igual a 200, así como microorganismos, coloides, fuentes de calor y virus. Una característica clave de las membranas de nanofiltración es su carga inherente. Esta es una razón clave para su alto rendimiento de desalinización a presiones muy bajas (tan bajas como 0.5 MPa) y su capacidad para eliminar las sales inorgánicas incluso en los límites de peso molecular de varios cientos. Este también es un factor clave en los bajos costos operativos de NF. NF es adecuado para una variedad de fuentes de agua salada, con tasas de utilización del agua que generalmente alcanzan el 75% al 85%, y del 30% al 50% para la desalinización del agua de mar. No hay descarga de aguas residuales ácidas o alcalinas.
1. Aplicación de membranas de nanofiltración en agua potable
La nanofiltración, con su baja presión de funcionamiento, es el proceso preferido para la preparación del agua potable y la purificación profunda.
Actualmente, la mayoría de las fuentes de agua urbana están contaminadas a diversos grados, y los procesos de tratamiento de agua convencionales en Waterworks tienen bajas tasas de eliminación para la materia orgánica. La desinfección del cloro, a su vez, reacciona con la materia orgánica en el agua para formar subproductos halogenados. Un año de cuatro - año sigue - Up Study de Peltier et al. demostró que el uso de un sistema de nanofiltración redujo los niveles de DOC en el agua a un promedio de 0.7 mgc/L, y el contenido de cloro residual en el efluente cayó de 0.35 mg/L a 0.1 mg/L. En última instancia, la formación de trihalometanos (THM) en la red se redujo en un 50% en comparación con la ausencia del sistema de nanofiltración. Además, la reducción del carbono orgánico disuelto biodegradable (BCOD) mejoró la estabilidad biológica del agua producida.
La tecnología de nanofiltración puede eliminar la mayoría de los iones, como el calcio y el magnesio, lo que hace que la desalinización sea la aplicación más utilizada. La tecnología de tratamiento de agua de membrana es similar a los procesos convencionales de suavizado de cal e intercambio de iones en términos de inversión, operación, mantenimiento y precio, pero ofrece ventajas como el lodo - operación libre, no se requiere regeneración, eliminación completa de los solteros suspendidos y la materia orgánica, la facilidad de operación y los requisitos de espacio reducidos, que conducen a numerosas aplicaciones. La nanofiltración se puede usar directamente para suavizar el agua subterránea, el agua superficial y las aguas residuales, y también se puede usar como pretratamiento para la ósmosis inversa (RO), sistema de desalinización con alimentación fotovoltaica, etc.
2. Aplicación de la membrana de nanofiltración en la desalinización del agua de mar
La desalinización del agua de mar se refiere a la desalinización del agua de mar con un contenido de sal de 35,000 mg/L al agua potable por debajo de 500 mg/l.
3. Aplicación de la membrana de nanofiltración en el tratamiento de aguas residuales
(1) aguas residuales domésticas
Las aguas residuales domésticas generalmente se tratan mediante una combinación de biodegradación y oxidación química, pero la cantidad de oxidante utilizado es demasiado grande y hay muchos residuos. Xue Gang et al. Usó una combinación de micro - filtración de bola de fibra de floculación, ultrafiltración y nanofiltración para realizar una pequeña prueba de escala - en aguas residuales de baño de hotel. La calidad del agua del efluente de ultrafiltración puede cumplir con los requisitos de agua para la reutilización en el inodoro de los hoteles, la eclosionamiento y otros enlaces, y la calidad del agua del efluente de nanofiltración puede cumplir con los estándares sanitarios para el agua potable doméstica (GB5749.85), y puede reutilizarse en los lavandos de hotel, baños y otros enlaces con mayores requisitos de agua.
(2) aguas residuales textiles y de impresión y teñido
Los tintes contenidos en las aguas residuales textiles son difíciles de eliminar mediante métodos biológicos. Hassani estudió los efectos de la concentración, la presión, los sólidos disueltos totales y el contenido de sal inorgánico de soluciones acuosas de colorante ácido, activo, directo y disperso en el rendimiento de retención de las membranas de nanofiltración.
(3) aguas residuales de bronceado
Las aguas residuales de curtiduría contienen altas concentraciones de materia orgánica, sulfato y cloruro. La conductividad de las aguas residuales en el proceso de decapado alcanza los 75 ms/cm. BES - PIA utiliza tecnología NF para reciclar aguas residuales de bronceado. La alta concentración de sulfato de concentración - se devuelve a la sección de decapado, mientras que el cloruro - que contiene agua se devuelve al tambor de agrietamiento.
(4) Electroplating Wastewater
Las plantas de electroplatación a menudo producen una gran cantidad de aguas residuales. A pesar del uso de pasos de tratamiento complejos como acidificación, desintoxicación química, sedimentación y separación de lodo, el agua producida tiene un alto contenido de sal y no se puede reutilizar.
(5) aguas residuales de fabricación de papel
En la industria de la pulpa y el papel, los procesos como la homogeneización, el blanqueo y la fabricación de papel requieren una gran cantidad de agua. Lograr un sistema de agua cerrado (semi -) es la mejor manera de que la pulpa y las fábricas de papel conserven el agua y reduzcan las emisiones. El agua producida por los procesos tradicionales de lodos activados todavía contiene algunos compuestos de colores, microorganismos, anticuerpos, una pequeña cantidad de sustancias biodegradables y sólidos suspendidos, lo que lo hace adecuado solo para la producción de papel de empaquetado y no para la producción de papel más alto -}. Además, este proceso no puede reducir el contenido de sales inorgánicas. Koyuncu comparó la practicidad de dos procesos de tratamiento: agua → nanofiltración y aguas residuales de papel de papel → lodo activado → nanofiltración. Los experimentos mostraron que si bien la calidad del efluente de los dos métodos era similar, el segundo método produjo un flujo más alto, lo que hace que el efluente sea adecuado para su uso en papel alto de grado -. Sin embargo, el efluente de nanofiltración todavía contiene una cierta cantidad de sales monovalentes, lo que requiere la adición de una unidad de ósmosis inversa de presión -} baja para eliminar estas sales para garantizar la calidad del agua circulante.
Tecnologías de diálisis y electrodiálisis
La diálisis (d) es el proceso por el cual los solutos se transportan desde aguas arriba a aguas abajo de una membrana bajo la influencia de su gradiente de concentración.
La diálisis fue la primera tecnología de separación de membrana descubierta y estudiada. Sin embargo, debido a las limitaciones inherentes al sistema, el proceso de diálisis es lento, ineficiente y carece de selectividad. Por lo tanto, la diálisis se usa principalmente para eliminar los componentes de peso de - - de soluciones que contienen múltiples solutos. Por ejemplo, en la hemodiálisis, una membrana de diálisis reemplaza al riñón para eliminar los componentes de peso moleculares - - {}} tóxicos, como urea, creatinina, fosfato y ácido úrico, aliviando los síntomas de pacientes con insuficiencia renal y uremia.
La electrodiálisis (ED) utiliza la selectividad de las membranas de intercambio iónico para aniones y cationes en una solución bajo la influencia de un campo eléctrico de corriente continua, utilizando una diferencia de potencial como fuerza impulsora, para separar los electrolitos de la solución. Esto permite la concentración, desalinización, refinamiento y purificación de soluciones.
Tecnología de membrana bipolar
Introducción a las membranas bipolares
Una membrana bipolar (BPM) es una nueva membrana, típicamente una membrana de intercambio de iones compuesto compuesta de una capa de intercambio de aniones y una capa de intercambio de cationes. Alternativamente, se puede agregar una tercera capa entre las capas de intercambio de aniones y cationes para promover la disociación del agua, lo que resulta en una estructura de la capa de tres -} que consiste en una capa de intercambio de aniones, una capa de intercambio de cationes y una capa de reacción intermedia. Bajo la acción de un campo eléctrico DC, la membrana bipolar disocia el agua, generando H+ y OH - en las membranas de catión y anión, respectivamente.
1. Tratamiento de flúor - que contiene aguas residuales y recuperación de fluorino valioso
En las industrias de fluorocarbono y uranio (UF6), el gas residual y las aguas residuales contienen flúor y ácidos orgánicos en fracciones de masa de 50 a 500 × 10 - 6. La neutralización con hidróxido de potasio (KOH) se requiere típicamente para la eliminación completa. La solución KF resultante contiene numerosos metales pesados (como uranio y arsénico) y trazas de sustancias radiactivas. CA (OH) 2 debe reaccionarse con KF para regenerar el KOH y producir desechos insolubles. Este método da como resultado la pérdida de fluorino valioso y deja a los usuarios con el problema de cómo deshacerse de los desechos radiactivos de CA (OH) 2. Utilizando la tecnología de electrodiálisis de membrana bipolar, KF se puede convertir directamente en HF y KOH, no solo recuperando fluorina de alto valor sino también evitando el uso de cal y reduciendo la cantidad de residuos de desechos que se manejarán.
2. Membranas bipolares para la purificación y recuperación de aguas residuales ácidas y alcalinas
La producción industrial genera una gran cantidad de aguas residuales ácidas y alcalinas, como las aguas residuales de regeneración de resina de intercambio iónico, aguas residuales de encinebiores, plomo - aguas residuales de batería ácida y aguas residuales de molino de papel. Para reducir la contaminación ambiental, estas aguas residuales deben someterse a un tratamiento necesario antes del alta, pero este proceso de tratamiento es complejo y costoso. La electrodiálisis de la membrana bipolar proporciona una solución efectiva para tratar estas aguas residuales. En 1986, mi país instaló un sistema combinado de electrodiálisis e intercambio iónico en la planta de impresión de Zhejiang Post y Telecommunications para tratar el cobre - que contiene aguas residuales. Las aguas residuales tratadas contenían 100 mg/L de cobre y tenían un pH de 6-7, cumpliendo con los estándares de descarga.
3. Tratamiento de aguas residuales domésticas
Las aguas residuales domésticas se tratan típicamente utilizando una combinación de biodegradación y oxidación química, pero esto a menudo resulta en altas dosis y residuos oxidantes. Agregar un paso de nanofiltración entre estos dos procesos permite moléculas pequeñas (peso molecular relativo<100) that can be degraded by microorganisms to pass through, while retaining larger molecules (relative molecular weight >100) Eso no puede. Las moléculas grandes se tratan en un oxidante químico antes de someterse a biodegradación. Esto utiliza completamente la biodegradabilidad, conserva el uso de carbono oxidante y activado, y reduce el nivel de residuo final.
4. Purificación de agua potable
Con el aumento de la contaminación del agua, las personas están cada vez más preocupadas por la calidad del agua potable. Los experimentos han demostrado que la nanofiltración de la membrana bipolar puede eliminar subproductos ligeramente tóxicos generados durante la desinfección, trazas de herbicidas, pesticidas, metales pesados, materia orgánica natural, dureza, sulfatos y nitratos. También ofrece ventajas, como calidad del agua tratada alta y estable, bajo uso de productos químicos, espacio mínimo de piso, ahorro de energía y facilidad de gestión y mantenimiento.
5. Tratamiento de metal pesado - que contiene aguas residuales
La electroplatación y la producción de aleaciones a menudo requieren grandes volúmenes de agua para el enjuague. Este agua de enjuague contiene altas concentraciones de metales pesados, como níquel, hierro, cobre y zinc. Para garantizar que estos metales pesados - que contengan las aguas residuales cumplan con los requisitos de descarga, el enfoque típico es tratarlos eliminándolos a través de la precipitación de hidróxido. El uso de la tecnología de membrana de nanofiltración no solo recupera más del 90% de las aguas residuales, purificándola, sino que también concentra el contenido de iones de metal pesado diez veces, lo que hace que los metales pesados concentrados sean valiosos para el reciclaje.
6. Tratamiento de aguas residuales de la industria alimentaria
N - P Compuesto compuesto Las membranas bipolares de nanofiltración tienen un fuerte efecto de separación en las sales monovalentes y divalentes, reduciendo significativamente el contenido de COD en las aguas residuales y el cumplimiento de los estándares ambientales.
7. Perspectivas futuras para membranas bipolares
Como un nuevo tipo de membrana, las membranas bipolares, con sus ventajas únicas, ofrecen muchas ideas y soluciones nuevas para abordar los desafíos técnicos permanentes de Long - en ingeniería ambiental. Continuando desarrollando membranas bipolares de rendimiento - de rendimiento, mejorando los procesos de preparación de la membrana, reduciendo los costos de producción de membrana, realizando - investigación de mecanismo de profundidad, estudiar los mecanismos de migración de iones y transferencia de agua en las membranas, estudiar -} Bipolares de bipolares de rendimiento y la preparación, y las áreas de medición de medidas de ampliación en las membranas, el estudio de los estudios-} Materiales de bipolares de rendimiento y la preparación, y las áreas de medición de marco de un amplio rendimiento son de las áreas de las membranas de amplio en el estudio de- lejos - alcanzando significado.