陶瓷膜分离技术用于工业废水处理及膜污染研究

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1、中国科学技术人学协l学位论文2005年摘要无机陶瓷膜是新型高效分离材料，具有删高温、耐腐蚀、耐有机溶剂、化学稳定性好、分离效率高、易净化、对环境友好等优良特性，已广泛应用于食品、化工和石油化工、生物化工、制药、电子、水和废水处理等领域，带来了巨大的经济和社会效益。在当今世界上能源短缺、水资源匮乏、环境污染日益严重的情况下，膜技术更是得到了世界各国的高度重视。汽车制造是我国的支柱产业，发展迅猛。然而汽车涂装过程产生的废水种类多，组成复杂，污染物含量高，远远超出了国家《污水综合排放标准》的规定，给人们的生产、生活造成了极大的危害。废水达标排放一直是汽车

2、行业和环保部门及相关科研院所棘手的问题。国内对涂装废水的处理主要是根据排放条件不同，采用物化法、物化(主要是混凝沉淀)与生化法联用等，处理周期长，出水水质不稳定，二次污染重。更严格的环保法规及水资源的匮乏使废水回用意识的目益增强，都要求采用新的方法对汽车涂装过程产生的废水进行治理。本课题将陶瓷膜分离技术引进汽车涂装工业废水的处理过程，对膜过程进行集成和优化，建立了高效的、面向过程的废水处理工艺路线，丰富和拓展了无机陶瓷膜的应用领域。本论文前两章首先综述了工业废水的特性、各种处理方法；详细地叙述了无机陶瓷膜在废水处理领域中的应用及发展现状：概括了微滤

3、过程的基本原理，为实验工作奠定了理论基础。本论文的实验工作主要是针对三类典型的汽车工业废水发展了三条新的处理路线，得到了满意的结果。此外，研制了一种疏水材料一有机凹凸棒土，并用其处理了含油废水。把廉价的粘土矿物经过改性，用于改善微滤体系的油水分离效果，是一种十分可取的工艺创新。●发展了一条新的高浓度含磷废水处理工艺路线。将化学混凝与陶瓷膜微滤(0．2,um的氧化铝膜)相结合，对汽车厂高浓度含磷废水进行了处理，出水满足国家排放标准的要求：并研究了混凝预处理对膜通量、颗粒粒径、渗透液水质、膜污染及清洗后膜通量恢复率的影响，结合ESEM表征、阻力系列模型

4、的计算结果，对混凝与微滤组合工艺减轻膜污染的机理获得了深入的认识。研究表明，在混凝剂石灰的最佳用量680mg／L下操作，磷酸盐的去除率从直接微滤的11．O％提高到99．7％，膜通量提高了60％。混凝一微滤工艺处理出水水质完全符合(GBl8918．2002)(CODc，≤100mg／L：P043-fP)≤II中同利学技术大学博士学位论文2005年O．Smg／L)的要求，可以直接排放或圊用。研究显示，混凝预处理增大了颗粒粒径，有效减轻了膜污染：减少污染物进入膜孔，降低了膜孔堵塞污染；改善了膜表面沉积层的性质，被膜表面截留的微粒所形成的滤饼层较为疏松，容

5、易被横向流产生的剪切作用带离膜表面，防止滤饼的不断积累，使之处于动态平衡，使过滤操作可以在较长的时问内连续进行；颗粒直径增大，提高了颗粒反向传输离开膜表面的能力，减少了污染物在膜表面的沉积，从而使渗透通量得到提高。ESEM测试结果及依据阻力系列模型得到的计算结果证实了上述结论。根据污染物的性质，得到了有效的清洗方法。经相同方法清洗后，混凝微滤工艺的膜通量恢复到初始通量的90％以上；而直接微滤工艺的膜通量只能恢复到初始通量的72％左右。清洗后膜通量的恢复率主要受膜表面沉积层的存在形态及不可逆污染的程度影响。本工作发展了～种具有直接实用价值的工艺路线，

6、也对无机膜污染机理和处理获得了深入认识。·拓展了一条新的工艺路线来处理含磷酸盐的脱脂乳化油废水。采用混凝与陶瓷膜微滤相结合的工艺，发展了一条新的涂装工业脱脂废水处理路线，对涂装工业含磷酸盐的乳化油废水进行了治理。研究了混凝对膜通量、渗透液水质、膜污染及乳化液性质的影响，并同超滤的处理结果进行了对比。汽车工业脱脂废水来自子金属涂装的前处理工序，是一种O／W型的乳化液，其CODc，值、磷酸盐P04}一(P)含量、油含量相当高，远超国家规定的排放标准，给环境造成极大的危害。常用的处理技术为物化法，处理能力低，出水水质差；膜法超滤技术也有报道，但超滤通量低

7、，污染较严重，对磷酸盐的截留率低。无机膜的分离性能主要是其渗透性和渗透选择性，前者可用渗透通量来表示：而后者则以截留率及分离系数来表征。研究表明，适宜的混凝剂石灰乳加入量为900mg／L，过量投加会降低渗透通量：废水中磷酸盐的去除率由直接微滤的48％提高到混凝一微滤组合工艺的99％，膜稳定通量由直接微滤的l50L／(m2-h)提高到混凝一微滤组合工艺的260L／(m2．h)。处理出水中CODc，的去除率达97．O％，油的截留率达99．6％。混凝预处理使油珠等颗粒粒径增大，在膜表面被戡留，进入膜孔的几率降低，导致堵塞膜孔的不可逆污染减小；使膜表面沉积

8、层的孔隙率增加，降低了过滤阻力，从而减轻了膜污染。研究发现，膜过程适宜的操作压差为1．0MPa，流速为5m／s，渗透液可作