膜技术集成与废水资源化_20120911

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1、膜技术集成与废水资源化王晓琳清华大学化学工程系膜材料与工程北京市重点实验室2012年9月11日实验室代表性成果渗透汽化脱水膜设计制备技术和工业应用技术是我国膜分离领域中继杭州水处理中心“反渗透膜”、中科院大连化物所“气体膜”及南京工业大学“陶瓷膜”之后，又一重大自主创新成果，填补了国内空白。获得2009年度国家技术发明二等奖。热致相分离法制备高通量、高强度、抗污染聚偏氟乙烯中空纤维微孔膜，建成了世界上第二套、国内唯一的基于双螺杆挤出机等先进装备生产中空纤维聚偏氟乙烯膜生产线，各项技术指标均达到国际先进水平。

2、10多项国家发明专利、3项PCT国际专利。面向国家新能源领域和节能减排技术的重大需求，解决质子传导膜、电堆结构设计等关键技术难题，开发全钒液流电池模块，研究大规模蓄电储能全钒液流电池技术，发展储能电池制造装备等国产化技术。10多项国家发明专利。1演讲提纲一、膜分离技术二、膜制备技术三、水净化技术四、废水资源化水的独特性质水很“简单”V型小分子，分子式为H2O，分子半径为2.75Å。却也不“简单”水相变的特殊：高熔点；高沸点；临界点；冰具有多种稳定的晶体及无定形结构；易形成过冷水，过热水；高压下，水结构会发生

3、变化；热水比冷水更容易结冰……水密度的特殊：熔化时密度变大；液态水在4℃密度最大；具有低膨胀系数，很小的压缩性……水热力学性质的特殊：高热容；高气化潜热……水物理性质的特殊：高粘度；高介电常数；高表面张力……水分子结构示意图水的其他特殊性质：不存在理想的水溶液；重水和普通水具有显著的不同的物理性质；电场中，氢离子与氢氧根离子扩散系数很大……Departmentofchemicalengeering,Tsinghua2膜法水处理技术的适用性A表面吸附现象0－Gibbs吸附公式CdB2RTdCCCA

4、：无机盐、蔗糖及甘露醇等多羟基有机物水溶液B：低分子量极性有机物，如醇、醛、酸、胺、酯C：表面活性物质，8个碳以上亲水极性有机物3、膜法水净化技术3膜法水净化技术分类与特征离子和分子大分子微粒微米10-310-210-11纳米110102103富里酸腐殖酸藻类离子非挥发有机物色度消毒副产物致癌前躯物小假单胞菌大肠杆菌硝酸根、硫酸根蛋白质酶制品细菌氰化物、硬度、砷磷酸根、重金属氨基酸小红细胞流感病毒似隐孢菌素病毒卵母细胞合成有机化合物脊髓灰质炎病毒杀虫剂、表面活性剂粘土淤泥、染料、二垩英、生物及化学耗氧量胶体

5、硅胶体乳化油反渗透超滤纳滤微滤电渗析颗粒过滤RO/NF法脱盐无机盐具体表现为氯化钠、硬度、硝酸盐、砷、氟、铝、铅等无机盐，其含量必须降低到规定指标以下才能作为饮用水。RO/NF膜的脱盐性能是以氯化钠为量化指标的；RO膜具有很高的脱盐率(大于99.5%)，几乎保持稳定，但需要较高的操作压力(跨膜压力差0.5～1.0MPa)；NF膜的脱盐率为90～40％，随盐浓度的增加而降低，对二价盐具有较高的去除率，操作压力较低(跨膜压力差0.2～0.5MPa)。4RO/NF/ED法降低硬度如果水源中硬度超标的话，建议优先采

6、用NF技术进行处理，如果硝酸盐及其他无机盐也超标的情形，则建议采用低压RO/ED技术进行处理。RNF/ED技术是制造高标准饮用水的上好选择，去除无机盐的同时也可有效地脱除饮水源中出现的是NH+-N等微量污染物质。4RO/NF/ED法除氟依据当地水源水质，合理选择除氟设备：(1)小型供水装置(～100吨/日)可以优先考虑选用ED/EDR技术；(2)在原水矿化度较高（TDS>1000mg/L）的情况下，可以考虑选用RO技术；(3)在原水总硬度和氟浓度超标均不太高的情况下，可以考虑选用NF技术。无论何种设备均应

7、考虑增加前处理装置，以提高设备运行效果。同时，必需增加消毒设备，以保证除氟水的细菌学指标达到国家饮用水标准。5RO/NF法除砷RO法在生活饮用水除砷实验中效果良好，是一种有效的除砷方法。对As(V)的去除率大于95%，而对As(III)的去除率也达50%，如对所处理的水先进行预氧化，而且控制合适的pH值，除砷效果显著、稳定。从投资及运营成本及实际除砷效果来看，不推荐RO膜法作为除砷的最优先方法。RO/NF法去除氨氮如果饮水源中出现的是NO--N的话，完全可以3将其近似地视为Cl-，即从RO/NF法的一般脱

8、盐技术加以考虑；而饮水源中出现的是NH+-N的话，则需要考虑4膜生物反应器法更为有效。当水中氨氮含量在3mg/L以下时，无论哪种形态，均可以通过RO/NF膜法加以去除。6NF法去除微量有机物NF技术对低分子量(～150Da)有机物具有很好的截留效果。农药残留物天然有机物(NOM)工业废弃及垃圾渗滤当水源中有机物超标时，建议NF法进行净化处理。EDR法水净化技术EDR工艺适用于硝酸盐超标、硬度超标、氟超标的微污