膜蒸餾工藝處理高濃度氨氮廢水的研究.pdf

1、氨氮廢水處理是目前水處理領(lǐng)域的研究熱點，高濃度氨氮廢水廣泛存在于多種現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，由于其具有較強的生物毒性，因此常采用物理化學(xué)方法對其進(jìn)行處理。目前針對高濃度氨氮廢水處理的主要方法是吹脫法、吸附法、化學(xué)沉淀法、反滲透法等。膜技術(shù)是水處理領(lǐng)域研究中的一個重要方向，其中膜蒸餾工藝在分離水溶液中揮發(fā)性物質(zhì)方面具有很大的優(yōu)勢，本研究主要通過膜蒸餾工藝來處理高濃度氨氮廢水，意在找到一種高濃度氨氮廢水處理的新方法。課題研究主要從三個方面展開：工藝

2、形式與參數(shù)的確定及優(yōu)化；原料液相和滲透相的成分性質(zhì)影響研究；以及控制膜結(jié)構(gòu)參數(shù)的制膜條件，通過這三方面對膜蒸餾法處理高濃度氨氮廢水進(jìn)行系統(tǒng)的考察研究，為工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用提供必要的參考。
　　與傳統(tǒng)的膜分離工藝形式不同，目標(biāo)物需要以氣體形式透過膜孔，因此工藝中存在相轉(zhuǎn)化過程。對氨氮廢水進(jìn)行處理時，首先要對原料液pH值進(jìn)行調(diào)節(jié)，使氨氮以易揮發(fā)狀態(tài)存在，在氨氮分子透過膜的同時，水也會以蒸汽的形式進(jìn)入膜孔，因此，在考察氨氮去除率和傳質(zhì)能力的同

3、時，更要考察水蒸汽的傳質(zhì)情況，從而對膜蒸餾工藝的分離性能進(jìn)行評價。
　　本實驗采用氯化銨溶液來模擬高濃度氨氮廢水，采用中空纖維膜和平板膜組件進(jìn)行實驗，實驗用膜材料包括聚丙烯（PP），聚四氟乙烯（PTFE）和聚偏氟乙烯（PVDF），實驗采用間歇循環(huán)的運行方式，根據(jù)不同的組件形式確定不同的運行時間。實驗結(jié)果表明，膜蒸餾工藝對模擬氨氮廢水具有很好的處理效果，采用有效面積為9m2的聚丙烯中空纖維膜組件，原料液容積為20L，氨氮濃度為600

4、mg/L時，在常溫下20min內(nèi)氨氮去除率就達(dá)到98％以上，具有很好的應(yīng)用前景。
　　實驗分別采用了直接接觸膜蒸餾（DCMD），氣掃膜蒸餾（SGMD）和真空膜蒸餾（VMD）對模擬氨氮廢水進(jìn)行了影響因素的研究，包括原液相和滲透相的溫度，原料液初始pH值，原料液流速和滲透相流速。研究結(jié)果表明，對于三種膜蒸餾形式來說，溫度對氨氮的傳質(zhì)有很大的影響，溫度越高，氨氮的去除率越大，但與此同時，系統(tǒng)的水通量也大幅提高，從而使氨氮和水的分離效率大

5、幅度下降，對于DCMD而言，水通量的大小不僅與原料液的溫度有關(guān)，更與膜兩側(cè)液體的溫度差有關(guān)。原料液pH值對氨氮的處理效率也有很大影響，當(dāng)原料液初始pH達(dá)到12時，氨氮去除率得到明顯提高，同時對水通量有一定的抑制作用，是一種重要的調(diào)控手段。原料液流速和滲透相流速對不同的膜蒸餾工藝形式有著不同的影響，對于 DCMD和 VMD，提高原料液流速對氨氮的傳質(zhì)有一定的促進(jìn)作用，但對氣SGMD影響不大，而提高滲透相流速對 SGMD的傳質(zhì)過程有關(guān)鍵的影

6、響，但對DCMD影響不大。通過對三種膜蒸餾工藝的對比研究發(fā)現(xiàn)，采用 PTFE平板膜組件，在相同的實驗條件下，DCMD的效果最好，氨氮去除率達(dá)到84%以上。
　　實驗考察了原料液成分和性質(zhì)對氨氮處理效果的影響，研究結(jié)果表明，原料液中氨氮濃度的提高并沒有影響處理效率，反而能夠提高氨氮的傳質(zhì)和分離效率，當(dāng)原料液濃度提高到1800mg/L時，20min內(nèi)氨氮去除率就可達(dá)到87%以上。原料液中一定含量的Na+和Ca2+在一定程度上可以抑制水

7、通量，向1L原料液中投入50g NaCl時，水通量減少了50%以上，同時氨氮去除率還有所提高，但過高的鹽濃度使膜表面濃差極化效應(yīng)嚴(yán)重，容易產(chǎn)生鹽的析出，過量的Ca2+還會引起膜表面的結(jié)垢，從而增加膜的傳質(zhì)阻力。原料液中小分子多元醇的引入同樣對水通量有一定的抑制作用，對氨氮的去除效率沒有太大的影響，但當(dāng)濃度過高時，同樣會產(chǎn)生濃差極化效應(yīng)，從而使邊界層內(nèi)溶液的粘度提高，阻礙了氨氮的傳質(zhì)。實驗研究表明，原料液中乙二醇或丙三醇的含量不宜超過1%

8、。
　　課題對滲透相種類和含量的影響進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，提高硫酸濃度并不能使氨氮去除率提高，但卻使水通量大幅提高。當(dāng)硫酸濃度由0.5%提高至10%時，總過膜通量提高了1.6倍以上，從而大大地降低了膜的分離效率，因此在實際運行中，吸收液應(yīng)采用濃度較低的硫酸溶液。由于滲透相中的吸收液不需要較高的酸濃度，因此考察了采用乙酸和碳酸作為滲透相的可行性。結(jié)果表明，乙酸和碳酸并不適合作為膜蒸餾的滲透相，采用乙酸作為吸收液時，含量不要超過2%。

9、吸收液中 Na+濃度的提高可以促進(jìn)水通量，對氨氮的傳質(zhì)沒有影響，雖然 Mg2+提高了水通量，降低了分離系數(shù)，但由于Mg2+也可以與氨氮發(fā)生反應(yīng)，促使氨氮在滲透相中發(fā)生相變，因此在一定程度上也提高了氨氮的傳質(zhì)系數(shù)，但過高的Mg2+濃度會使?jié)B透相中生成Mg(OH)2附著于膜表面，從而使傳質(zhì)系數(shù)下降。
　　本研究還采用溶液相轉(zhuǎn)化法制備了聚偏氟乙烯平板膜，考察了不同聚合物濃度，LiCl添加劑含量和制膜厚度三個制膜條件對膜蒸餾工藝處理氨氮廢

10、水的影響。結(jié)果表明，聚合物濃度的提高使膜內(nèi)大孔發(fā)展受到抑制，孔隙率下降，而聚合物濃度較低時，所得膜的表面疏水性并不高，不利于膜蒸餾過程，從實驗結(jié)果來看，適宜采用的聚合物濃度為16 wt%。鑄膜液LiCl的投加使膜的孔隙率得到提高，但LiCl添加量過高時，膜內(nèi)出現(xiàn)粒狀結(jié)點結(jié)構(gòu)，不利于氨氮在膜內(nèi)的傳質(zhì)，實際操作中，適宜的LiCl投加量為4 wt%左右。膜厚度的增加明顯降低了膜的滲透和分離性能，膜下層的海綿狀結(jié)構(gòu)層嚴(yán)重阻礙了氨氮的傳質(zhì)和分離，