_反渗透膜的性能研究及在造纸废水处理中的应用

2014年第1期作者简介:刘丹,1988-,女,青岛科技大学研究生,研究方向：膜法水处理造纸废水。环保与节能随着社会经济的快速发展，对水资源的需求仍将持续增长，污水排放量也将随之而进一步增加，水环境质量的恶化和水资源的短缺将更为突出。因此，加强水污染控制，消除水污染，以控制我国水环境质量恶化的趋势是我国近年内环境保护的重要战略目标。造纸工业是能耗、物耗高，对环境污染严重的行业之一，其污染特性是废水排放量大，其中化学需氧量(COD)、悬浮物(SS)含量高，色度严重。因此，造纸废水的处理是当今急需解决的问题。目前的物化方法有常规处理方法[1]、电化学法[2]、化学氧化[3]法、臭氧-混凝法[4]和膜分离法[5]。其中膜分离技术与传统的分离操作相比，具有能耗低、分离效果高、无二次污染、工艺简单等优点，近年来其在水处理工业中的应用越来越多[6-7]。反渗透膜分离技术的原理是在渗透实验装置的膜两侧施加一个压力差，并使其超过渗透平衡时的压差，引起溶剂倒流，使得浓度较高的溶液进一步浓缩。进入21世纪以来，膜分离技术迅猛发展，在皮革废水、重金属废水、造纸废水处理及海水和苦咸水的淡化等的应用取得了巨大进步，如在美国膜技术是最常用的脱盐技术[8]。1实验部分1.1实验原料和设备1.1.1实验原料反渗透膜BW30：美国陶氏化学有限公司；反渗透膜X-20：美国Trisep公司；青岛海王纸业股份有限公司废水水样1,水样2.1.1.2实验设备MSC300超滤杯,上海摩速科学器材有限公司；SHMADZUTOCAnalyzer5000A型总有机碳分析仪，日本制造；WGZ-100散射式光电浊度仪，上海珊科仪器厂；HACH消解仪；Spectrumlab725S可见光分光光度计.1.2实验原理及方法1.2.1膜性能评价及表征(1)膜的水通量膜的水通量是描述滤液透过性的重要参数，即单位时间单位面积产水的体积。J=V/(t·s)式中，V为滤液体积，Lt为获取V体积滤液所需时间，hs为有效膜面积，m2(2)膜的除盐率脱盐率:是膜元件截留可溶性离子的一种度量，一般而言，反渗透膜对二价离子的脱除率比一价离子高，因此一般把氯化钠作为评价反渗透膜元件脱盐性能的标准物质。脱盐率=(进水含盐量一产水含盐量)/进水含盐量由于水中含盐量与电导率存在线性关系，并且电导率测定非常便捷，常常用电导率代替含盐量计算脱盐率。脱盐率=(进水电导一产水电导)/进水电导(3)膜的表面SEM图将膜样品脱水处理后真空蒸镀法镀金后，用扫描电镜观察其上表面的形貌。1.2.2造纸废水处理取造纸厂中水样1、样2，分别用反渗透膜BW30、X-20进行处理，测水中指标。2结果与讨论2.1反渗透膜的性能测试2.1.1操作压力的影响反渗透膜的性能研究及在造纸废水处理中的应用陈夫山刘丹宋晓明青岛科技大学山东青岛(266042)摘要：本文研究了反渗透膜BW30和X-20操作压力对膜通量和脱盐率的影响、离子半径对脱盐率的影响。实验结果表明：当操作压力从0.1MPa升高到0.2MPa时，两种膜对盐溶液的通量分别从0.59L/（m2·h）上升到1.99L/（m2·h），从0.34L/（m2·h）上升到1.36L/（m2·h），而脱盐率从30%下降到20%左右，随着离子半径的增大，膜的脱盐率依次增大；并研究了反渗透膜在造纸废水处理中的应用。实验结果表明：纳滤膜对小分子有机物有很好的截留、脱盐效果明显，并且对色度、浊度有很好的去除能力。关键词：反渗透膜；膜通量；脱盐率；造纸废水环保与节能36湖南造纸实验中，在温度为20℃，NaCl料液浓度为1000mg/L的操作条件下，跨膜压力从0.1Pa开始，依次升高，直至0.20MPa，考察随着操作压力的增大，膜通量和脱盐率随时间的变化关系。由表1可知，当压差从0.1Pa增大到0.15Pa时，通量随压差呈线性增加，这是因为膜阻力控制了通量，此阶段为典型的压力控制区；随着压力的增大，脱盐率逐渐降低。这是由于压力的增大，膜孔的半径也会有一定程度的变化，而且随着压力的增大，NaCl溶液中的Na+还未来得及在膜表面产生电荷排斥作用，就透过膜被较大的压力带出。2.1.3离子半径对脱盐率影响实验中，在温度为20℃，NaCl、KCl、MgSO4和CaCl2料液浓度为1000mg/L，压强为0.2MPa的操作条件下，考察进料液离子半径不同，膜脱盐率的变化关系。水溶液中离子的有效半径Mg2+〉Ca2+〉Na+〉K+，由表2中可以看出，除Na+和K+的脱除率基本一致以外，大体是随着离子半径的增加，膜对离子脱除率逐渐增加。这是因为由于芳香聚酰胺膜表面的固定电荷密度小，在进行反渗透膜时，可以将其考虑为非荷电膜进行处理，所以脱盐率与离子半径的大小有关。2.2SEM表征将膜样品脱水处理后真空蒸镀法镀金后，用扫描电镜观察其上表