电渗析及电纳滤工艺中腐植酸的保留规律研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:michael2000
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膜分离技术因具有能耗低、设备稳定等特点,得到了广泛的应用,为了进一步扩展其应用范围,有学者提出膜电结合技术——将传统的膜分离技术与电场结合,以实现过程的强化。目前,传统电渗析、电驱动纳滤膜、电驱动超滤膜等膜电结合技术在涉及有机物的水处理、检测方面的研究日益增多,但相关研究多着重阐述效果,没有从根本上理解电驱动膜过程,膜污染的存在更是阻碍了技术的发展。因此,理清过程中有机物的迁移转化规律对膜电结合技术的发展和缓解膜污染具有重要意义。本文以腐植酸(HA)为代表有机物,从有机物迁移的角度出发,考察浓度及溶液化学条件(pH和离子强度)对不同类型的电驱动膜过程中有机物的保留和装置运行的影响。研究从实际应用场景出发,对电驱动膜装置进行了重新设计及优化,设计了新型连续式反应器;对不同种类的膜进行比选,结合无机离子的去除和有机物的保留综合分析,选择了中国产异相离子交换膜(IEM-Y2)作为常规电渗析(ED)的研究对象,选择纳滤膜作为膜电结合新技术——电驱动纳滤(EDNF)的研究对象。通过恶化实验,研究发现HA在电场作用下可发生明显的膜界面吸附行为,随着时间的推移,HA与膜的相互作用会达到平衡,电驱动膜过程的出水也将达到稳定状态。上述行为在ED和EDNF工艺中存在显著差异,EDNF较ED有更好更快的HA出水稳定效果,保留率可达90%,但EDNF去除离子效果较差,常规指标对于反应器的运行指示效果较弱。通过考察溶液化学条件的变化,发现pH主要通过质子化作用改变膜和HA的电荷密度,从而影响HA保留。研究结果表明,碱性条件更利于HA的保留。相比于ED,由于EDNF中存在膜和HA的静电排斥作用,会导致在EDNF中改变pH,对运行和HA的影响更显著,也说明了膜与HA之间的静电相互作用可以增强HA的保留效果;离子强度主要通过静电屏蔽效应和竞争迁移作用影响HA的保留,一定范围内,加入离子会减少HA在ED和EDNF运行过程中的初始损失,且该效应对EDNF的影响更显著,总体来说,提高离子强度有利于ED和EDNF过程中出水HA保留更快达到稳定;此外,本课题选取范围内的HA初始浓度对ED和EDNF过程中的HA保留行为没有显著影响。研究从HA角度对膜污染的作用机理进行了探究,综合分析过程中HA出水保留的变化、HA对膜的污染等,结果表明,ED和EDNF中均存在HA对膜的可逆污染和不可逆污染,总体来说,EDNF相对于ED有更强的抗污染能力。综上,本论文系统地研究了不同影响因素下,两种典型膜电结合技术中HA的保留和运行差异,对膜电结合技术中有机物的保留规律和膜污染研究具有一定指导意义。
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