Ringkasan aplikasi enam teknologi membran dalam pengolahan air

Perawatan membran umumnya mengacu pada teknologi pemisahan membran, metode yang dirancang untuk memisahkan sampel campuran yang mengandung komponen yang berbeda berdasarkan prinsip permeabilitas selektif membran biologis. Membran yang digunakan dalam pemisahan adalah polimer berat - tinggi - yang dirancang dan disintesis sesuai dengan aplikasi spesifik, dan sampel campuran yang akan dipisahkan dapat berupa cair atau gas.

Prinsip Forward Osmosis (FO)

Membran semipermeabel, hanya permeabel untuk pelarut tetapi tidak pada zat terlarut, memisahkan pelarut dan solusinya. Di bawah pengaruh tekanan osmotik, molekul pelarut secara spontan melewati membran dari sisi pelarut ke sisi larutan. Ini adalah fenomena osmosis, juga dikenal sebagai "osmosis maju."

1. Desalinasi air laut

Aplikasi FO dalam desalinasi air laut adalah salah satu area yang paling banyak diteliti. Penelitian aplikasi awal terutama ditemukan dalam beberapa paten, tetapi studi ini sebagian besar belum matang dan tidak memiliki kelayakan tinggi.

2. Pengolahan Air Limbah Industri

Studi awal melaporkan penggunaan membran FO untuk mengolah air limbah logam berat - rendah. Namun, karena pengotoran yang parah dari membran RO (reverse osmosis) yang digunakan dan penurunan fluks yang cepat, penelitian ini tidak dieksplorasi lebih lanjut.

3. Perawatan lindi

Tempat pembuangan sampah Coffin Butte di Corvallis, Oregon, AS, menghasilkan (2-4) × 104 m3 lindi setiap tahun. Untuk memenuhi standar kualitas air untuk penggunaan lahan, TD efluen harus dikurangi hingga di bawah 100 mg/L.

Prinsip Reverse Osmosis (RO)

Osmosis terbalik adalah tekanan - proses pemisahan membran yang didorong. Untuk menghasilkan tekanan osmotik terbalik, pompa air memberikan tekanan pada larutan garam atau air limbah, mengatasi tekanan osmotik alami dan ketahanan membran. Tekanan ini memungkinkan air untuk melewati membran, sedangkan garam terlarut dan kontaminan di dalam air terperangkap di sisi lain.

1. Aplikasi umum dalam pengolahan air

Air adalah persyaratan material penting untuk kelangsungan hidup dan produksi manusia. Karena meningkatnya kelangkaan sumber daya air tawar, kapasitas tanaman pengolahan air osmosis terbalik di seluruh dunia telah mencapai jutaan ton per hari.

2. Aplikasi dalam air limbah kota

Saat ini, penerapan membran osmosis terbalik dalam pengolahan lanjutan air limbah kota, terutama dalam penggunaan kembali limbah sekunder dan air reklamasi dari pabrik pengolahan limbah, telah mendapat perhatian yang signifikan.

3. Aplikasi dalam pengolahan air limbah logam berat

Metode pengolahan konvensional untuk air limbah yang mengandung ion logam berat hanyalah metode transfer polusi, mengubah logam berat terlarut di air limbah menjadi endapan atau lebih mudah ditangani. Pembuangan akhir sering kali adalah tempat pembuangan sampah, tetapi polusi sekunder yang disebabkan oleh logam berat terhadap air tanah dan air permukaan tetap merupakan ancaman istilah - yang panjang.

4. Aplikasi dalam air limbah berminyak

Air limbah berminyak adalah air limbah industri yang besar dan luas. Jika dipulangkan langsung ke badan air, film ini membentuk film minyak di permukaan yang menghambat pembubaran oksigen, yang mengarah ke penipisan oksigen, biodegradasi, bau busuk, dan polusi ekologis yang serius. Oilfield menghasilkan air dengan kadar minyak 3,5 mg/L dan kadar karbon organik total (TOC) 16-23 mg/L dirawat dengan kualitas air boiler, dan air yang diolah kemudian digunakan kembali sebagai air umpan boiler di pembangkit listrik.

Prinsip dasar ultrafiltrasi (UF) dan mikrofiltrasi (MF)

Ultrafiltrasi dan mikrofiltrasi keduanya terpisah fase cair di bawah pengaruh diferensial tekanan statis. Pada prinsipnya, tidak ada perbedaan penting; Keduanya adalah saring - proses pemisahan berbasis. Di bawah tekanan tertentu, ketika solusi campuran yang mengandung berat - - {{5} {{6} {{5 {6} yang rendah dan low, {6} low, {{7} {{{{8 {{8 {{{8 {{{8 {{{8 {{{{8 {{{8 {{{8 {{{{8 {{8 {8} yang rendah {{{{{{8 {{{8 {{{{8 {{{7 {7 {{{{8 {7 {{{7 {7 {{{{8 {7 {{{7 {{{{8 {{{{{8 {7 {{{7 { Rembeskan membran dan dikumpulkan sebagai permeat. - molekul {{11} {{11} yang tinggi lebih besar dari pori -pori membran (seperti koloid organik) dipertahankan oleh membran dan dipulihkan sebagai konsentrat. Proses pemisahan membran yang dapat mempertahankan molekul dengan berat molekul antara 500 dan 10⁶ disebut ultrafiltrasi; Proses pemisahan membran yang hanya dapat mempertahankan molekul yang lebih besar (sering disebut sebagai partikel terdispersi) disebut mikrofiltrasi.

Aplikasi Ultrafiltrasi dan Mikrofiltrasi Membran

Teknologi ultrafiltrasi dan mikrofiltrasi dapat secara efektif menghilangkan materi partikulat, termasuk mikroorganisme seperti cryptosporidium dan giardia, bakteri, dan virus. Produk sampingan desinfeksi juga dapat dikurangi dengan mengurangi konsentrasi prekursor produk sampingan desinfeksi dan membatasi jumlah oksidan yang dibutuhkan selama proses desinfeksi. Namun, tingkat penghapusan bahan organik dalam air sangat rendah, hanya di bawah 20%. Ultrafiltrasi dan mikrofiltrasi memiliki berbagai aplikasi dan dapat disesuaikan untuk mengobati kualitas air yang berbeda.

Teknologi Membran Nanofiltrasi (NF)

Prinsip nanofiltrasi (NF)

Nanofiltration (nf) adalah teknologi pemisahan membran skala molekul - baru dan topik hangat dalam penelitian pemisahan membran di seluruh dunia. Membran NF memiliki ukuran pori yang melebihi 1 nm, biasanya 1-2 nm. Kinerja retensi zat terlarut mereka terletak di antara membran RO dan UF. Membran RO memiliki tingkat penghapusan tinggi untuk hampir semua zat terlarut, sedangkan membran NF hanya memiliki tingkat penghapusan tinggi untuk zat terlarut tertentu. Membran NF dapat menghilangkan ion divalen dan trivalen, bahan organik dengan Mn lebih besar dari atau sama dengan 200, serta mikroorganisme, koloid, sumber panas, dan virus. Karakteristik utama dari membran nanofiltrasi adalah muatan mereka yang melekat. Ini adalah alasan utama untuk kinerja desalinasi tinggi mereka pada tekanan yang sangat rendah (serendah 0,5 MPa) dan kemampuan mereka untuk menghilangkan garam anorganik bahkan pada cutoff berat molekul beberapa ratus. Ini juga merupakan faktor kunci dalam biaya operasi NF yang rendah. NF cocok untuk berbagai sumber air asin, dengan tingkat pemanfaatan air umumnya mencapai 75% hingga 85%, dan 30% hingga 50% untuk desalinasi air laut. Tidak ada pelepasan air limbah asam atau alkali.

1. Penerapan membran nanofiltrasi dalam air minum

Nanofiltrasi, dengan tekanan operasi yang rendah, adalah proses yang disukai untuk persiapan air minum dan pemurnian yang dalam.

Saat ini, sebagian besar sumber air perkotaan terkontaminasi dengan berbagai tingkat, dan proses pengolahan air konvensional di Waterworks memiliki tingkat penghilangan rendah untuk bahan organik. Disinfeksi klorin, pada gilirannya, bereaksi dengan bahan organik dalam air untuk membentuk produk sampingan yang terhalogenasi. A Four - tahun Ikuti - up Studi oleh Peltier et al. menunjukkan bahwa penggunaan sistem nanofiltrasi mengurangi kadar DOC dalam air hingga rata -rata 0,7 mgc/L, dan kandungan klorin residual dalam limbah turun dari 0,35 mg/L hingga 0,1 mg/L. Pada akhirnya, pembentukan trihalomethanes (THM) dalam jaringan berkurang 50% dibandingkan dengan tidak adanya sistem nanofiltrasi. Selain itu, pengurangan karbon organik terlarut (BCOD) yang dapat terbiodegrada dapat meningkatkan stabilitas biologis dari air yang diproduksi.

Teknologi nanofiltrasi dapat menghilangkan sebagian besar ion seperti kalsium dan magnesium, menjadikan desalinasi aplikasi yang paling banyak digunakan. Teknologi pengolahan air membran mirip dengan pelunakan kapur konvensional dan proses pertukaran ion dalam hal investasi, operasi, pemeliharaan, dan harga, tetapi menawarkan keuntungan seperti lumpur - operasi bebas, tidak ada regenerasi yang diperlukan, penghapusan lengkap padatan yang ditangguhkan dan bahan organik, kemudahan operasi, dan berkurangnya persyaratan ruang, mengarah ke banyak aplikasi. Nanofiltrasi dapat digunakan langsung untuk melunakkan air tanah, air permukaan dan air limbah, dan juga dapat digunakan sebagai pretreatment untuk osmosis terbalik (RO), sistem desalinasi bertenaga fotovoltaik, dll.

2. Penerapan membran nanofiltrasi dalam desalinasi air laut

Desalinasi air laut mengacu pada desalinasi air laut dengan kadar garam 35.000 mg/L ke air minum di bawah 500 mg/L.

3. Penerapan membran nanofiltrasi dalam pengolahan air limbah

(1) limbah domestik

Limbah domestik umumnya diobati dengan kombinasi biodegradasi dan oksidasi kimia, tetapi jumlah oksidan yang digunakan terlalu besar dan ada banyak residu. Xue Gang et al. Menggunakan kombinasi mikro - flokulasi filtrasi bola serat, ultrafiltrasi dan nanofiltrasi untuk melakukan uji skala - kecil pada air limbah mandi hotel. Kualitas air limbah ultrafiltrasi dapat memenuhi kebutuhan air untuk digunakan kembali di hotel pembilasan, penghijauan dan hubungan lainnya, dan kualitas air limbah nanofiltrasi dapat memenuhi standar sanitasi untuk air minum domestik (GB5749.85), dan dapat digunakan kembali dalam cucian hotel, bathhing, dan tautan lainnya dengan kebutuhan air yang lebih tinggi.

(2) Tekstil dan cetak dan pewarnaan air limbah

Pewarna yang terkandung dalam air limbah tekstil sulit dihapus dengan metode biologis. Hassani mempelajari efek konsentrasi, tekanan, total padatan terlarut dan kandungan garam anorganik dari larutan encer asam, aktif, langsung dan bubur pada kinerja retensi membran nanofiltrasi.

(3) Air limbah penyamakan

Air limbah penyamakan kulit mengandung konsentrasi tinggi bahan organik, sulfat dan klorida. Konduktivitas air limbah dalam proses pengawetan mencapai 75ms/cm. BES - Pia menggunakan teknologi NF untuk mendaur ulang penyamakan air limbah. Konsentrat konsentrat - tinggi - dikembalikan ke bagian pengawetan, sedangkan klorida - yang mengandung air dikembalikan ke drum retak.

(4) Air limbah elektroplating

Tanaman elektroplating sering menghasilkan sejumlah besar air limbah. Meskipun menggunakan langkah -langkah perawatan yang kompleks seperti pengasaman, detoksifikasi kimia, sedimentasi dan pemisahan lumpur, air yang diproduksi memiliki kandungan garam yang tinggi dan tidak dapat digunakan kembali.

(5) Air limbah pembuatan kertas

Dalam industri pulp dan kertas, proses seperti homogenisasi, pemutihan dan pembuatan kertas membutuhkan sejumlah besar air. Mencapai sistem air tertutup (semi {{1}) adalah cara terbaik untuk pabrik pulp dan kertas untuk menghemat air dan mengurangi emisi. Air yang diproduksi oleh proses lumpur teraktivasi tradisional masih mengandung beberapa senyawa berwarna, mikroorganisme, antibodi, sejumlah kecil zat biodegrada yang dapat terurai, dan padatan tersuspensi, membuatnya cocok hanya untuk produksi kertas kemasan dan bukan untuk produksi kertas kelas- yang lebih tinggi. Selain itu, proses ini tidak dapat mengurangi kandungan garam anorganik. Koyuncu membandingkan kepraktisan dua proses pengolahan: air → nanofiltrasi dan air limbah pembuatan kertas → lumpur teraktivasi → nanofiltrasi. Eksperimen menunjukkan bahwa sementara kualitas efluen dari kedua metode tersebut serupa, metode kedua menghasilkan fluks yang lebih tinggi, membuat limbah yang cocok untuk digunakan dalam kertas kelas - tinggi. Namun, limbah nanofiltrasi masih mengandung sejumlah garam monovalen, yang mengharuskan penambahan unit osmosis terbalik tekanan {{9} {9} yang rendah untuk menghilangkan garam ini untuk memastikan kualitas air yang bersirkulasi.

Dialisis (D) adalah proses dimana zat terlarut diangkut dari hulu ke hilir membran di bawah pengaruh gradien konsentrasi mereka.

Dialisis adalah teknologi pemisahan membran pertama yang ditemukan dan dipelajari. Namun, karena keterbatasan sistem yang melekat, proses dialisis lambat, tidak efisien, dan tidak memiliki selektivitas. Oleh karena itu, dialisis terutama digunakan untuk menghilangkan komponen berat - - rendah dari solusi yang mengandung beberapa zat terlarut. Misalnya, dalam hemodialisis, membran dialisis menggantikan ginjal untuk menghilangkan komponen berat - {{6} {6} {6} seperti urea, kreatinin, fosfat, dan asam urat, meringankan gejala pasien dengan kegagalan ginjal dan uremia ginjal.

Elektrodialisis (ED) menggunakan selektivitas membran pertukaran ion untuk anion dan kation dalam larutan di bawah pengaruh medan listrik arus searah, menggunakan perbedaan potensial sebagai kekuatan pendorong, untuk memisahkan elektrolit dari larutan. Ini memungkinkan untuk konsentrasi, desalinasi, penyempurnaan, dan pemurnian solusi.

Pengantar membran bipolar

Membran bipolar (BPM) adalah membran baru, biasanya membran pertukaran ion komposit yang terdiri dari lapisan pertukaran anion dan lapisan pertukaran kation. Atau, lapisan ketiga dapat ditambahkan antara lapisan pertukaran anion dan kation untuk mempromosikan disosiasi air, menghasilkan struktur lapisan tiga - yang terdiri dari lapisan pertukaran anion, lapisan pertukaran kation, dan lapisan reaksi menengah. Di bawah aksi medan listrik DC, membran bipolar memisahkan air, menghasilkan H+ dan OH - masing -masing pada membran kation dan anion.

1. Pengobatan fluor - yang mengandung air limbah dan pemulihan fluor yang berharga

Dalam industri fluorocarbon dan uranium (UF6), gas limbah dan air limbah mengandung asam fluor dan organik pada fraksi massa 50 hingga 500 × 10 - 6. Netralisasi dengan kalium hidroksida (KOH) biasanya diperlukan untuk penghapusan total. Solusi KF yang dihasilkan mengandung banyak logam berat (seperti uranium dan arsenik) dan jumlah zat radioaktif. Ca (OH) 2 harus direaksi dengan KF untuk meregenerasi KOH dan menghasilkan limbah yang tidak larut. Metode ini mengakibatkan hilangnya fluor yang berharga dan membuat pengguna dengan masalah cara membuang limbah CA radioaktif (OH) 2. Menggunakan teknologi elektrodialisis membran bipolar, KF dapat secara langsung dikonversi menjadi HF dan KOH, tidak hanya memulihkan fluor bernilai tinggi tetapi juga menghindari penggunaan kapur dan mengurangi jumlah residu limbah yang akan ditangani.

2. Membran bipolar untuk pemurnian dan pemulihan asam dan limbah alkali

Produksi industri menghasilkan sejumlah besar air limbah asam dan alkali, seperti air limbah regenerasi resin pertukaran ion, air limbah acar, timbal - air limbah baterai asam, dan air limbah pabrik kertas. Untuk mengurangi polusi lingkungan, limbah ini harus menjalani perawatan yang diperlukan sebelum keluar, tetapi proses perawatan ini kompleks dan mahal. Elektrodialisis membran bipolar memberikan solusi yang efektif untuk mengobati limbah ini. Pada tahun 1986, negara saya memasang sistem pertukaran elektrodialisis dan ion gabungan di Zhejiang Post dan pabrik pencetakan telekomunikasi untuk mengobati tembaga - yang mengandung air limbah. Air limbah yang diolah mengandung 100 mg/L tembaga dan memiliki pH 6-7, memenuhi standar pelepasan.

3. Perawatan limbah domestik

Limbah domestik biasanya diobati dengan menggunakan kombinasi biodegradasi dan oksidasi kimia, tetapi ini sering menghasilkan dosis dan residu oksidan tinggi. Menambahkan langkah nanofiltrasi antara kedua proses ini memungkinkan molekul kecil (berat molekul relatif<100) that can be degraded by microorganisms to pass through, while retaining larger molecules (relative molecular weight >100) Itu tidak bisa. Molekul besar dirawat dalam pengoksidasi kimia sebelum menjalani biodegradasi. Ini sepenuhnya menggunakan biodegradabilitas, melestarikan penggunaan karbon oksidan dan aktif, dan mengurangi tingkat residu akhir.

4. Pemurnian Air Minum

Dengan meningkatnya polusi air, orang semakin khawatir tentang kualitas air minum. Eksperimen telah menunjukkan bahwa nanofiltrasi membran bipolar dapat menghilangkan produk sampingan yang sedikit beracun yang dihasilkan selama desinfeksi, jumlah herbisida, pestisida, logam berat, bahan organik alami, kekerasan, sulfat, dan nitrat. Ini juga menawarkan keuntungan seperti kualitas air yang diolah tinggi dan stabil, penggunaan bahan kimia rendah, ruang lantai minimal, penghematan energi, dan kemudahan manajemen dan pemeliharaan.

5. Pengobatan logam berat - yang mengandung air limbah

Produksi elektroplating dan paduan sering membutuhkan volume air yang besar untuk pembilasan. Air bilas ini mengandung konsentrasi tinggi logam berat, seperti nikel, besi, tembaga, dan seng. Untuk memastikan bahwa logam berat ini - yang mengandung wastewaters memenuhi persyaratan pembuangan, pendekatan khasnya adalah memperlakukannya dengan menghapusnya melalui curah hujan hidroksida. Menggunakan teknologi membran nanofiltrasi tidak hanya memulihkan lebih dari 90% air limbah, memurnikannya, tetapi juga memusatkan kandungan ion logam berat sepuluh kali lipat, membuat logam berat terkonsentrasi yang berharga untuk didaur ulang.

6. Pengolahan Air Limbah Industri Makanan

N - p membran nanofiltrasi bipolar komposit memiliki efek pemisahan yang kuat pada garam monovalen dan divalen, secara signifikan mengurangi kandungan COD dalam air limbah dan memenuhi standar lingkungan.

7. Prospek masa depan untuk membran bipolar

Sebagai jenis membran baru, membran bipolar, dengan keunggulan uniknya, menawarkan banyak ide dan solusi baru untuk mengatasi long - berdiri tantangan teknis dalam teknik lingkungan. Terus mengembangkan - yang tinggi - membran bipolar kinerja, meningkatkan proses persiapan membran, mengurangi biaya produksi membran, melakukan penelitian mekanisme kedalaman-, mempelajari mekanisme migrasi ion dan pemindahan air dalam membran, mempelajari tinggi {{{4} {4} {4} {4} {4} {4} {4} {4} {4} {4} {4} {4} {4} {4} {4} {4} {4} {4} far - mencapai signifikansi.