1. 研究目的与意义(文献综述包含参考文献)
{title}1.苯胺废水介绍(1)苯胺是芳香胺类最有代表性的物质,是一种具有芳香气味的无色油状液体,作为一种重要的有机化工原料,被广泛的应用于制药业、印染业、农业等行业,由于苯胺废水具有很强的生物毒性且不易生物降解,对环境和水体的污染相当严重。
(2) 为减轻苯胺废水对环境的污染苯胺类有机废水的处理技术主要可以概括为三大类:物理法、化学法和生物法。
其中物理法又包括吸附法、萃取法、液膜分离法等;化学法包括化学氧化法、光催化氧化法、超临界水氧化法、湿式氧化法和电化学降解法等;生物法则包括好氧生化降解法、厌氧生化降解法、优势菌处理法等。
2.膜蒸馏原理与应用在过去二十年中,淡水的供应和需求逐渐增加。
在这种情况下,膜蒸馏(MD)是一种很有前途的高盐水脱盐技术。
MD是一种热驱动分离(微滤)过程,其中只有蒸汽分子能够通过多孔疏水膜。
膜蒸馏(MD)是一种热膜强化分离过程,由疏水多孔膜上的温度梯度引起的部分蒸汽压差驱动。
通常情况下,Olatunji和Camacho模拟膜蒸馏配置的热质传递机制和框架或柱型MD模块涉及膜热进料侧液体的蒸发、蒸汽通过膜孔的扩散以及膜渗透侧蒸汽的冷凝。
扩散到膜渗透侧后的蒸汽回收机制因膜蒸馏配置的类型而异。
这种分离过程是由多孔疏水膜表面之间存在的蒸汽压差驱动的。
膜蒸馏有许多吸引人的特点,例如与传统工艺相比,操作温度较低;溶液(主要是水)不一定要加热到沸点。
此外,MD中遇到的静水压力低于反渗透(RO)等压力驱动膜工艺中使用的静水压力。
因此,MD有望成为一种经济高效的工艺,对膜特性的要求也较低。
在这方面,可以使用较便宜的材料,例如塑料,从而缓解腐蚀问题。
根据汽液平衡原理,MD工艺具有较高的截留系数。
事实上,从理论上讲,完全分离是会发生的。
此外,MD所需的膜孔径相对大于其他膜分离工艺,如RO。
因此,MD工艺受到的污染较少。
MD系统可以与其他分离过程相结合,创建一个集成的分离系统,如超滤(UF)或RO装置。
此外,MD有能力利用替代能源,如太阳能。
MD工艺在淡盐水和海水淡化方面具有竞争力。
这也是从水溶液和废水[7]中去除有机和重金属的有效方法。
MD还被用于处理放射性废物,产品可以安全地排放到环境中[8]。
然而,MD也存在一些缺点,如渗透通量低(与RO等其他分离工艺相比),由于浓度和温度极化现象,渗透通量对进料条件的浓度和温度很敏感。
此外,膜内截留的空气引入了进一步的传质阻力,这也限制了MD渗透通量。
此外,传导损失的热量相当大。
膜蒸馏的各种潜在应用领域包括海水淡化行业,用于从微咸水、海水和采出水生产纯净水;用于加工牛奶和浓缩果汁的食品工业;从血液和蛋白质溶液中去除纯水的生物医学和制药行业;用于染料去除的纺织工业;用于酸浓缩、酒精和水混合物分离的化学工业;更普遍的是用于废水处理3.几种膜蒸馏技术(1)直接接触膜蒸馏(DCMD)在DCMD结构中,热溶液(进料)与热膜侧面直接接触。
因此,蒸发发生在进料膜表面。
蒸汽通过膜的压差移动到渗透侧,并在膜组件内冷凝。
由于疏水特性,进料无法穿透膜(膜孔内仅存在气相)。
DCMD是最简单的MD配置,广泛用于食品工业或酸生产中的脱盐过程和水溶液浓缩。
这种设计的主要缺点是热传导损失。
(2)气隙膜蒸馏(AGMD)。
进料溶液仅与膜表面的热侧直接接触。
在膜和冷凝表面之间引入停滞空气。
蒸汽穿过气隙,在膜元件内的冷表面上冷凝。
这种设计的好处是减少了传导造成的热量损失。
然而,会产生额外的传质阻力,这是一个缺点。
这种结构适用于脱盐和去除水溶液中的挥发性化合物。
这种配置的主要缺点是,小体积的渗透液在大体积的扫气中扩散,需要一个大的冷凝器。
值得一提的是,AGMD和SGMD可以结合在一个称为恒温扫气膜蒸馏(TSGMD)的过程中。
在这种情况下,惰性气体通过膜和冷凝表面之间的间隙。
一部分蒸汽在冷凝表面(AGMD)上冷凝,其余蒸汽通过外部冷凝器(SGMD)在膜室外部冷凝。
(3)吹扫气体膜蒸馏(SGMD),在SGMD中惰性气体用于吹扫渗透膜侧的蒸汽,使其在膜组件外部冷凝。
有一个气体屏障,如AGMD,以减少热损失,但这不是静止的,这提高了传质系数。
这种结构有助于从空气中去除挥发性化合物(4)恒温扫气膜蒸馏(TSGMD)结合了SGMD和AGMD的概念。
在TSGMD中,通过在系统中加入冷壁,沿模块长度的驱动力得到增强,从而降低了扫气温度。
引入冷室的扫气与渗透液和冷壁温度接触,导致可冷凝蒸汽和热量在气体中积聚,从而导致温度、浓度和流量的变化。
(4)真空膜蒸馏(V膜蒸馏)是一种很有前途的高盐度废水处理技术。
在VMD配置中,泵用于在渗透膜侧产生真空。
冷凝发生在膜组件外部。
传导损失的热量可以忽略不计,这被是一个巨大的优势。
这种类型的MD用于分离挥发性水溶液。
3.膜分离技术作为一种新的分离技术,成为当今实用性研究的热点,其中膜蒸馏-结晶是通过将MD与结晶器相结合,以从盐水中回收水和盐的过程。
MDC具有处理高盐度溶液的潜力,无需额外的后处理,并可提高水回收率、减少盐水处理问题、加快结晶速度并缩短晶体的感应时间。
作为一种新的分离技术,MDC与传统的蒸发结晶不同,MDC可在低温操作,所需的能量比传统的蒸发晶体更小,并可针对所需的晶体的晶型和尺寸分布(CSD)有良好的控制优势。
MDC中溶剂的蒸发发生在膜组件中,溶液与MDC中的膜直接接触,疏水膜既是气液分离的界面,又是促进异相成核的活性界面。
MDC通过精确控制溶液过饱和度,有助于获得均匀的结晶盐。
因此,MDC是一种从废水中回收盐的有前途的技术。
参考文献[1]. Abdullah Alkhudhiri, Naif Darwish, Nidal Hilal, Membrane distillation: A comprehensive review,Desalination (2012)2-18[2]. Yushan Shao, Mingguang Han, Yingqi Wang, Guannan Li, Wu Xiao, Xiangcun Li,Xuemei Wu, Xuehua Ruan, Xiaoming Yan, Gaohong He, Xiaobin Jiang,Superhydrophobic polypropylene membrane with fabricated antifoulinginterface for vacuum membrane distillation treating high concentrationsodium/magnesium saline water,Journal of Membrane Science,(2019)240-252[3] Samuel O. Olatunji and Lucy Mar Camacho,Department of Environmental Engineering, Texas AL-1,阴离子主要以氯离子为主,含量约为66.30 gL-1,及微量的硝酸根离子存在于废水中。
(2)膜蒸馏-结晶通过将MD与结晶器相结合,以从苯胺废水中回收水和盐,无需额外的后处理,并可提高水回收率、减少盐水处理问题、加快结晶速度并缩短晶体的感应时间,在处理苯胺废水上是可行的。
2.研究手段(1)在对RO废水的成分进行详细分析后,分别考察不同进料流速、温度、浓度和MD方式等对MD处理性能的影响。
并且通过膜清洗和料液预处理的方法研究MD过程中的膜污染现象。
(2)膜蒸馏-结晶过程处理结晶母液:利用膜蒸馏-结晶处理高盐高有机含量的 苯胺废水,考察不同进料流速、温度对进料侧晶体粒径分布和表面形貌的影响,并对不同时间所得晶体进行成分分析。
同时对废水进行预处理,考察不同pH值、硫酸亚铁、双氧水的投加量等条件对COD和色度去除率的影响。
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