压力驱动及电驱动膜法水软化技术研究现状与展望

水的软化处理是将硬水中的Ca、Mg等可溶性盐除去的过程,是脱盐及盐资源化工序的工程化运行和饮用水安全保障过程中至关重要的一环。本文介绍了以分盐型纳滤为代表的压力驱动膜过程和以选择性电渗析为代表的电驱动膜过程在水软化中的基本原理,综述了相关工艺应用于水软化过程的技术研究进展,详细分析了多种膜法水软化系统的技术特点和优劣势,对分盐型纳滤与选择性电渗析进行了对比,并对未来膜法水软化技术的可能研究方向进行了展望。     

电去离子水软化技术的实验研究

阐述了电去离子水软化技术的原理,并对超滤/电去离子(UF/EDI)工艺用于常规自来水脱硬,制备常低压工业锅炉软化水进行了实验研究.EDI水软化过程的特征曲线表明,该过程工况与传统电渗析过程相似,但分离效率显著提高.对于电导率627μS/cm的UF原水,实验条件下EDI软化过程的总脱盐率达到65%,而Ca2 、Mg2 的去除率则分别达到99.7%和99.97%,产品水硬度＜0.05 mg/L.研究表明,EDI工艺有望发展成为继纳滤之后的又一高效膜软化水新技术.     

工业循环冷却水旁流软化-净化处理技术进展

概括叙述了工业循环冷却水系统旁流处理在节约用水量、降低处理成本、改善水处理效果和减轻排污水环境污染等方面的作用,深入分析了石灰-纯碱软化、弱酸树脂软化和膜分离技术等软化或净化处理单元的工艺原理、影响因素和研究进展,重点介绍了HEROTM、电渗析"零排放"、Hydronautics"零排放"和三级旁流处理技术等组合工艺的基本流程、工艺特点和应用前景,探讨了工业循环冷却水旁流处理技术的研究方向和具体要求.     

纳滤海水软化过程中膜污染的研究进展

由于海水成分复杂性以及纳滤膜纳米级膜孔与特殊荷电性,纳滤在海水软化过程中的膜污染现象和机理较其它膜(微滤、超滤、反渗透)更为复杂.目前,膜污染已成为纳滤大规模应用于海水软化领域的瓶颈之一和该领域的研究热点.本文综述了有关国内外纳滤海水软化过程中膜污染的研究进展,以及膜污染的表征手段,并针对目前研究现状提出了建议.     

“化学软化+TUF”组合工艺在焚烧厂垃圾渗滤液的应用研究

采用“化学软化+TUF”对焚烧厂垃圾渗滤液MBR产水进行预处理,探究了不同Ca(OH)₂加药量的软化效果、管式超滤膜的运行稳定性及组合工艺的处理效果、膜污染控制方式和反渗透运行稳定性。结果表明：Ca(OH)₂加药量占比为90%时,组合工艺对硬度、SiO₂、COD的去除率分别为94.3%、66.7%、30.0%,出水浊度为0.22 NTU,说明组合工艺对硬度、COD、SiO₂、浊度均有较好的去除效果。管式膜产水平均通量在390 L/(m²·h)左右,运行压力稳定在0.25 MPa,通量和压力运行稳定,反洗通量恢复性好。采用HCl(5%)+NaOH(3%)+NaClO(5%)的化学清洗方式可能较好地恢复膜通量。组合工艺除硬除浊处理后,后续反渗透运行稳定性明显改善。本研究可以为“化学软化+TUF”在焚烧厂渗滤液废水预处理阶段的应用提供参考。     

纳滤膜脱盐性能及其在海水软化中应用的研究

选择了ESNA1型纳滤膜对NaCl、MgCl2、Na2SO4、MgSO4等4种无机单盐水溶液体系进行分离实验;考察操作压力和料液浓度等的变化对纳滤膜分离性能的影响及纳滤膜脱盐的稳定性,得到一些纳滤膜脱盐的规律;并对ESNA1膜在人工海水和海水软化脱盐中的应用作了初步探索.无机盐体系脱盐实验结果显示:随操作压力升高和料液浓度增大,ESNA1膜对4种盐溶液中的离子的截留率分别增大和减小,操作压力和料液浓度的变化对一价盐溶液的截留率影响较大,对二价盐溶液的截留率影响较小.人工海水和海水软化脱盐试验结果显示:ESNA1纳滤膜在实验过程中稳定性好,在较低的操作压力下膜通量也较高,且ESNA1纳滤膜对Ca2 、Mg2 、SO42-离子的截留率均＞90%,初步判断此种纳滤膜可用于海水软化预处理.     

软化+微滤膜工艺处理填埋场渗滤液的中试研究

以阜阳市某生活垃圾填埋场渗滤液为研究对象,针对渗滤液高硬度、低碱度的特点,考查软化+微滤膜中试工艺对填埋场总硬度的处理效能,分析微滤膜运行参数对膜通量和产水流量的影响.中试结果表明:软化+微滤膜工艺可有效去除水源中钙镁离子污染问题,控制软化装置的反应池pH在11.5,总硬度(以CaCO3计)的去除率在94％以上,出水总硬度(以CaCO3计)稳定<100 mg/L.软化微滤工艺对渗滤液中COD的平均去除率为16.2％.单支微滤膜正常运行,反洗频率30 min时,可将膜通量恢复至初始通量的90％以上.由中试可知,微滤膜具有良好的抗污染性能,在进膜污泥浓度为4.97 g/L及以上时,初始膜通量仍能保持较高值.     

络合超滤-软化水过程的模型分析

采用吸附-两性模型探讨了聚电解质-离子配位体的组成,指出了阴、阳离子因吸附到聚电解质上形成聚电解质-离子配位体,其在膜表面的吸附,导致膜表面的荷电,得出了络合超滤对离子截留的截留机理除了络合效应外,可能还与膜表面的静电相互作用有关。分析了络合超滤软化工艺取代反渗透阻垢工艺的可行性。     

药剂软化中臭氧与混凝预处理的比较

将臭氧、混凝工艺分别与传统药剂软化工艺结合,考察组合工艺的软化效果并就促进机理进行分析。在水中n(Ca):n(总碱度)=1:1的情况下,臭氧-药剂软化法较传统药剂软化法硬度去除率增幅为5.7%,混凝-药剂软化法增幅为52.07%。臭氧预处理虽然可以有效地破坏不饱和官能团,但其氧化产物多为小分子有机物,仍然具有阻垢作用,导致臭氧预处理效果不佳。混凝工艺通过去除大分子有机物来促进软化过程,无抑制软化产物生成,因此混凝工艺更适合作为药剂软化的预处理工艺。     

CO2再生离子交换法在工业水处理中应用的探讨

ＣＯ２再生离子交换法是一离子交换的新工艺。由于这种工艺采用价廉而对环境无污染的ＣＯ２作再生剂，所以这种工艺颇为人们所重视。本文讨论了这种工艺的原理，介绍了在水的软化和脱盐处理中采用这种工艺的初步结果，最后对这种工艺在工业水处理中推广应用的前景进行了探讨。     

纳滤膜软化技术在海岛饮用水制备中的应用

本文以海岛高硬度苦咸水为水源 ,采用纳滤膜软化技术制备饮用水 ,系统连续正常运行 2 7个月 ,淡化水符合国家生活饮用水卫生标准。文中还以纳滤的分离特点及高硬度下实际运行的注意点作了进一步的探讨     

水的硬度对反渗透膜结垢的影响研究

当反渗透进水硬度过高时,容易污堵膜,需要采用预处理进行软化,文章研究了进水在经过双碱软化之后,硬度下降60％,但产水电导率和COD与没有经过软化时相比较没有大的变化,都能够达到很高的去除率.最重要的是膜的污堵状况得到了很大的改善,使得膜的清洗周期延长到没有软化前的三倍.     

Dual layer composite nanofiltration hollow fiber membranes for low-pressure water softening

Nanofiltration (NF) membrane process has become increasingly attractive due to their unique characteristics to selectively remove specific compounds or ions. The most commonly NF membranes are negatively charged which is unsuitable for hardness removal. Therefore, the development of novel NF membranes with a positively charged skin has become a key issue for low pressure water softening.     

操作条件对NF90膜软化水过程的影响

以模拟硬水为水样,针对压力、温度和pH值等操作因子对NF90型纳滤膜软化水过程的影响进行了试验研究。结果表明,在处理暂时硬度为300 mg.L-1(以CaCO3计)的硬水时,NF90膜有较高的通量和Ca2+截留率,适用于水质软化过程。在操作压力为0.5～2.0 MPa、温度为13℃～37℃、水样pH值为6.0～8.0的条件下,膜通量随操作压力、温度的升高而升高,但受pH值的影响不大。在试验条件范围内,Ca2+的截留率均>97%。     

纳滤工艺深度处理焦化废水的中试研究

以焦化废水为研究对象,考察了取消超滤预处理系统后,纳滤处理系统对该类废水污染物的处理效果。结果表明:纳滤工艺可直接应用于焦化废水的深度处理,COD去除率稳定在70%以上,出水COD维持在45mg/L以下;对氨氮的去除率可达50%以上;对总硬度的脱除率达96%以上,出水硬度维持在3.5 mg/L左右,各项水质均优于循环冷却水要求。虽然单独纳滤工艺稳定运行周期相对双膜工艺较短,但两种工艺的污染差异可通过化学清洗加以消除。     

电化学-微滤耦合工艺对循环水钙硬度的结晶分离

为解决工业冷却循环水系统中水垢沉积导致换热效率降低和管路腐蚀等问题,本文提出了一种电化学-微滤耦合反应体系,以Ti/SnO_2-Sb₂O₅-RuO₂-IrO₂钛滤膜为阴极,利用电解过程营造的局域强碱性和本身的微滤功能,同步实现钙硬度的高效结晶与分离。在膜反洗阶段,倒极后钛滤膜为阳极,其原位电解产生的H⁺能够溶解附着在膜表面和孔道内的水垢,实现水垢的剥离。结果表明,膜孔径越小,钙硬度去除率越高,以孔径为2μm的钛滤膜作阴极时,钙硬度去除率可达79%。电流密度从1mA/cm²增加到5mA/cm²时,钙硬度去除率从28%增加至86%,但电流密度进一步增加至10mA/cm²后,钙硬度去除率下降至78%。碱度增加有利于钙硬度的去除,当[HCO₃^-]/[Ca²⁺]摩尔比从0.7∶1提升至1.4∶1时,钙硬度去除率从53%增加至83%。当流速从5mL/min增加到20mL/min时,钙硬度去除率从84%下降至46%,能耗由3.06kWh/kgCaCO₃降为1.38kWh/kgCaCO₃,远低于传统电化学除硬体系。膜表面滤饼形成和膜孔内堵塞是引起钛滤膜污染的主要机制,经极性反转后,膜通量可恢复至78%左右。XRD和SEM分析表明,钛滤膜表面富集的CaCO₃主要为方解石晶型。电化学-微滤耦合除硬以及膜反洗过程主要由电子驱动,避免了大量膜清洗剂的使用,为循环水系统中硬度离子的去除提供了新思路。     

陶瓷膜连续反应器的设计与工程应用

膜反应器是结合膜技术和反应器,将反应和分离两个单元操作耦合成为一个单元过程的系统,可简化流程、节约成本、提高产品质量并减少环境污染。本文就陶瓷膜连续反应器运行过程中存在的膜与反应过程优化、超细颗粒吸附、膜污染等关键问题作了阐述,并以重要的沉淀反应与非均相催化反应为对象,介绍了连续膜反应器的设计及工程应用进展。     

A review of nanoparticle-enhanced membrane distillation membranes: membrane synthesis and applications in water treatment

Membrane distillation (MD) is a thermally driven process that uses low-grade energy to operate and has been extensively explored as an alternative cost-effective and efficient water treatment process compared to conventional membrane processes. MD membranes are synthesized from hydrophobic polymers, e.g. polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE) or polypropylene (PP), using various methods including phase inversion and electrospinning techniques. Recent literature on MD membranes clearly shows their important role in surface water/wastewater treatment and seawater desalination. Modification of MD membranes with nanoscale materials significantly improves their performance, preventing wetting and fouling. This review presents a critical assessment of the progress on the use of nanomaterials for the modification of MD membranes. The techniques commonly used to synthesize MD membranes, the modifications that have been adopted for the incorporation of nanomaterials onto membranes, and the unique properties these nanomaterials impart on the membranes are discussed. The use of modified membranes in different MD configurations and their application in groundwater, surface water, wastewater, brackish water and seawater treatment is reviewed. Finally, cost implications, commercial viability, environmental sustainability, and future prospects of MD are also discussed to elucidate promising approaches for a future and successful implementation of MD at an industrial scale. © 2019 Society of Chemical Industry     

The membrane emulsification process—a review

Membrane emulsification has received increasing attention over the last 10 years, with potential applications in many fields. In the membrane emulsification process, a liquid phase is pressed through the membrane pores to form droplets at the permeate side of a membrane; the droplets are then carried away by a continuous phase flowing across the membrane surface. Under specific conditions, monodispersed emulsions can be produced using this technique. The purpose of the present paper is to provide a review on the membrane emulsification process including: principles of membrane emulsification, influence of process parameters and industrial applications. Small‐scale applications such as drug delivery systems, food emulsions, and the production of monodispersed microspheres are also included. Compared with conventional techniques for emulsification, membrane processes offer advantages such as control of average droplet diameter by average membrane pore size and lower energy input. Copyright © 2004 Society of Chemical Industry