Résumé des applications de six technologies membranaires dans le traitement de l'eau

Le traitement à la membrane fait généralement référence à la technologie de séparation des membranes, une méthode conçue pour séparer les échantillons mixtes contenant différents composants basés sur le principe de la perméabilité sélective des membranes biologiques. Les membranes utilisées dans la séparation sont des polymères de poids moléculaires- élevés- - conçus et synthétisés selon l'application spécifique, et l'échantillon mixte à séparer peut être liquide ou gaz.

Le principe de l'osmose directe (FO)

Une membrane semi-perméable, perméable uniquement au solvant mais pas au soluté, sépare le solvant et la solution. Sous l'influence de la pression osmotique, les molécules de solvant passent spontanément à travers la membrane du côté solvant dans le côté de la solution. Il s'agit du phénomène de l'osmose, également connu sous le nom de «osmose directe».

1. Désalination de l'eau de mer

L'application de FO dans le dessalement de l'eau de mer est l'un des domaines les plus recherchés. Des recherches sur les applications précoces ont été principalement trouvées dans quelques brevets, mais ces études étaient largement immatures et manquaient de faisabilité élevée.

2. Traitement des eaux usées industrielles

Les premières études ont rapporté l'utilisation de membranes FO pour traiter les eaux usées à faible- de la concentration en métaux lourds. Cependant, en raison de la grave encrassant des membranes RO (osmose inverse) utilisées et de la baisse rapide du flux, cette recherche n'a pas été explorée davantage.

3. Traitement de lixiviat

La décharge de Coffin Butte à Corvallis, Oregon, États-Unis, produit (2-4) × 104 m3 de lixiviat chaque année. Pour répondre aux normes de qualité de l'eau pour l'utilisation des terres, les TD d'effluents doivent être réduits à moins de 100 mg / L.

Principe de l'osmose inverse (RO)

L'osmose inverse est une pression - procédé de séparation de la membrane entraînée. Pour générer une pression osmotique inverse, une pompe à eau applique une pression à une solution saline ou à des eaux usées, surmontant la pression osmotique naturelle et la résistance à la membrane. Cette pression permet à l'eau de passer à travers la membrane, tandis que les sels et les contaminants dissous dans l'eau sont piégés de l'autre côté.

1. Applications communes dans le traitement de l'eau

L'eau est une exigence matérielle essentielle pour la survie et la production humaines. En raison de la rareté croissante des ressources en eau douce, la capacité des usines de traitement de l'eau à osmose inverse dans le monde a atteint des millions de tonnes par jour.

2. Application dans les eaux usées municipales

Actuellement, l'application de membranes d'osmose inverse dans le traitement avancé des eaux usées municipales, en particulier dans la réutilisation des effluents secondaires et de l'eau récupérée des usines de traitement des eaux usées, a reçu une attention significative.

3. Application dans le traitement des eaux usées en métal lourd

Les méthodes de traitement conventionnelles pour les eaux usées contenant des ions de métaux lourds ne sont que des méthodes de transfert de pollution, convertissant les métaux lourds dissous dans les eaux usées en précipités ou plus facilement gérés. L'élimination finale est souvent la décharge, mais la pollution secondaire causée par des métaux lourds aux eaux souterraines et aux eaux de surface reste une longue menace -.

4. Application dans les eaux usées huileuses

Les eaux usées huileuses sont une grande et répandue les eaux usées industrielles. S'il est déchargé directement dans les plans d'eau, il forme un film pétrolier à la surface qui entrave la dissolution de l'oxygène, entraînant une déplétion d'oxygène, une biodégradation, des odeurs nauséabondes et une grave pollution écologique. Le champ pétrolier a produit de l'eau avec une teneur en huile de 3,5 mg / L et une teneur totale en carbone organique (COT) de 16 à 23 mg / L est traitée à la qualité de l'eau de la chaudière, et l'eau traitée est ensuite réutilisée comme de l'eau d'alimentation de la chaudière dans les centrales électriques.

Principes de base de l'ultrafiltration (UF) et de la microfiltration (MF)

Ultrafiltration et microfiltration séparent les deux phases liquides sous l'influence d'un différentiel de pression statique. En principe, il n'y a pas de différence essentielle; Les deux sont des processus de séparation basés sur Sieve -. Sous une certaine pression, lorsqu'une solution mixte contenant un poids moléculaire - élevé - - faible - moléculaire - Les solutés de poids traversent une membrane, le solvant et les solutés de poids faibles que les pores de la membran la membrane et sont collectées sous forme de perméat. Les solutés de poids moléculaires - élevés - sont plus grands que les pores de la membrane (comme les colloïdes organiques) sont conservés par la membrane et récupérés sous forme de concentré. Les processus de séparation des membranes qui peuvent conserver des molécules avec un poids moléculaire entre 500 et 10⁶ sont appelés ultrafiltration; Les processus de séparation des membranes qui ne peuvent conserver que des molécules plus grandes (souvent appelées particules dispersées) sont appelées microfiltration.

Applications des membranes d'ultrafiltration et de microfiltration

Les technologies d'ultrafiltration et de microfiltration peuvent éliminer efficacement les particules, notamment des micro-organismes tels que Cryptosporidium et Giardia, les bactéries et les virus. Les sous-produits de désinfection peuvent également être réduits en réduisant la concentration de précurseurs de sous-produits de désinfection et en limitant la quantité d'oxydants requis pendant le processus de désinfection. Cependant, le taux d'élimination de la matière organique dans l'eau est très faible, seulement en dessous de 20%. L'Ultrafiltration et la microfiltration ont un large éventail d'applications et peuvent être adaptées pour traiter différentes qualités de l'eau.

Technologie de la membrane nanofiltration (NF)

Principe de nanofiltration (NF)

La nanofiltration (NF) est une nouvelle technologie de séparation des membranes moléculaire - et un sujet brûlant dans la recherche de séparation des membranes dans le monde entier. Les membranes NF ont des tailles de pores dépassant 1 nm, généralement 1 à 2 nm. Leur performance de rétention de soluté se situe entre celle des membranes RO et UF. Les membranes RO ont des taux d'élimination élevés pour presque tous les solutés, tandis que les membranes NF n'ont que des taux d'élimination élevés pour des solutés spécifiques. Les membranes NF peuvent éliminer les ions divalents et trivalents, la matière organique avec un MN supérieur ou égal à 200, ainsi que les micro-organismes, les colloïdes, les sources de chaleur et les virus. Une caractéristique clé des membranes de nanofiltration est leur charge inhérente. C'est une raison clé de leurs performances de dessalement élevées à des pressions très faibles (aussi faibles que 0,5 MPa) et de leur capacité à éliminer les sels inorganiques même aux seuils de poids moléculaire de plusieurs centaines. Il s'agit également d'un facteur clé des faibles coûts d'exploitation de NF. NF convient à une variété de sources d'eau salées, les taux d'utilisation de l'eau atteignant généralement 75% à 85% et 30% à 50% pour le dessalement de l'eau de mer. Il n'y a pas de débit d'eaux usées acides ou alcalines.

1. Application des membranes de nanofiltration dans l'eau potable

La nanofiltration, avec sa faible pression de fonctionnement, est le processus préféré de préparation de l'eau potable et de purification profonde.

Actuellement, la plupart des sources d'eau urbaines sont contaminées à des degrés divers, et les processus de traitement de l'eau conventionnels à Waterworks ont de faibles taux d'élimination pour les matières organiques. La désinfection du chlore, à son tour, réagit avec la matière organique dans l'eau pour former des sous-produits halogénés. Une année à quatre - suivez - étude UP par Peltier et al. ont montré que l'utilisation d'un système de nanofiltration réduisait les niveaux de DOC dans l'eau à une moyenne de 0,7 mgc / L, et la teneur résiduelle du chlore dans l'effluent est passée de 0,35 mg / L à 0,1 mg / L. En fin de compte, la formation de trihalométhanes (THM) dans le réseau a été réduite de 50% par rapport à l'absence du système de nanofiltration. De plus, la réduction du carbone organique dissous biodégradable (BCOD) a amélioré la stabilité biologique de l'eau produite.

La technologie de nanofiltration peut éliminer la plupart des ions tels que le calcium et le magnésium, faisant du dessalement son application la plus utilisée. La technologie de traitement de l'eau membranaire est similaire aux processus conventionnels d'adoucissement de chaux et d'échange d'ions en termes d'investissement, d'exploitation, de maintenance et de prix, mais offre des avantages tels que les boues - sans fonctionnement, aucune régénération requise, la suppression complète des solides en suspension et la matière organique, la facilité de fonctionnement et la réduction des exigences spatiales, conduisant à de nombreuses applications. La nanofiltration peut être utilisée directement pour adoucir les eaux souterraines, les eaux de surface et les eaux usées, et peut également être utilisée comme prétraitement pour l'osmose inverse (RO), le système de dessalement alimenté par photovoltaïque, etc.

2. Application de la membrane de nanofiltration dans le dessalement de l'eau de mer

Le dessalement de l'eau de mer fait référence au dessalement de l'eau de mer avec une teneur en sel de 35 000 mg / L pour l'eau potable en dessous de 500 mg / L.

3. Application de la membrane de nanofiltration dans le traitement des eaux usées

(1) eaux usées domestiques

Les eaux usées domestiques sont généralement traitées par une combinaison de biodégradation et d'oxydation chimique, mais la quantité d'oxydant utilisée est trop grande et il existe de nombreux résidus. Xue Gang et al. Utilisé une combinaison de micro - Floculation Fibre Ball Filtration, Ultrafiltration and Nanofiltration pour effectuer un petit test d'échelle - sur les eaux usées de baignade de l'hôtel. La qualité de l'eau de l'effluent d'ultrafiltration peut répondre aux exigences en matière d'eau pour la réutilisation dans le rinçage des toilettes de l'hôtel, l'écologisation et d'autres liens, et la qualité de l'eau de l'effluent de la nanofiltration peut répondre aux normes sanitaires pour l'eau potable domestique (GB5749.85), et peut être réutilisé dans la blanchisserie, le bain et les autres liens avec les exigences supérieures en eau.

(2) Textile et impression et teinture des eaux usées

Les colorants contenus dans les eaux usées textiles sont difficiles à éliminer par des méthodes biologiques. Hassani a étudié les effets de la concentration, de la pression, des solides dissous totaux et de la teneur en sel inorganique des solutions aqueuses acides, actives, directes et dispersées sur les performances de rétention des membranes de nanofiltration.

(3) les eaux usées de bronzage

Les eaux usées de tannerie contient des concentrations élevées de matière organique, de sulfate et de chlorure. La conductivité des eaux usées dans le processus de décapage atteint 75 ms / cm. Bes - PIA utilise la technologie NF pour recycler les eaux usées de bronzage. Le concentré de sulfate de concentration élevé - est renvoyé à la section de décapage, tandis que le chlorure - contenant de l'eau est renvoyé au tambour de fissuration.

(4) électroplate des eaux usées

Les usines d'électroples produisent souvent une grande quantité d'eaux usées. Malgré l'utilisation d'étapes de traitement complexes telles que l'acidification, la détoxification chimique, la sédimentation et la séparation des boues, l'eau produite a une teneur élevée en sel et ne peut pas être réutilisée.

(5) les eaux usées du papier

Dans l'industrie de la pulpe et du papier, des processus tels que l'homogénéisation, le blanchiment et la fabrication du papier nécessitent une grande quantité d'eau. La réalisation d'un système d'eau fermé (semi -) est le meilleur moyen pour les usines de pulpe et de papier de conserver l'eau et de réduire les émissions. L'eau produite par les processus traditionnels de boues activées contient encore des composés colorés, des micro-organismes, des anticorps, une petite quantité de substances biodégradables et des solides en suspension, ce qui le rend adapté uniquement à la production de papier d'emballage et non à la production de papier de qualité - supérieur. De plus, ce processus ne peut pas réduire le contenu des sels inorganiques. Koyuncu a comparé le praticité de deux processus de traitement: eau → nanofiltration et eaux usées du papier → boues activées → nanofiltration. Des expériences ont montré que si la qualité des effluents des deux méthodes était similaire, la deuxième méthode produisait un flux plus élevé, ce qui rend l'effluent adapté à une utilisation dans un papier élevé -. Cependant, l'effluent de nanofiltration contient toujours une certaine quantité de sels monovalents, nécessitant l'ajout d'une unité d'osmose inverse de pression faible - pour éliminer ces sels pour assurer la qualité de l'eau circulante.

La dialyse (d) est le processus par lequel les solutés sont transportés de l'amont en aval d'une membrane sous l'influence de leur gradient de concentration.

La dialyse a été la première technologie de séparation des membranes découverte et étudiée. Cependant, en raison des limitations inhérentes du système, le processus de dialyse est lent, inefficace et manque de sélectivité. Par conséquent, la dialyse est principalement utilisée pour supprimer les composants de poids moléculaires- faibles- - des solutions contenant plusieurs solutés. Par exemple, dans l'hémodialyse, une membrane de dialyse remplace le rein pour éliminer les composants de poids moléculaires toxiques - - tels que l'urée, la créatinine, le phosphate et l'acide urique, atténuant les symptômes des patients atteints de défaillance rénale et d'urémie.

L'électrodialyse (ED) utilise la sélectivité des membranes d'échange d'ions contre des anions et des cations dans une solution sous l'influence d'un champ électrique à courant direct, en utilisant une différence de potentiel comme force motrice, pour séparer les électrolytes de la solution. Cela permet la concentration, le dessalement, le raffinement et la purification des solutions.

Introduction aux membranes bipolaires

Une membrane bipolaire (BPM) est une nouvelle membrane, généralement une membrane d'échange d'ions composite composée d'une couche d'échange d'anions et d'une couche d'échange de cations. Alternativement, une troisième couche peut être ajoutée entre les couches d'échange d'anions et de cations pour favoriser la dissociation de l'eau, résultant en une structure de la couche de trois - constituée d'une couche d'échange d'anions, d'une couche d'échange de cations et d'une couche de réaction intermédiaire. Sous l'action d'un champ électrique DC, la membrane bipolaire dissocie l'eau, générant H + et OH - sur les membranes cation et anion, respectivement.

1. Traitement du fluor - contenant les eaux usées et la récupération de fluor précieux

Dans les industries du fluorocarbone et de l'uranium (UF6), les gaz déchets et les eaux usées contiennent du fluor et des acides organiques à des fractions de masse de 50 à 500 × 10 - 6. La neutralisation avec l'hydroxyde de potassium (KOH) est généralement requise pour le retrait complet. La solution KF résultante contient de nombreux métaux lourds (tels que l'uranium et l'arsenic) et des traces de substances radioactives. CA (OH) 2 doit être réagi avec KF pour régénérer le KOH et produire des déchets insolubles. Cette méthode entraîne la perte de fluor précieux et laisse aux utilisateurs le problème de l'élimination des déchets radioactifs de Ca (OH) 2. En utilisant la technologie de l'électrodialyse de la membrane bipolaire, KF peut être directement converti en HF et KOH, non seulement en récupérant le fluor de grande valeur, mais en évitant également l'utilisation de chaux et en réduisant la quantité de résidus de déchets à manipuler.

2. Membranes bipolaires pour la purification et la récupération des eaux usées acides et alcalines

La production industrielle génère une grande quantité d'acide et d'eaux usées alcalines, telles que les eaux usées de régénération de la résine d'échange d'ions, les eaux usées de pickling, le plomb - des eaux usées de la batterie d'acide et les eaux usées de la moulin à papier. Pour réduire la pollution de l'environnement, ces eaux usées doivent subir un traitement nécessaire avant la sortie, mais ce processus de traitement est complexe et coûteux. L'électrodialyse de la membrane bipolaire fournit une solution efficace pour traiter ces eaux usées. En 1986, mon pays a installé un système combiné d'électrodialyse et d'échange d'ions à l'usine d'impression du Post Zhejiang et des télécommunications pour traiter le cuivre - contenant des eaux usées. Les eaux usées traitées contenaient 100 mg / L de cuivre et avaient un pH de 6-7, répondant aux normes de décharge.

3. Traitement des eaux usées domestiques

Les eaux usées domestiques sont généralement traitées en utilisant une combinaison de biodégradation et d'oxydation chimique, mais cela entraîne souvent des doses et des résidus d'oxydant élevés. L'ajout d'une étape de nanofiltration entre ces deux processus permet de petites molécules (poids moléculaire relatif<100) that can be degraded by microorganisms to pass through, while retaining larger molecules (relative molecular weight >100) Cela ne peut pas. De grandes molécules sont traitées dans un oxydant chimique avant de subir une biodégradation. Cela utilise pleinement la biodégradabilité, conserve l'oxydant et l'usage du carbone activé et réduit le niveau de résidu final.

4. purification de l'eau potable

Avec l'augmentation de la pollution de l'eau, les gens sont de plus en plus préoccupés par la qualité de l'eau potable. Des expériences ont montré que la nanofiltration de la membrane bipolaire peut éliminer les sous-produits légèrement toxiques générés lors de la désinfection, des traces d'herbicides, des pesticides, des métaux lourds, de la matière organique naturelle, de la dureté, des sulfates et des nitrates. Il offre également des avantages tels que la qualité de l'eau traitée élevée et stable, une faible utilisation chimique, un espace de plancher minimal, des économies d'énergie et une facilité de gestion et d'entretien.

5. Traitement du métal lourd - contenant des eaux usées

L'électroples et la production d'alliages nécessitent souvent de grands volumes d'eau pour le rinçage. Cette eau de rinçage contient des concentrations élevées de métaux lourds, comme le nickel, le fer, le cuivre et le zinc. Pour s'assurer que ces métaux lourds - contenant des eaux usées répondent aux exigences de décharge, l'approche typique est de les traiter en les supprimant par des précipitations d'hydroxyde. L'utilisation de la technologie de la membrane de nanofiltration récupère non seulement plus de 90% des eaux usées, la purifiant, mais concentre également la teneur en ions du métal lourd, ce qui rend les métaux lourds concentrés précieux pour le recyclage.

6. Traitement des eaux usées de l'industrie alimentaire

N - p Les membranes de nanofiltration bipolaire composites ont un fort effet de séparation sur les sels monovalents et divalents, réduisant considérablement la teneur en DCO dans les eaux usées et répondant aux normes environnementales.

7. Perspectives futures pour les membranes bipolaires

En tant que nouveau type de membrane, les membranes bipolaires, avec leurs avantages uniques, offrent de nombreuses nouvelles idées et solutions pour résoudre les défis techniques debout longs - en génie environnemental. Continuing to develop high-performance bipolar membranes, improving membrane preparation processes, reducing membrane production costs, conducting in-depth mechanism research, studying the mechanisms of ion migration and water transfer in membranes, studying high-performance bipolar membrane materials and preparation, and broadening application areas are of Far - atteignant la signification.