發(fā)布時(shí)間：2020-08-14 10:14

【摘要】：作為膜分離技術(shù)的一個(gè)新的分支,正滲透這項(xiàng)新技術(shù)以低能耗、高效率、污染小、工藝簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)等眾多優(yōu)勢(shì)正成為新的研究熱點(diǎn)。然而,汲取液的選擇及其回收與回用依然是限制其發(fā)展應(yīng)用的主要問題之一。本文采用pH響應(yīng)汲取液聚合電解質(zhì)汲取液(聚丙烯酸鈉,PAA-Na)作為正滲透膜分離技術(shù)的汲取液,在產(chǎn)生較高滲透通量、低反滲透通量的同時(shí),還能在低能耗下實(shí)現(xiàn)高效地回收與回用。除此以外,PAA-Na特有的生物可降解性還可以降低原料液側(cè)的汲取液的累積,不對(duì)微生物性能產(chǎn)生影響,從而使得正滲透膜生物反應(yīng)器可以持續(xù)地進(jìn)行中長(zhǎng)期運(yùn)行。最后,由于微生物燃料電池技術(shù)能在胞外產(chǎn)電菌的作用下將有機(jī)廢水中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能,我們將其運(yùn)用于正滲透膜分離系統(tǒng)中,可以原位地對(duì)pH響應(yīng)汲取液PAA-Na進(jìn)行無加堿回收與回用的同時(shí),其產(chǎn)電細(xì)菌在陽極表面生長(zhǎng)的特性(生物膜法)延緩正滲透膜組件的膜污染,降低污水處理的能耗,為污水處理提供新的節(jié)能途徑。本論文研究工作分為五個(gè)部分:聚合電解質(zhì)汲取液(聚丙烯酸鈉,PAA-Na)的性能與回收機(jī)理探究、pH響應(yīng)汲取液應(yīng)用于正滲透膜分離(FO)的運(yùn)行特性研究、浸沒式FO系統(tǒng)的運(yùn)行特性研究、可降解PAA-Na汲取液在正滲透膜生物反應(yīng)器(OMBR)的運(yùn)行特性研究、電化學(xué)正滲透膜生物反應(yīng)器(BES-OMBR)原位回收pH響應(yīng)汲取液PAA-Na及系統(tǒng)的滲透性能與產(chǎn)電效能評(píng)價(jià)。主要研究結(jié)果如下:pH顯著影響汲取液PAA-Na在水溶液中的水力學(xué)直徑,當(dāng)高于響應(yīng)pH時(shí),PAA-Na 呈 聚合電解質(zhì)溶液狀態(tài);當(dāng)?shù)陀陧憫?yīng) pH 時(shí),PAA-Na 呈 聚合體狀態(tài),因 此響應(yīng) pH直接影響著回收過程中酸堿使用量。使用調(diào)節(jié)pH與微濾相結(jié)合的回收方法回收汲取液PAA-Na時(shí),可以獲得較高的回收效率,并使得損失的PAA-Na在回收水中的濃度很低(60～67 mg/L)。在使用25 wt%2000 PAA-Na時(shí)達(dá)到最高回收效率99.99%。聚合電解質(zhì)PAA-Na作為汲取液進(jìn)行FO試驗(yàn)時(shí),使用蒸餾水作為原料液,滲透通量隨著濃度的升高而升高,隨著分子量的升高而降低,最高滲透通量在使用25wt%2000 PAA-Na時(shí)達(dá)到18.0 ± 0.5 LMH,此時(shí)的鹽反滲透通量(RSF)為0.11 ± 0.01 gMH,鹽水反滲透比(JS/JW)為6.1±0.3mg/L,此時(shí)的運(yùn)行費(fèi)用為0.259CNY/m3。聚合電解質(zhì)PAA-Na作為汲取液進(jìn)行浸沒式FO試驗(yàn)時(shí),使用蒸餾水作為原料液,系統(tǒng)可以持續(xù)在170-h內(nèi)產(chǎn)生滲透通量,滲透通量隨著濃度的升高而升高,最高滲透通量在使用30 wt%2000 PAA-Na時(shí)達(dá)到14.5 LMH,此時(shí)的鹽反滲透通量(RSF)為0.18 gMH,溶質(zhì)在原料液側(cè)的濃度為132 mg/L。聚合電解質(zhì)PAA-Na作為汲取液進(jìn)行OMBR試驗(yàn)時(shí),使用模擬廢水作為原料液,系統(tǒng)可以持續(xù)在110-h內(nèi)產(chǎn)生滲透通量,滲透通量隨著濃度的升高而升高,所產(chǎn)生的最高滲透通量是在使用30 wt%2000 PAA-Na時(shí)達(dá)到11.4 LMH,此時(shí)的鹽反滲透通量(RSF)為0.18 gMH,此時(shí)溶質(zhì)在原料液側(cè)的濃度為43 mg/L,總COD濃度為56mg/L,汲取液在原料液中的最大降解速率為6 mg/(d·m3),總COD在原料液中的最大降解速率為63 mg/(d.m3);經(jīng)過600-h的運(yùn)行(五個(gè)循環(huán)),系統(tǒng)所產(chǎn)生的滲透通量?jī)H下降1.3%,原料液無TOC和氨氮的累積,整個(gè)運(yùn)行過程去除COD的費(fèi)用為2.121～4.354 CNY/kg COD。聚合電解質(zhì)PAA-Na作為汲取液進(jìn)行BES-OMBR試驗(yàn)時(shí),使用模擬廢水作為原料液,系統(tǒng)能夠產(chǎn)生穩(wěn)定且較高的滲透通量和電流密度。滲透通量隨著分子量的增加而降低,隨著濃度的升高而升高,所產(chǎn)生的最高滲透通量在使用32 wt%2000 PAA-Na時(shí)達(dá)到12.6 ±0.5 LMH,此時(shí)的鹽反滲透通量(RSF)為0.05 ±0.00 gMH。在BES-OMBR運(yùn)行60-h后,最大滲透通量在5次回收過程中呈現(xiàn)下降的趨勢(shì),回收的汲取液比初始的汲取液所產(chǎn)生的滲透通量下降4.2～6.8%。運(yùn)行過程由于不可避免的汲取液PAA損失(3～20 mg/L),最終出水COD為65～71 mg/L。在汲取液四次回收后,其高效的回收效率(99.36～99.87%)使得汲取液PAA在回收水中的濃度很低(15～21 mg/L),且此時(shí)的運(yùn)行費(fèi)用為0.350 CNY/m3。BES-OMBR系統(tǒng)所產(chǎn)生的電流密度與滲透通量的趨勢(shì)相同,最高的電流密度能夠在使用32 wt%2000 PAA-Na時(shí)達(dá)到159 ±6 A/m3。使用調(diào)節(jié)pH與微濾相結(jié)合,以及BES-OMBR系統(tǒng)陰極電解液pH上升相結(jié)合的回收方法來回收汲取液2000 PAA-Na時(shí),第一次回收的汲取液所產(chǎn)生的最大電流密度(175 A/m3)比初始產(chǎn)生的電流密度(164 A/m3)更大,接下來的4次回收過程所產(chǎn)生電流密度逐漸降低。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X703
【圖文】：

ＩＣＰ邐ＥＣＰ逡逑圖１－２邋Ｆ０非對(duì)稱膜中發(fā)生的ＩＣＰ和ＥＣＰ的示意圖逡逑Ｆｉｇ．１－２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ＩＣＰ邋ａｎｄ邋ＥＣＰ邋ｗｉｔｈ邋ｔｈｅ邋ａｃｔｉｖｅ邋ｌａｙｅｒ邋ａｇａｉｎｓｔ邋ｔｈｅ邋ｄｒａｗ邋ｓｏｌｕｔｉｏｎ逡逑１．２．２正滲透汲取液的選擇逡逑導(dǎo)致ＦＯ發(fā)展緩慢的主要原因之一是汲取液的選擇。汲取液是由汲取溶質(zhì)溶于水后逡逑形成的，能夠產(chǎn)生滲透壓進(jìn)而驅(qū)動(dòng)正滲透過程。因此，選擇汲取液的關(guān)鍵在于選擇汲取逡逑溶質(zhì)，相關(guān)研宄指出，適宜的、理想的汲取溶質(zhì)必須同時(shí)具備以下相關(guān)特征［１７’１８］：邋（１）逡逑能產(chǎn)生較高的滲透壓，即溶質(zhì)具有較高的溶解度及有較低的分子量以便能產(chǎn)生高的滲透逡逑壓，從而產(chǎn)生高的膜通量，高的滲透壓將帶來高的水通量和純水回收率；（２）由于汲取逡逑液中的溶質(zhì)或多或少會(huì)反滲到原料液中，汲取溶質(zhì)必須是無毒無害的；（３）為確保正滲逡逑透膜具有較長(zhǎng)的使用壽命，汲取溶質(zhì)應(yīng)該與正滲透膜化學(xué)相容，不改變膜材料的性能和逡逑結(jié)構(gòu)；（４）由于汲取液中二價(jià)陽離子如Ｃａ２＋，邋Ｍｇ２＋會(huì)與料液中的溶解性有機(jī)物結(jié)合導(dǎo)逡逑致膜污染

邐出水＾；逡逑濃鹽水邐＇邐Ｉ邐Ｉ邐＿a膳觥觶哄義賢跡保癡負(fù)Ｋ蜒蝸低沖義希疲椋紓保沖澹模澹螅幔歟椋睿幔簦椋錚鑠澹櫻螅簦澹礤澹猓澹疲錚潁鰨幔潁溴澹希螅恚錚螅椋簀義希跺義

本文編號(hào)：2792897