纳微泡协同陶瓷膜处理有机废水的研究
作者单位：北京化工大学
学位级别：硕士
导师姓名：余江;汪杰
授予年度：2020年
学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学]
摘 要：工业有机废水具有毒性高、色度大、浓度高的特点,这一类废水处理难度大,传统的膜生物反应器方法占地面积大,费用高,容易产生膜污染。本课题的目的是找到一种新的组合工艺处理有机废水,从而提高膜处理效率,缓解膜污染。本课题用纳微泡代替膜生物反应器中的生物,将纳微泡与陶瓷膜结合,形成一种新的“膜氧化反应处理工艺,简称“MOR。本课题比较了纳微泡与陶瓷膜分别对模型污染物染料甲基橙（MO）的去除,分别探究了其影响因素,对比了单独陶瓷膜过滤甲基橙废水与MOR处理甲基橙的处理效率和陶瓷膜污染状况,以及陶瓷膜表面负载氧化催化剂以后形成的“Cu-MOR对甲基橙的去除和对膜污染的缓解状况。通过扫描电镜、红外分析和接触角的测定,观察了陶瓷膜表面的形貌、膜面官能团的变化和陶瓷膜膜面亲疏水性的特征,以下为本课题的研究内容:1)将管式陶瓷膜制作成陶瓷膜组件,以死端过滤的方式用陶瓷膜过滤甲基橙模拟废水,首先搭建了陶瓷膜过滤装置,通过试验确定装置的陶瓷膜孔径、陶瓷膜尺寸、跨膜压差等运行参数,分别探究温度、pH值、浓度和操作压力分别对陶瓷膜装置过滤甲基橙时去除率以及膜污染状况的影响,实验得出原始陶瓷膜实际孔径为43.6nm,确定过滤甲基橙最合适浓度为8mg/L,最适温度为20-30℃,pH对其过滤影响不大,当蠕动泵的泵速为100r/min时,试验运行过程中甲基橙最大去除率为20%,实验运行60min时,膜通量与初始膜通量的比值为50%,较其他泵速条件下的膜污染状况良好。2)采用射流器为主要元件制成纳微泡产生装置,整个装置将废水槽、气液混合泵、射流器、压力表、液体流量计等串联起来,形成一个循环系统,废液槽中的废水循环在射流器处通过增压、吸气、释压后喷出纳微泡,同时气泡破裂释放羟基自由基,调节纳微泡产生装置的运行参数,此装置在气液混合泵和射流器两处吸入空气,在废水槽中产生乳白色的胶团状纳微泡,产生纳微泡时的气体流量分别为1.6L/min和36mL/min,压力表示数为0.22Mpa,液体流量计的示数为14L/min;以甲基橙为模拟污染物,通过此装置对甲基橙进行去除,试验运行60min,此装置产生的纳微泡对8mg/L的甲基橙去除率可达32.5%,纳微泡不断地将有机物打断,最终降解为二氧化碳和水,实现完全矿化,无二次污染。3)构建了纳微泡协同陶瓷膜组成的膜氧化（MOR）废水处理工艺。在一定条件下,对8mg/L的甲基橙进行处理,相同条件下对甲基橙去除率最高时达47.5%,实验运行60min,去除率基本稳定在25%,高于陶瓷膜单独对甲基橙的去除率20%,另外,MOR体系处理甲基橙,试验运行60min,MOR的膜通量与初始膜通量的比值为70%,高于单独陶瓷膜处理甲基橙的55%,纳微泡的加入提高了甲基橙去除率,缓解了陶瓷膜污染。4)以硝酸预处理后的管式陶瓷膜为载体,在陶瓷膜的外表面及表面孔道处负载铜的氧化物,使陶瓷膜具有较高的亲水特性,在马弗炉焙烧可以提高Cu2+的分散度,再结合纳微泡组合成新的Cu-MOR体系,Cu-MOR组合工艺在相同条件下处理8mg/L的甲基橙模拟废水,其处理效率提高了 5%～30%,陶瓷膜污染状况明显得到了改善,硝酸预处理增加了陶瓷膜表面及孔隙的含氧量,铜的氧化物的加入促进了纳微泡对甲基橙分子的去除,同时缩小了陶瓷膜的孔径,增大了对甲基橙分子的截留作用,使最大出水效率明显增加,色度有效去除,处理染料废水达到国家标准。
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