超滤—正渗透—膜蒸馏工艺在中药废水资源化利用中的研究

作     者：李冠华 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王全富

授予年度：2022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] 

主      题：中药生产废水 资源回收 正渗透 膜污染 膜蒸馏 

摘      要：我国中药产业发展迅速,其生产废水排放量也日益增加,中药废水属于难处理工业废水之一,对环境构成严重威胁。目前对中药生产废水处理技术的研究主要集中在降解废水中的污染物以达标排放,缺乏对废水中有效物质回收的考虑,处理过程中有效物质生物活性化合物会被降解。本研究中提出了用于中药废水资源回收的超滤-正渗透-膜蒸馏(UF-FO-MD)耦合工艺。以模拟中药废水为原水进行单独的FO实验,考察FO回收生物活性化合物的效果和膜污染对FO工艺的影响。使用实验室自制的UF-FO-MD系统处理实际中药生产废水,研究该工艺在实际中药废水处理中回收生物活性化合物和水资源的有效性以及结合FO后MD工艺的膜润湿情况。本研究先以模拟中药废水为原水进行单独的FO实验,结果证明,不出现膜污染时,FO中甘草酸铵的浓缩系数(4.28)接近于原料液的体积减小系数(4.52),FO可以有效回收生物活性化合物。在膜污染的情况下,FO工艺对TOC、TP仍然表现出良好的去除效果,出水浓度基本小于1 mg/L,对NH-N的去除率下降到73.6%。膜污染还会导致废水中生物活性化合物的回收率下降,甘草酸铵浓缩系数为2.79,明显低于未出现膜污染时(4.28),但甘草酸铵仍被FO膜截留,出水中未被检出,可能是因为部分生物活性化合物吸附于污染层。使用UF-FO-MD耦合工艺处理实际中药生产废水,结果表明,经过UF-FO-MD耦合工艺处理,实际中药生产废水中的大分子有机物、生物活性化合物和水可以得到有效分离。首先,UF工艺对实际废水的TOC和TN去除率分别约为23%、20%,只有小部分有机物被去除,而生物活性化合物(甘草酸铵)则完全透过UF膜。UF是一种有效的预处理方法,去除大分子物质的同时保持了生物活性化合物的完整性。然后,FO工艺对UF滤液中的污染物表现出很好的去除效果,FO出水中只有少量的TOC、TP、TN,分别为0.69、0.8、2 mg/L。对于生物活性化合物的回收,FO工艺成功地截留并浓缩甘草酸铵,FO的稀释汲取液中未检出甘草酸铵。最后,MD工艺在浓缩再生FO工艺的稀释汲取液的同时产生了清洁的再生水,最终出水几乎不含污染物,仅检出微量的TOC为0.17 mg/L,电导率为6.14mS/cm,满足中药生产的工艺用水要求,而再生的汲取液可循环用于FO过程。此外,通过FO和MD的耦合,废水中天然表面活性剂甘草酸铵被FO去除,不与MD膜直接接触,MD膜未发生明显的润湿,避免了之前UF-MD工艺研究中的MD膜润湿问题。总的来说,UF-FO-MD耦合工艺能有效回收中药废水中的有效物质和水资源,可缓解中药生产的淡水供应和废水处理压力,同时产生附加值产品,为中药生产废水的资源化利用提供了一种可行有效的途径。