Tehnička pozadina
Posljednjih godina nedostatak vode i zagađenje su glavni problemi koji kucaju razvoj ljudskog društva. Kako koristiti efikasnu tehnologiju za obradu vode za dobivanje slatke vode od morske vode i bočačke vode, te za recikliranje industrijske otpadne vode, ključ je za rješavanje vodene krize.
Kao efikasna tehnologija za pročišćavanje vode, tehnologija odvajanja membrane ima karakteristike visoke efikasnosti, kontinuiranog rada i snažne kontrolerice, a široko se koristi u poljima od desalinacije morske vode i industrijskog pročišćavanja otpadnih voda.
Međutim, tehnologije poput elektrodialize (elektrodija) i reverzne osmoze (RO) u tehnologiji odvajanja membrane još uvijek imaju problema poput niske toplotne iskorišćene brzine, visoke potrošnje energije, visokog radnog pritiska i srednjeg zagađenja. Stoga su nove tehnologije odvajanja membrane dobile široku pažnju.
PREGLED
Tehnologija destilacije membrane (MD) je tehnologija odvajanja separacije sa niskim temperaturama razvijena sa razvojem desalinacije reverzne osmoze. Kao nova vrsta membranske tehnologije, ima dobre perspektive aplikacije u polju industrijskog pročišćavanja otpadnih voda zbog svojih blagih radnih uvjeta, visoke stope proizvodnje vode, dobrog razdvajanja i upotreba industrijskog otpadnog topline. Istovremeno, u usporedbi s tradicionalnim membranskim tehnologijama pod pritiskom, poput nanofiltracije i reverzne osmoze, destilacija membrane ne zahtijeva visoku kvalitetu sirove vode. Prilikom tretiranja visoko-koncentracije i teško degradiranja otpadnih voda može se dobiti visokokvalitetna izlazna voda, a korištena je za liječenje tipičnih industrijskih otpadnih voda.
Princip
Membranska destilacija se jednostavno može smatrati kombinacijom membranske separacije i tehnologije destilacije. To je proces odvajanja koji koristi hidrofobnu mikroporoznu membranu kao medij za odvajanje i koristi razliku tlaka pare na obje strane membrane kao pokretačku silu. Jedna strana membrane je u direktnom kontaktu sa sirovom tečnošću. Kroz temperaturnu razliku na obje strane membrane, na površini pore hidrofobne membrane formira se međuprostor plin-tečnost. Tekuća voda isparava u paru i prolazi kroz pore membrane, kondenzujući se u destilovanu vodu na drugoj strani membrane. Nehlapljive tvari otopljene u vodi neće migrirati s vodenom parom, čime se postiže odvajanje, koncentracija i pročišćavanje tečnosti za napajanje.
Suština procesa membranske destilacije je proces prijenosa topline i prijenosa mase, a kod membranske destilacije prijenos topline i prijenos mase se odvijaju istovremeno.
Metoda plina visokog brzina koji prolazi kroz fazni komoru za zasićenu paru, a zatim se kondenzi naziva zvanje gas-čišćenja membrane, a metoda izvlačenja pare iz fazne komore za plin putem vakuuma i kondenzacije naziva se vakuumskim destilacija membrane;
Metoda izravne tekuće vode za hlađenje kroz fazu pare za apsorpciju zasićene pare naziva se direct Contact Membrana destilacija;
Metoda korištenja rashladne vode kroz izmjenjivače topline za trenutnu kondenzaciju zasićene pare u komori parne faze naziva se destilacija membranske zračne šupljine.
Klasificirati
Tokom postupka destilacije membrane, jedna strana membrane nalazi se u direktnom kontaktu sa tekućinom za dovod, a druga strana se može podijeliti u četiri različita oblika prema različitim metodama kondenzacije (vidi sliku 1): Direct Contact Membrana destilacija (DCMD) , Membranska destilacija zračnog jaza (AGMD), destilacija membrane plina (SGMD) i destilacija vakuum membrane (VMD).
Dvije strane DCMD membrane su u kontaktu s tekućinom feeda i cirkuliranje vode za hlađenje. Razlika tlaka pare formirana od razmene temperature Transmembrane vozi čitav postupak odvajanja membrane, a prožeta vodena para je kondenzirana u kružnosti rashladne vode.
AGMD je sličan DCMD-u, ali se dodaje kondenzacijska ploča između vruće strane membrane i cirkulirajuće vode za hlađenje, sa hlađenjem zraka u sredini u sredini. Nakon što vodene pare prođe kroz membranu, kondenzira se na rashladnoj ploči i sakuplja se.
SGMD direktno koristi suhi plin za neprekidno čišćenje pukiranja distilacijske membrane, a prožete vodene pare uzima se iz uređaja za destilaciju membrane i sakupljane i sakupljene.
VMD koristi vakuum pumpu za pumpanje propusne strane kako bi se formirao određeni vakuum, a vodena para se ekstrahuje i hladi nakon prolaska kroz membranu.
PREDNOST
(1) Proces membranske destilacije izvodi se gotovo pri normalnom pritisku, uz jednostavnu opremu i jednostavan rad. Također je moguća implementacija u područjima sa slabom tehničkom snagom;
(2) U procesu membranske destilacije nehlapljive vodene otopine otopljene tvari, budući da samo vodena para može proći kroz pore membrane, destilat je vrlo čist, za koji se očekuje da postane efikasno sredstvo za pripremu velikih razmjera i niske cijene. ultra čiste vode;
(3) Ovaj proces može tretirati vodene otopine ekstremno visoke koncentracije. Ako je otopljena tvar supstanca koja se lako kristalizira, otopina se može koncentrirati do prezasićenog stanja i doći će do kristalizacije membranske destilacije. To je jedini membranski proces koji može direktno odvojiti kristalni proizvod od otopine;
(4) komponenta destilacije membrane može se lako dizajnirati u latentni obrazac za oporavak topline i ima fleksibilnost za formiranje velikog proizvodnog sustava s efikasnim malim membranskim komponentama;
(5) U ovom procesu nema potrebe za zagrijavanjem otopine do tačke ključanja. Sve dok se temperaturna razlika između dvije strane membrane održava na odgovarajući način, proces se može provesti. Moguće je koristiti jeftinu energiju kao što je solarna energija, geotermalna energija, topli izvori, fabrička otpadna toplota i topla industrijska otpadna voda.
Primjena
1. Petrohemijske otpadne vode
Tradicionalni proces petrohemijskog tretmana otpadnih voda - proces "stara tri seta", odnosno "odvajanje ulja-koagulacija-filtracija" ili "odvajanje ulja-flotacija-filtracija", teško je ispuniti standard za ponovno ubrizgavanje otpadnih voda za kvalitet tretirane vode. Trenutno, reverzna osmoza (RO) i napredni proces oksidacije (AOP) se koriste za petrohemijsko prečišćavanje otpadnih voda, ali RO ima visoku potrošnju energije, visoke zahtjeve za kvalitetom ulazne vode i nisku stopu povrata vode. AOP tehnologija koju predstavlja Fenton zahtijeva dodavanje hemikalija, što stvara veliku količinu mulja. U poređenju sa tradicionalnom tehnologijom desalinizacije, membranska destilacija može tretirati otpadnu vodu sa TDS-om do 350,000 mg/L, može raditi na nižem pritisku i ima bolju prilagodljivost petrohemijskim otpadnim vodama.
Određena inženjerska primjena pokazuje da je stopa desalinizacije DCMD-a u tretmanu visoko mineraliziranih petrokemijskih otpadnih voda čak 99%, a može efikasno ukloniti druge zagađivače kao što je organski ugljik. Međutim, membranska destilacija ima veliku potrošnju energije i nije toliko ekonomična kao RO. U poređenju sa membranskim tehnologijama vođenim pritiskom (kao što je RO), membranska destilacija ima manju tendenciju stvaranja kamenca, ali skaliranje membrane i vlaženje membrane će dovesti do smanjenja brzine proizvodnje vode i kvaliteta vode, posebno u uslovima visokog oporavka. Kako bi se odgodilo vlaženje membrane, membrana za destilaciju može se modificirati kako bi se poboljšala svojstva membrane protiv obraštanja i vlaženja.
2. Odsumporavanje otpadnih voda iz termoelektrana na ugalj
Konvencionalni metode liječenja za odsumporavanje otpadnih voda uključuju fizičke, hemijske i biološke metode. Među njima se često koriste hemijske metode za uklanjanje SS-a i teških metala, ali kada se kvaliteta vode i volumen vode uvelike fluktuiraju, efikasnost uklanjanja ove metode nije velika, a CL i F- ne mogu se efikasno ukloniti. Kada se flokulacija koristi za uklanjanje SS i metalnih taloga, brzina odvajanja je spora jer su metalni talomi na submicron ili nanometar u veličini. Membranske tehnologije kao što su mikrofiltracija (MF) i ultrafiltracija (UF) korištena su za pročišćavanje otpadnih voda, ali tretirana otpadna voda ne mogu se izravno isprazniti ili ponovo koristiti zbog visoke koncentracije TDS-a. Destilacija membrane ne zahtijeva visoku kvalitetu utjecajnih voda, a može učinkovito tretirati otpadne vode koja sadrži visoko koncentraciju. Primio je sve veću pažnju na polju pročišćavanja otpadnih voda.
Upotreba tehnologije destilacije membrane za liječenje otpadnih voda od smulfurizacije mogu dobiti visokokvalitetnu izlaznu vodu. Međutim, zbog prisustva zagađivača niskog površinskog energije u otpadnoj vodi, lako je uzrokovati vlaženje i kontaminaciju membrane, što će dovesti do pogoršanja kvalitete vodostaja, skratite servisni vijek membrane i povećati troškove liječenja.
Posljednjih godina, kao odgovor na probleme membranske kontaminacije i vlaženja membrane, kombinirani procesi su dobili posebnu pažnju. Studije su otkrile da spojnu membranu destilacija s drugim procesima (poput FO-MD) ima bolji efekti tretmana od tehnologije pojedinačne membranske destilacije i može efikasno usporiti kontaminaciju i vlaženje membrane i povećati servisni vijek membrane. Studije su pokazale da kombiniranje magnetske koagulacije i membranske destilacije za desulfurizaciju pročišćavanja otpadnih voda može dobiti visokokvalitetnu izlaznu vodu, a membrana ne prikazuje vlaženje membrane u dugoročnom radu.
3. Radioaktivne otpadne vode
Trenutno je glavni proces pročišćavanja radioaktivnog otpadnog voda u mojoj zemlji flokulacijski razmenjivanje padavina-isparavanje-Ion, u kojem će flokulacijsko padavina i jonska razmjena proizvesti veliki broj sekundarnih zagađivača, a potrošnja energije koncentracije isparavanja je previsoka. Studije su pokazale da membranske tehnologije pod pritiskom poput RO mogu učinkovito odvojiti radioaktivne tvari, ali efikasnost uklanjanja RO za Boron iznosi samo 40% do 80%. Iako se brzina uklanjanja borić može povećati podešavanjem pH, zbog puferijskog efekta borne kiseline, potrebno je dodati veliku količinu alkalije za podešavanje za povećanje borone slanosti, i na taj način smanjenje vodenog izlaza Ro.
Da bi se uklonili mali jonski radioaktivni izotopi u otpadne vode, potrebno je kombinirati membransku tehnologiju koja se pogoršava pritiskom s kemijskim kompleksom. Ključ leži u regeneraciji složenog agenta, a potrebna je dodatna filtracija. Kada membranska destilacija tretira radioaktivne otpadne vode, osmotski pritisak i polarizacija koncentracije imaju malo utjecaja na membranski tok, a može raditi u visokoj slanici.
The results show that when membrane distillation is used for radioactive wastewater treatment, the retention rate of radionuclides in wastewater is as high as 99%. Boric acid is an expensive filler in controlled pressure reactors. The use of hybrid membrane processes such as NF-VMD can achieve boric acid purification and meet the reuse requirements (boric acid concentration>40g/L). Osim toga, rastvorljivost borne kiseline značajno se mijenja s temperaturom. Membranska destilacija kristalizacije (VMDC) može u potpunosti iskoristiti ovu funkciju za koncentriranje borne kiseline u otpadnoj vodi.
Kontakt između destilacijskih membrana i radioaktivnih supstanci može lako uništiti stabilnost membrane, pa čak i uzrokovati degradiranje membrane. Stoga bi destilaciona membrana trebala imati dovoljno zračenja. Studije su pokazale da modifikacija fluoriranja membrane može poboljšati otpornost na zračenje membrane.
4. Koksne otpadne vode
CAKING otpadnih voda ima očajni miris i sadrži veliki broj toksičnih i teških zagađenja. Tradicionalne tehnologije za tretman uglavnom uključuju fizičke i hemijske metode liječenja, poput vađenja otapala fenolnih spojeva i skidanje amonijaka, kao i biološke metode liječenja, poput aktivnog načina mulja. Međutim, tretirana otpadna voda i dalje sadrži veliku količinu soli i biorazgradivih spojeva, poput policikličkih aromatskih ugljovodonika i heterocikličkih spojeva.
Nakon pretrasnog procesa kao što su uklanjanje ulja i destilacije amonijaka, otpadne vode za kokiranje mogu i dalje održavati temperaturu od oko 50 stepeni, što pruža povoljne uslove za destilaciju membrane da bi se koristila industrijska otpadna voda za tretiranje otpadnih voda. Posljednjih godina, primjena tehnologije destilacije membrane za kokiranje pročišćavanja otpadnih voda postepeno je postala istraživačka žarišna točka. Rezultati istraživanja pokazuju da destilacija membrane ima visoku efikasnost uklanjanja za neaktivne supstance, a stopa uklanjanja zagađivača u otpadnim vodama uglavnom je iznad 98%.
Međutim, hidrofobni zagađivači u otpadnoj vodi, kao što su aromatični ugljovodonici i heterociklična jedinjenja, pokazuju jak afinitet prema hidrofobnim membranama, što može lako dovesti do vlaženja membrane i onečišćenja membrane. Svojstva membrane protiv obrastanja i vlaženja mogu se poboljšati prethodnim tretmanom otpadne vode ili modifikacijom membrane.
5. Farmaceutske otpadne vode
U membranskoj tehnologiji, RO ima dobar učinak tretmana farmaceutskih otpadnih voda, ali je potrošnja energije velika, a RO ima loš učinak tretmana niskomolekularno neutralnih spojeva kao što je N-nitrozodimetilamin (NDMA). Poslednjih godina tehnologija membranske destilacije postepeno se koristi za tretman farmaceutskih otpadnih voda. U literaturi se membranska destilacija koristi za farmaceutski tretman otpadnih voda, a brzina uklanjanja lijekova kao što su antibiotici i fenolna jedinjenja iz otpadne vode može biti i do 99%. Međutim, hidrofobne supstance u otpadnoj vodi lako se stvaraju na površini membrane, smanjujući protok membrane. Predtretman otpadnih voda kao što su flokulacija i taloženje, u kombinaciji sa membranskom destilacijom, može efikasno ublažiti stvaranje kamenca na membrani i poboljšati brzinu uklanjanja lekova u farmaceutskoj otpadnoj vodi. Pored toga, kombinovanje drugih procesa sa membranskom destilacijom (kao što je proces spajanja MBR-MD) može efikasno ukloniti tragove lekova u otpadnoj vodi.
Prospekt
Tehnologija membranske destilacije naglo se razvila posljednjih godina i počela se koristiti za tretman tipičnih industrijskih otpadnih voda kao što su petrokemijske otpadne vode, otpadne vode od sumporanja i otpadne vode od koksanja, ali se suočava s mnogim problemima kao što su niska stopa iskorištenja topline, visoka cijena membrane, zagađenje membrane i vlaženje.
Daljnja istraživanja potrebna su iz sljedećih aspekata:
① Smanjite potrošnju energije iz sistem destilacije membrane, poboljšajte efikasnost korišćenja topline i dalje provoditi istraživanje o solarnom energiji, geotermalnim i drugim tehnologijama spojnica sa destilacijom membrane;
② Razviti nove membranske materijale, Dizajn Dijeverne komponente membrane i poboljšanje membranskog fluksa;
③ Za mehanizam za formiranje i preventivne mjere spajanje membrane, utjecaj karakteristika za iskrcavanje, membranske karakteristike, operativnog okruženja i materijalnih karakteristika na mehanizmu za fauliranje u mehanizmu za fauliranje može se duboko raspravljati;
④ Trenutno postoji malo istraživanja o procjeni životnog ciklusa membranske destilacije.
Stoga je provođenje procjene životnog ciklusa sistema membranske destilacije također jedan od budućih pravaca istraživanja.