1. Tecnología de ósmosis directa (FO)

1.1Principios de ósmosis directa(FO)

Se utiliza membranas semipermeables que sólo pueden pasar disolventes para separar las moléculas solubres. Bajo la condición de presión osmótica, la molécula solubres entra espontáneamente al lado de la disolución desde el lado del disolvente. Esto es el fenómeno osmótico, que también se denomina ósmosis directa.

1.2Aplicación de la ósmosis directa en el tratamiento de agua

1.2.1 Desalinización de agua de mar

En la desalinización, FO es uno de los más utilizados en sus campos de investigación. La investigación de aplicación temprana se utilizó principalmente en los patentes, sin embargo, estas investigaciones no eran maduras y tampoco fiables.

1.2.2 Tratamiento en aguas residuales industriales

En la investigación inicial, informó que la membrana FO podría ser utilizada en el tratamiento de aguas residuales de metales pesados a baja concentración. Sin embargo, debido a la grave contaminación de RO (Osmosis Inversa) y la rápida disminución del flujo, no se puede desarrollar profundamente.

1.2.3 Tratamiento de lixiviado de vertederos

Cada año el vertedero de CoffinButte, localizado en Corvallis, Oregon, los EEUU, producen (2-4)×104m3 del lixiviado. Para alcanzar el estándar de calidad del agua en la utilización de la tierra, el TDS de la producción de agua debe reducir hasta debajo de 100mg / L.

2. Tecnología de Membrana RO

2.1Principios de ósmosis inversa (RO)

La ósmosis inversa es un proceso de separación de membrana que toma la presión como la fuerza impulsora, para producir la presión osmótica durante el uso, hace falta aplicar presión a la solución salina o agua residual con bomba para superar la presión natural y la resistencia de la membrana, a fin de pasar el agua a través de la membrana de ósmosis inversa, detiene el sal solubre e impurezas contaminadas al otro lado de la membrana de ósmosis inversa.

2.2Aplicación de la membrana RO en el tratamiento de agua

2.2.1 Aplicación normal en el tratamiento del agua

El agua es la condición indispensable para la vida humana y la actividad productora. Debido a la escasez de recursos de agua dulce, la capacidad de tratamiento de agua RO en el mundo ha llegado a millones de toneladas por día.

2.2.2 Aplicación en alcantarillado urbano

En la actualidad, se ha atribuido gran importancia a la aplicación de la membrana de RO, especialmente en la reutilización de la segunda etapa de salida de agua en la planta de tratamiento de aguas residuales y reciclaje de agua recuperada.

2.2.3 Aplicación en el tratamiento de aguas residuales de metales pesados

El tratamiento convencional de aguas residuales de metales pesados es la transferencia de la contaminación, lo que significa transferir los metales pesados disueltos en las aguas residuales a sedimentos u otras formas de fácil tratamiento. La disposición final es realizar el relleno, pero la segunda contaminación de los metales pesados sigue perjudicando el agua subterránea y las aguas superficiales a largo plazo.

2.2.4 Aplicación en aguas residuales oleosas

El agua residual aceitosa es un tipo de agua residual a gran magnitud. Si se vierte al agua directamente, la película de aceite se formará en la superficie del agua y detendrá el oxígeno disolviéndose en el agua de manera que conduzca la hipoxia del agua, la muerte biológica, el olor y la contaminación grave al medio ambiente ecológico. Tome el agua del campo petrolífero de 3.5mg / L de aceite y carbón orgánico total de (16 ~ 23) mg / L (TOC), y después trate el agua para alcanzar la calidad del agua de la caldera. Este es el proceso de tratamiento de aguas residuales aceitosas y la reutilización para el agua de caldera en la planta de energía.

3. Tecnología de Membranas MF y UF

3.1Principios Fundamentales de Ultrafiltración (UF) y Microfiltración (MF)

Tanto UF como MF son procesos que hagan la separación de fase líquida bajo el impulso de la diferencia de presión estática. Tienen poca diferencia en principios y ambos son procesos de separación de tamices. Bajo una cierta presión, cuando la disolución mezclada de solutos de alta y baja molécula pasa por la superficie de la membrana, el disolvente y solutos de baja molécula (tal como sal inorgánica) que tiene menor tamaño que los poros de membrana filtra por la membrana y recogidos como lixiviado; los solutos de alta molécula cuyo tamaño es mayor que los poros de la membrana (tal como coloide orgánico) será interceptado y recogido como solución concentrada. El proceso de separación por membrana que puede interceptar el peso molecular mayor que 500 y menor que 106 se denomina UF; el proceso de separación por membrana que puede interceptar las partículas moleculares más grandes (usualmente llamadas partículas dispersas) es el MF.

3.2Aplicación de Membranas UF y MF

UF y MF pueden eliminar eficazmente materias particuladas, incluyendo microorganismos, tales como cryptococcus, giardia, bacterias y virus. También pueden reducir los subproductos de desinfección a través de las formas de disminuir la concentración de los precursores de subproductos y restringir la demanda de oxidantes en el proceso de desinfección. Sin embargo, la tasa de eliminación del organismo en el agua es muy baja, un poco menos del 20%. UF y MF se utilizan ampliamente, se aplica a tratar agua de diferente calidad.

4. Tecnología de Membranas NF

4.1Principio de Nanofiltración (NF)

NF es un nuevo tipo de tecnología de separación por membrana molecular, que es también uno de los temas candentes en el campo de la separación por membrana. El diámetro de poro de la membrana NF es mayor que 1 nm, y usualmente es 1-2 nm; el rendimiento de intercepción a solutos se encuentra entre la membrana RO y la membrana UF; la membrana RO tiene una alta tasa de eliminación para todos los solutos , pero la membrana NF sólo tiene una alta tasa de eliminación de solutos especiales. La membrana NF puede eliminar el ion divalente, el ión trivalente, el organismo Mn≥200, el microorganismo, el coloide, la fuente de calor y el virus,ect. La característica principal de la membrana NF es que el cuerpo de membrana lleva cargas, por eso NF tiene un alto rendimiento de desalinización bajo una presión baja (sólo 0,5 MPa) y la membrana con cientos moleculares de intercepción podría eliminar las sales inorgánicas, y NF tiene un menor costo de operación. NF se adapta a una variedad de agua salada, y la utilización de agua es generalmente de 75% a 85%, a la desalinización la utilización de agua es entre 30% y 50%, sin descarga de aguas residuales alcalinas y ácidas.

4.2Aplicación de Membranas de nanofiltración en el tratamiento del agua

4.2.1 Aplicación de Membranas de nanofiltración en Agua Potable

Debido a la pequeña presión de operación, la nanofiltración es el proceso prioritario para la fabricación y la purificación profunda de agua potable.

En la actualidad, las fuentes de suministro de agua en la mayoría de las ciudades están contaminadas en diversos grados, y el proceso de tratamiento convencional en la planta de agua potable tiene una baja tasa de eliminación para el organismo en el agua. Mientras que adoptan el cloro para esterilizar y desinfectar, el cloro con el organismo en agua producen subproductos halogenados. De acuerdo con los estudios de seguimiento de cuartro años por Peltier: utilizando el sistema NF, el DOC se reduce a un promedio de 0.7mgC / L, el contenido de cloro residual se reduce a 0.1mg / L desde 0.35mg / L, finalmente la formación de trihalometanos (THMs) en la red se reducirá en un 50% en comparación con el sistema sin el NF. Además, debido a la disminución del carbono biológico orgánico disuelto (BCOD), se mejorará la estabilidad biológica del agua producida.

La tecnología NF puede eliminar la mayoría de los iones Ca, Mg, por lo que la tecnología NF puede ser ampliamente utilizada en el campo de la desalinización. En el campo de la inversión, la operació, el mantenimiento y el precio, la tecnología de tratamiento con membranas es similar al proceso de ablandamiento tradicional con la cal y el intercambio de iones, pero tiene muchas ventajas, así como sin lodos y regeneración, la remoción completa de sólidos suspendidos y materia orgánica, la operación fácil y el ahorro de ocupación, y ha sido utilizado en muchos campos. La nanofiltración puede utilizarse en el ablandamiento de aguas subterráneas, superficiales y residuales, así como el pretratamiento de la ósmosis inversa (RO) y el sistema de desalinización solar fotovoltaica.

4.2.2 Aplicación de Membranas de nanofiltración en la desalinización de agua de mar

La desalinización del agua de mar se refiere a desalar el agua de mar con la salinidad de 35000mg / L al agua potable con la salinidad por debajo de 500mg / L.

4.2.3 Aplicación de Membranas de nanofiltración (NF) en el tratamiento de aguas residuales

(1)Aguas residuales domésticas

Las aguas residuales domésticas se tratan generalmente con la combinación de la biodegradación y la oxidación química, pero necesita gran cantidad de oxidantes y tiene muchos residuos. Xue Gang, etc. hacen una prueba para el agua residual del baño en el hotel adoptando el proceso de filtración, UF y NF con bola de fibra microfloculada. La calidad del agua salida de la UF podría cumplir con los estándares de reutilización del agua en el enjuague de baño y la forestación,ect. Y la calidad de agua salida de la NF puede cumplir con los estándares sanitarios de agua potable (GB5749.85), por lo que podría reutilizarse en la lavandería, el baño y otros campos que requiere un nivel superior de agua en el hotel.

(2)Aguas residuales de textil y teñido

Es difícil eliminar el tinte en las aguas residuales textiles con el método biológico. Hassani ha estudiado los efectos en el rendimiento de la retención de membranas de nanofiltración como la acidez, la actividad, las concentraciones de soluciones de colorantes directos y dispersos, la presión, los sólidos disueltos totales y los contenidos de sales inorgánicas.

(3)Aguas residuales de curtiduría

Las aguas residuales de la curtiduría contienen una alta concentración de organismo, sulfato y cloruro, y el valor de conductancia de las aguas residuales en el proceso de lavado ácido alcanza a los 75ms / cm. Bes-Pia adopta la tecnología de nanofiltración para recuperar las aguas residuales de la curtiduría, y el agua concentrada de sulfato con alta concentración vuelve a la etapa de lavado ácido y el agua producida de cloruro es devuelta al tambor de remojo.

(4)Aguas residuales de galvanización

La planta de galvanización produce una gran cantidad de residuos líquidos. Aunque a través del complejo proceso de acidificación, inocuidad química, sedimentación y lodos separados, el agua producida contiene alta salinidad y no puede reutilizarse.

(5)Aguas Residuales para la fabricación de papel

En la industria de pulpa y papel, el proceso de homogenado, blanqueo y fabricación de papel necesita una gran cantidad de agua. La recirculación cerrada del sistema de agua es la mejor manera de ahorrar agua y reducir la descarga para la planta de pulpa y papel. El agua producida en el proceso tradicional de lodos activados contiene compuestos coloreados, microorganismos, anticuerpos y pocos biodegradables y sólidos suspendidos, por lo que sólo se puede utilizar en la fabricación de papel de embalaje, y no se puede utilizar en la fabricación de papel de nivel superior. Además, este método no puede reducir el contenido de sal inorgánica. Koyuncu compara la viabilidad de dos procesos de tratamiento, agua →NF y las aguas residuales de fabricación de papel →lodos activados → NF. La prueba muestra que la calidad de agua salida de los dos procesos es similar, pero el segundo proceso tiene un mejor flujo de producción de agua y se puede utilizar en la fabricación de papel de mejor nivel. Sin embargo, el agua producida de NF todavía tiene una cierta cantidad de sal monovalente y necesitan añadir más un dispositivo de RO a baja presión para eliminar las sales, con el que garantizan la calidad del agua de reciclaje.

5. Diálisis y Electrodiálisis

5.1Diálisis

La diálisis (en adelante D) es el proceso de que bajo su propio gradiente de concentración los solutos pasan de la corriente ascendente de la membrana a la corriente abajo.

La diálisis es la primera tecnología de separación por membrana encontrada e investigada, debido a su propia restricción, tiene un movimiento lento, baja eficiencia y menos selectiva. Por lo tanto, la diálisis se utiliza principalmente en la eliminación de los componentes de peso molecular bajo en la solución que contiene múltiples solutos, como la hemodiálisis, lo que utilizan la membrana de diálisis reemplazar el riñón para eliminar ureas, creatininas, fosfatos y ácidos úricos, para aliviar la insuficiencia renal y la uremia de los pacientes.

5.2Electrodiálisis

La electrodiálisis (en adelante DE) es que bajo la función de campo eléctrico de corriente continua, tomando la diferencia de potencial como impulso, aprovechando la selectividad de membranas de intercambio iónico a cationes y aniones en la solución, y se separa el electrolito de la solución, para realizar la concentración, la desalinización, el refinado y la purificación de soluciones.

6. Tecnología de Membrana Bipolar

6.1Introducción de Membrana Bipolar

La membrana bipolar es un nuevo tipo de membrana, es una membrana compuesta de intercambio iónico hecha por una capa de intercambio aniónico y una capa de intercambio catiónico, también pueden añadir una tercera capa de sustancias entre la membrana aniónica y la catiónica, con el fin de promover la disociación del agua, y se convierte en una estrctura compuesta de capa de intercambio aniónico, capa de intercambio catiónico y capa de reacción intermedia. Bajo la función de campo eléctrico de corriente continua, la membrana bipolar puede producir la disociación del agua, y se producen H + y OH- en ambos lados de la membrana aniónica y la catiónica.

6.2Aplicación de la Membrana Bipolar

6.2.1 Tratamiento de residuos líquidos que contienen flúor y reciclaje de flúor con valencia

En la producción de la industria del fluorocarbono y de la industria del uranio (UF6), la fracción masiva del flúor y del ácido orgánico en los gases y aguas residuales descargadas es 50 ~ 500 × 10-6. En general, se necesita añadir KOH para eliminarlos, resultando que la solución de KF generada contiene muchos metales pesados (como uranio y arsénico) y pocas sustancias radiactivas, por lo que necesitan Ca(OH)2 y KF para regenerar KOH y generar desechos insolubles. Este método produce la pérdida de flúor valente y deja a los clientes el problema de cómo lidiar con los deshechos Ca(OH)2 con sustancias radiactivas. Si se aplica la tecnología de membrana bipolar, KF se transformará directamente en HF y KOH, que no sólo puede reciclar el valioso flúor, sino también evitar el uso de cal y reducir la cantidad del tratamiento de los residuos.

6.2.2 Membrana bipolar utilizada en la purificación y reciclaje de aguas residuales ácidas y alcalinas

La fabricación industrial produce muchas aguas residuales de ácido y álcali, tales como agua residual regenerada de resina de intercambio iónico, residuo líquido de decapado, líquido residual de batería de plomo y aguas residuales en la planta de fabricación de papel. Con el fin de reducir la contaminación al medio ambiente, el residuo líquido debe ser descargado después de un tratamiento necesario, pero el proceso es complicado y costoso. La membrana bipolar proporciona una buena solución para tratar este tipo de líquido residual. En 1986, se instaló una unión de EDI y intercambio iónico en la planta de correos y telecomunicaciones en la provincia de Zhejiang. Este equipo se utilizó para tratar aguas residuales que contenían cobre. Después del tratamiento, el contenido de cobre es 100mg / L, y el valor de pH es 6 ~ 7, cumpliendo con el estándar de descarga.

6.2.3 Tratamiento de aguas residuales domésticas

Las aguas residuales domésticas generalmente se tratan con biodegradación / método oxidante químico, pero la cantidad de oxidantes se utiliza demasiado y se quedan muchos residuos. Si se añade NF entre ellos, puede pasar la pequeña molécula (masa molecular <100) que puede ser degradada por microorganismos, la molécula grande (masa molecular> 100) que no puede ser degradada por microorganismos puede ser interceptada. Después del tratamiento del oxidante químico, se degrada la sustancia macromolecular. Este método hace el mejor uso de la biodegradación, ahorra el oxidante y el carbón activado, y reduce el residuo final.

6.2.4 Purificación de agua potable

Con el aumento de la contaminación del agua, la gente está cada vez más preocupada por la calidad del agua potable. La prueba muestra que la membrana bipolar podría eliminar eficazmente subproductos tóxicos en la desinfección, trazas de herbicidas, insecticidas, metales pesados, materias orgánicas naturales y dureza, sulfatos y nitratos. Al mismo tiempo, tiene las ventajas como el agua producida de buena y estable calidad, menos costo de productos químicos, menos tierra ocupada, ahorro de energía, manejo y mantenimiento fácil.

6.2.5 Tratamiento de Aguas Residuales con Metales Pesados

En la galvanización y la producción de la aleación, es necesario enjuagar con la cantidad grande de agua. Este tipo de agua de limpieza contiene una alta concentración de metales pesados, incluyendo níquel, hierro, cobre y zinc. Con el fin de hacer este tipo de agua residual que cumpla con el requisito de descarga, la medida general es tratar estos metales pesados en hidróxidos precipitados y eliminarlos. Si se aplica la tecnología NF, más del 90% de las aguas residuales pueden ser recicladas y purificadas, mientras que la concentración de iones de metales pesados se concentra en 10 veces. Después de la concentración, los metales pesados podrían ser reutilizados.

6.2.6 Tratamiento de Aguas Residuales en la Industria Alimentaria

La membrana bipolar NF compuesta de tipo N-P tiene una función obvia de separación de sales monovalentes y sales bivalentes, reduce significativamente la cantidad de DQO en aguas residuales y alcanza el estándar de protección ambiental.

6.2.7 Perspectiva de la Membrana Bipolar

Como un nuevo tipo de membrana, la membrana bipolar tiene ventajas distintivas, proporcionando nuevas ideas y soluciones para resolver las dificultades técnicas que existen en la ingeniería ambiental durante mucho tiempo. Tiene un profundo significado desarrollar continuamente la membrana bipolar de alto rendimiento, mejorar la tecnología de la fabricación de membranas, reducir el coste de membranas, la investigación profundal sobre el mecanismo y el mecanismo de la movilidad de iones y la transferencia de agua, la investigación sobre los materiales y la fabricación de membrana bipolar de alta calidad , explotar su área de aplicación.