1. Technologie der Forward Osmosis (FO)

1.1Das Prinzip der FO

Die semipermeable Membran lässt Lösungsmittel, aber nicht den gelösten Stoff durch. Unter dem osmotischen Druck tritt das gelöste Molekül natürlich von dem Lösungsmittel in die Lösungsseite ein. Dies ist das osmotische Phänomen, das auch als Osmose bezeichnet wird.

1.2Anwendung der FO-Membran in Wasseraufbereitung

1.2.1 Meerwasserentsalzung

FO ist im Bereich der Meerwasserentsalzung am häufigsten verwendet. Die frühe Forschungen waren hauptsächlich in Patenten zu lesen; aber meistens nicht ausgereift und nicht einsetzbar.

1.2.2 Behandlung von Industrieabwässern

In den früheren Untersuchungen wurde berichtet, dass die FO-Membran bei der Behandlung von Schwermetallabwässern verwendet werden könnte. Wegen der starken Kontamination von RO (Umkehrosmose) und der schnellen Abnahme des Flusses kann es jedoch nicht tiefgehend entwickelt werden.

1.2.3 Behandlung von Deponiesickerwasser

CoffinButte Mülldeponie in Corvallis Oregon in den USA kann jährlich (2-4) × 104m3 Deponiesickerwasser produzieren. Um den Wasserqualitätsstandard für die Landnutzung zu erreichen, muss die TDS des produzierten Wassers bis unter 100 mg / L reduziert werden.

2. Technologie der RO-Membran

2.1Prinzip der Umkehrosmose (RO)

RO ist ein Trennungsverfahren von Membran, indem der Druck als Impuls eingesetzt wird. In dem Prozess wird ein Druck durch eine Pumpe auf die Solelösung oder Abwasser gesetzt, um den natürlichen osmotischen Druck und den Widerstand der Membran zu überwinden. Das Wasser wird durch die Umkehrosmosemembran durchgelassen, während gelöste Salze oder Verunreinigungsmoleküle auf der anderen Seite ferngehalten sind.

2.2Anwendung der RO-Membran in der Wasseraufbereitung

2.2.1 Routinemäßige Anwendung in der Wasseraufbereitung

Wasser ist unverzichtbar für menschliche Existenz und Lebensaktivitäten. Aufgrund des zunehmenden Mangels an Süßwasserressourcen hat die tägliche Kapazität der RO-Wasseraufbereitung auf der Erde breits bis Millionen Tonnen erreicht.

2.2.2 Anwendung der Abwässer in Städten

Gegenwärtig ist der Anwendung der RO-Membran große Bedeutung beigemessen, insbesondere bei der Wiederverwendung der zweiten Stufe des Wasserauslasses in der Kläranlage und der Wiederaufbereitung von aufbereitetem Wasser.

2.2.3 Anwendung bei der Behandlung der mit Schwermetallen belasteten Abwässer

Die konventionelle Behandlung von Schwermetallabwasser ist meistens nur eine Übertragung der Verschmutzung, das heißt, die im Abwasser gelösten Schwermetalle sind in Sediment oder auf andere Weise übertragen worden. Die Endlagerung erfolgt auf einer Deponie. Die sekundäre Verschmutzung der Schwermetalle schädigt langfristig das Grundwasser und die Umwelt des Oberflächenwassers.

2.2.4 Anwendung im Bereich der Ölhaltigen Abwässer

Ölhaltiges Abwasser ist ein Industrieabwasser in großer Menge und mit breiter Fläche. Wenn es direkt in die Gewässer mündet, bildet sich der Ölfilm in der Wasseroberfläche und stoppt den Sauerstoff, der sich in das Wasser löst, sodass es zu einem Sauerstoffmangel im Wasser, dem Tod der Tierarten, dem stinkenden Geruch und der Verschmutzung in der ökologischen Umgebung führt. Das Wasser aus dem Ölfeld mit 3,5 mg / l Öl und (16 ~ 23) mg / l TOC wird behandelt, um den Qualitätstandard des Kesselwassers zur Wiederverwendung im Kraftwerk zu erreichen.

3. Technologie von MF und UF

3.1Das Grundprinzip von UF und MF

Sowohl UF als auch MF sind der Prozess, der unter dem Impuls der statischen Druckdifferenz zur Flüssigphasentrennung führt. Sie haben im Prinzip keinen Unterschied und sind der Prozess der Siebtrennung. Wenn die gemischte Lösung von gelöstem hochpolymerem Stoff und gelösten niedermolekularen Substanzen unter einem bestimmten Druck durch die Membranoberfläche strömt, sind das Lösungsmittel und der gelöste niedermolekulare Stoff (wie anorganisches Salz), der kleiner als die Membranporen ist, durchgelassen; Der gelöstem hochpolymerem Stoff (wie organisches Kolloid) wird abgefangen und als konzentrierte Lösung gesammelt. Das Membrantrennverfahren für ein Molekulargewicht von größer als 500 und kleiner als 106 wird als UF genannt; das Membrantrennverfahren zum Abfangen der größeren molekularen (normalerweise als dispergierte Teilchen bezeichnet) ist die MF.

3.2Anwendung der UF- und MF-Membran

Mit der Technologie von UF und MF könnten Partikel, einschließlich Mikroorganismen, wie Cryptococcus, Giardia, Bakterien und Viren, effektiv entfernt werden. Sie können auch Nebenprodukte von Desinfektion einigermaßen durch die Verringerung der Konzentration und die Begrenzung des Bedarfs an Oxidantien im Desinfektionsprozess reduzieren. Die Abtragsrate der organischen Substanz in Wasser ist jedoch niedrig, nur knapp unter 20%. Die Anwendung von UF und MF ist weit verbreitet und kann zur Behandlung unterschiedlicher Wasserqualität eingesetzt werden.

4. Technologie von NF-Membran

4.1Das Prinzip von NF

NF ist eine neuartige molekulare Membrantrenntechnologie, die weltweit geforscht wird. Der Porendurchmesser der NF-Membran ist größer als 1 nm und normalerweise zwischen 1-2 nm; die Abfangensleistung liegt zwischen RO-Membran und UF-Membran; die RO-Membran hat eine hohe Abtragsrate für alle gelösten Stoffe, während die NF-Membran nur eine hohe Abtragsrate für bestimmte gelöste Stoffe hat. NF-Membran kann zweiwertige Ionen, dreiwertige Ionen, Organische Substanz von Mn ≥ 200, Mikroorganische Substanz, Kolloid, Wärmequelle und Virus entfernen. Ein Hauptmerkmal der NF-Membran ist die Ladung in der Noumenon. Der Grund liegt daran, dass es unter einem niedrigen Druck (nur 0,5 MPa) eine hohe Entsalzungsleistung besitzt und die Membran mit einer Molekulargewichtgrenzwerte von Hunderten das anorganisches Salz auch entfernen kann. Damit sind die Betriebskosten mit NF niedriger. NF ist für verschiedene Arten von Salzwasser geeignet. Die Effizienz der Wassernutzung beträgt 75% bis 85%. Die Meerwasserentsalzungsrate beträgt 30% bis 50%, ohne dass Säure- und Alkaliabwässer freigesetzt werden.

4.2Anwendung von NF-Membran in der Wasseraufbereitung

4.2.1 Anwendung der NF-Membran im Trinkwasser

Weil der Betriebsdruck gering ist, ist NF ein vorrangiges Verfahren zur Trinkwasseraufbereitung und Tiefenreinigung.

Zurzeit sind die Wasserquellen in meisten Städten im unterschiedlichen Niveau verschmutzt worden. Das konventionelle Behandlungsverfahren hat nur eine geringe Entfernungsrate der organischen Substanz im Wasser. Wenn Chlor zum Sterilisieren und Desinfizieren verwendet wird, wird es mit der organischen Substanz in Wasser halogenierte Nebenprodukte erzeugen. Die vierjährigen Untersuchungen von Peltier zeigen: Der DOC-Gehalt mit dem NF-System ist auf durchschnittlich 0,7 mg / l reduziert, der Restchlorgehalt von 0,35 mg / l auf 0,1 mg / l, und die Bildung von Trihalomethane (THMs) im Netz werden um 50% reduziert im Vergleich zu dem ohne NF-System. Darüber hinaus wird die biologische Stabilität der Wasserproduktion aufgrund der Abnahme von biologisch gelöstem organischem Kohlenstoff (BCOD) verbessert.

Die NF-Technologie kann die meisten Ca-, Mg-Ionen entfernen, sodass sie im Gebiet der Ensaltzung weite Anwendung findet. In Hinsicht auf Investition, Betrieb, Wartung und Kosten ähnelt die Technologie der Membranmethode dem herkömmlichen Kalkerweichungs- und Ionenaustauschprozess. Sie hat jedoch folgende Vorteile: kein Schlamm, keine Notwendigkeit zur Regeneration, vollständige Entfernung von Schwebstoffen und Organische Substanz, einfache Bedienung und wenige Landnutzung usw. In der Praxis wird sie oft benutzt. NF kann direkt zur Erweichung von Grundwasser, Oberflächenwasser und Abwasser sowie zur Vorbehandlung von Umkehrosmose- (RO) und photovoltaisch betriebenen Entsalzungssystemen eingesetzt werden.

4.2.2 Anwendung der NF-Membran bei der Meerwasserentsalzung

Die Meerwasserentsalzung bezieht sich auf die Entsalzung, wo das Meerwasser mit einem Salzgehalt von 35000mg / l zum Trinkwasser mit dem Salzgehalt von 500mg / l gewandelt worden ist.

4.2.3 Anwendung von NF-Membran in der Abwasserbehandlung

(1)Häusliches Abwasser

Generell wird das haushaltliche Abwasser mit der Kombination von Bioabbau und chemischer Oxidation behandelt. Es benötigt jedoch eine große Menge an Oxidationsmittel und weist viele Rückstände auf. Xue Gang unternahm einen Pilottest zum Badewasser im Hotel mit den kombinierten Methoden der Mikroflockiger Faserball-Filterung, UF und NF. Die Abwasserqualität nach UF könnte die Anforderungen an die Wiederverwendung bei Spülung und in Grünanlagen erfüllen. Die Abwasserqualität nach dem NF-Verfahren entspricht dem Trinkwasser-Hygienestandard (GB5749.85), so dass es in Wäsche, Bad und anderen Bereichen im Hotel mit einem höheren Qualitätsanspruch verwendet werden könnte.

(2)Abwasser aus Textilien und Färben

Es ist schwierig, den Farbstoff im Textilabwasser mit der biologischen Methode zu entfernen. Hassani hat die Auswirkungen von Acidität, Aktivität, Konzentrationen von Direkt- und Dispersionsfarbstofflösungen, Druck, Gesamtgehalt an gelösten Feststoffen und Gehalt an anorganischen Salzen auf die Retentionsleistung der NF-Membran untersucht.

(3)Abwasser von Gerberei

Das Gerbereiabwasser enthält eine hohe Konzentration an organischer Substanz, Sulfat und Chlorid. Der Leitwert des Abwassers im Säurewaschverfahren erreicht 75 mS / cm. Bes-Pia setzt die NF-Technologie ein, um Gerbereiabwasser zu sammeln. Das konzentrierte Sulfatwasser mit hoher Konzentration kehrt in das Stadium der Säurewäsche zurück, während das produzierende Chlorwasser wieder in die Tränktrommel zurückgeführt wird.

(4)Galvanik-Abwasser

Die Galvanikanlage produziert eine große Menge Abfallflüssigkeit. Trotz des komplexen Prozesses wie Versauerung, Behandlung ungefährlicher Abfälle, Sedimentation und abgetrenntes Schlamm, erhält das produzierte Wasser mit einem hohen Salzgehalt und kann nicht wiederverwendet werden.

(5)Abwasser aus der Papierherstellung

In der Pulpen- und Papierindustrie benötigt das Verfahren des Homogenisierens, Bleichens und Papierherstellens eine große Menge Wasser. Die geschlossene (halbgeschlossene) Umwälzung des Wassersystems ist der beste Weg, um die Wasserressourcen zu sparen und die Emission für die Pulpen- und Papierfabrik zu reduzieren. Die Wasserproduktion mit dem traditionellen Belebtschlammverfahren enthält Teile von gefärbter Verbindung, Mikroorganismen, Antikörpern und eine geringe Menge an biologisch abbaubarem und suspendiertem Feststoff, so dass sie nur bei der Herstellung des Verpackungspapiers verwendet werden kann, aber nicht bei der Herstellung des Papiers mit höheren Qualitätsanforderungen. Außerdem kann diese Methode den Gehalt an anorganischem Salz nicht reduzieren. Koyuncu verglich die Auswirkungen von zwei Behandlungsprozessen, nämlich von Wasser → NF und von Abwasser aus der Papierherstellung → Belebtschlamm → NF. Es stellt sich heraus: Die Wasserqualität von den beiden Prozessen ist ähnlich, aber der Wasserdurchfluss mit der letzten Methode ist besser und das Wasser könnte bei der Papierherstellung mit höheren Ansprüchen eingesetzt werden. Das produzierte Wasser nach NF-Verfahren enthält jedoch immer noch eine bestimmte Menge Salz. Ein RO-Anlage mit niedrigem Druck muss hinzugefügt werden, um Salz zu entfernen, so dass die Qualität des gerecycleten Wassers gewährleistet wird.

5. Dialyse und Elektrodialyse

5.1Dialyse

Mit Dialyse (kurz als D genannt) ist der Prozess gemeint, wo gelöste Moleküle aus hochkonzentrierten Flüssigkeiten in schwachkonzentrierte Lösungen aus einem eigenen Konzentrationsausgleich wandern.

Die Dialyse ist die erste Membrantrenntechnologie, die jemals gefunden und erforscht wurde. Aber aufgrund seiner eigenen Beschränkung hat es eine langsame Bewegung und geringe Effizienz. Es ist wenig auswählbar im Prozess der Dislyse. Daher wird die Dialyse hauptsächlich verwendet, um die Komponente mit niedrigem Molekulargewicht aus der mehreren gelösten Stoffen enthaltenden Lösung zu entfernen, Z.B. die Blutdialyse ist eingezetzt um die Erkrankungen wie Nierenversagen und Urämie zu lindern, indem eine Dialysemembran statt Niere Carbamid, Kreatinin, Phosphat, Harnsäure und andere toxische Komponente mit niedrigem Molekulargewicht entfernt.

5.2Elektrodialyse

Die Elektrodialyse (kurzgenannt ED) ist ein Prozess, wo ionische Spezies von Lösungsmitteln aufgrund der elektrischen Potentialdifferenz im elektrischen Gleichstromfeld und der Auswahl der Ionenaustauschermembran abgetrennt werden, damit die Konzentration, Entsaltzung, Extraktion und Reinigung in der Lösung ermöglich werden.

6. Technologie der bipolaren Membran

6.1Einführung der bipolaren Membran

Bipolare Membran (BPM) ist eine neue Art von Membran. Es ist eine zusammengesetzte Ionenaustauschmembran, die aus einer Kationenaustauschermembran, einer Anionenaustauschermembran und einer katalytischen Zwischenschicht zur Beschleunigung der Dissoziation von Wasser besteht. Unter der Wirkung des elektrischen Gleichstromfeldes induzieren bipolare Membranen die Dissoziation von Wasser in Protonen und Hydroxid-Ionen. Auf beiden Seiten der Polaren entstehen H + und OH-.

6.2Anwendung der bipolaren Membran

6.2.1 Behandlung von Fluor enthaltendem Abfallflüssigkeit und Recycling von wertvollem Fluor

Bei der Herstellung von Fluorkohlenstoff-Industrie und Uranindustrie (UF6) beträgt der Massenanteil an Fluor und organischer Säure in der Abgas- und Abwasser-Eimission 50 ~ 500 × 10-6. Generell muss KOH hinzugefügt werden, um diese zu entfernen, so dass die erzeugte KF-Lösung viele Schwermetalle (wie Uran und Arsen) und radioaktiven Stoffen enthält. Dann benötigt dieses Verfahren noch Ca (OH) 2 und KF, um KOH zu regenerieren und unlösliche Abfälle zu erzeugen. Diese Technologie führt zum Verlust von Fluor und zu dem Problem, wie man die radioaktive Substanz von Ca (OH) 2 behandelt. Mithilfe der bipolaren Membrantechnik wird KF direkt in HF und KOH umgewandelt. Das wertvolle Fluor wird recycelt, die Verwendung von Kalk wird vermieden und die Anzahl von Abfällen wird reduziert.

6.2.2 Bipolare Membran zur Reinigung und zum Recycling von sauren und alkalischen Abwässern

In der Industrie werden viel Säure und Alkali-Abwässer erzeugt, z.B. regenerierte Abwässer aus Ionenaustauschharz, Beizflüssigkeit, Abfallflüssigkeit aus Bleibatterie und Abwässer in einer Papierherstellungsanlage. Um die Umweltverschmutzung zu reduzieren, muss die Abfallflüssigkeit in einem Verfahren entsorgt werden, aber es ist kompliziert und teuer. Die bipolaren Membrantechnik bietet eine gute Lösung zur Behandlung dieser Art Abfallflüssigkeit. Im Jahr 1986 wurde eine kombinierte Anlage von ED- und Ionenaustauschin in einer Druckerei für Post- und Telekommunikation in der Provinz Zhejiang zur Behandlung von kupferhaltigem Abwässern installiert. Nach der Behandlung beträgt der Gehalt an Kupfer 100 mg / l und der pH-Wert beträgt 6 bis 7, was dem Standard der Entladung entspricht.

6.2.3 Behandlung haushälticher Abwässer

Haushältliche Abwässer werden in der Regel mit biologischem Abbau und chemischem Oxidationsmittel behandelt. Aber sowohl die Menge an Oxidationsmittel als auch die Rückstände sind zu viel. Mithilfe der NF-Technik kann das kleine bioabbaubare Molekül (Relative Molekülmasse <100) hindurchgehen, aber das große Molekül (Relative Molekülmasse> 100) wird abgefangen. Nach der Behandlung des chemischen Oxidationsmittels wird die makromolekulare Substanz abgebaut. Damit werden die Bioabbaukeit am besten genutzt, Oxidationsmittel und Aktivkohle gepart und die Anzahl des endgültigen Rückstands reduziert.

6.2.4 Trinkwasserreinigung

Mit der verschlechternden Wasserverschmutzung besorgt man immer mehr über die Qualität des Trinkwassers. Es ist bewiesen, dass die bipolare Membrantechnik toxische Nebenprodukte bei der Desinfektion, Herbiziden, Insektiziden, Schwermetallen, natürlichen organischen Stoffen und Härte, Sulfat und Nitrat effektiv entfernen kann. Zugleich hat sie die Vorteile, z.B. gute Wasserqualität, Stabilität, wenige Chemikalien, wenige Landnutzung, Energiesparung, einfache Verwaltung und Wartung.

6.2.5 Behandlung von mit Schwermetallen belastetem Abwasser

Bei der Galvanisierung und Legierungsherstellung wird eine große Wassermenge zur Spülung benötigt. Das Reinigungswasser enthält eine hohe Konzentration an Schwermetallen, einschließlich Nickel, Eisen, Kupfer und Zink. Um die Ansprüche zur Entladung zu erfüllen wird die Schwermetalle in Hydroxidniederschlag normalerweise verwandelt und entfernt. Mit der NF-Membrantechnologie können mehr als 90% des Abwassers recycelt und gereinigt werden, während der Anteil der Schwermetallionen 10-fach konzentriert worden ist. Nach der Konzentration können die Schwermetalle wiederverwendet werden.

6.2.6 Behandlung von Industrieabwässern

Die bioplare Kompositmembran von N-P hat einen deutlichen Effekt auf die Trennung von zweiwertigem und zweiwertigem Salz. Sie reduziert signifikant die Menge an CSB im Abwasser und erreicht den umweltfreundlichen Standard.

6.2.7 Aussicht auf bipolare Membran

Als neue Art hat die bipolare Membran einzigartige Vorteile und bietet neue Ideen und Lösungen, um Probleme in der Umwelttechnik zu lösen. Es ist von Bedeutung, eine leistungsstarke bipolare Membran kontinuierlich zu entwickeln, das Herstellungsverfahren zu verbessern, die Kosten zu reduzieren, den Mechanismus der Ionenmobilität und Wasserübertragung tiefgehend zu erforschen, hochwertige bipolare Membranmaterialien zu untersuchen und die Anwendungsgebiete zu erweitern.