高濃度有機廢水的濃縮處理,即先將高濃度有機廢水進行濃縮,然后采用焚燒法等進行處理,這樣可以節(jié)約處理成本,從而使高濃度有機廢水得到有效的處置。目前,濃縮高濃度有機廢水的方法主要有:冷凍濃縮、蒸發(fā)濃縮、燃燒濃縮和膜濃縮等。 (1)冷凍濃縮 冷凍濃縮原理是利用了在冷凍分離的過程中固液相平衡 [19] 。文玲,張旭 [20] 采用冷凍濃縮地方法對采用高濃度有機廢水(采用啤酒配制)進行處理,當(dāng)進水 COD濃度為10000mg/L以上時,在冷凍時間為 12h~24h,冷凍溫度為-16℃~-12℃的條件,COD 和 TOC 的去除率均達(dá)到70%以上。Marino Rodriguez [21] 采用冷凍濃縮與膜濃縮結(jié)合的方法處理有機廢水,發(fā)現(xiàn)可以達(dá)到很好的處理效果,比單獨使用膜濃縮更經(jīng)濟。冷凍濃縮對廢水無選擇性,尤其適合處理有惡臭氣味、易揮發(fā)的有機廢水,但是應(yīng)用到實際有限制,且設(shè)備及操作費用較高,操作不宜控制。 (2)蒸發(fā)濃縮 蒸發(fā)濃縮是指通過采用低溫真空或減壓等方法,對高濃度有機廢水蒸發(fā)濃縮處理。俞 晟,陶冠紅 [22] 采用減壓蒸發(fā)濃縮的方法對某化工廠的高濃度有機廢水進行處理,進水 COD 濃度為 45×10 4 mg/L~55×10 4 mg/L 時,COD 的去除率達(dá) 90%以上。王青 [23] 通過低溫真空蒸發(fā)法對垃圾滲濾液處理站的反滲透濃縮液進行處理,廢液的COD 為3000mg/L,處理后COD 的蒸發(fā)率為 62.5%。瑞士 Uttigen 市垃圾滲濾液處理廠對垃圾滲濾液采用四級閃蒸法濃縮處理,COD cr 的去除率可達(dá) 99.5%,同時 NH 3 -N 去除率為98.5% [24-26] 。蒸發(fā)濃縮可以回收有機廢水中有價值的成分,但是在蒸發(fā)濃縮的過程中會有結(jié)垢等問題。 (3)燃燒濃縮 燃燒法是在燃燒爐內(nèi)將廢液與煤粉混燒,從而使高濃度有機廢液中的有機物達(dá)到濃縮的目的。酒精廢醪液中有機物含量大,COD 濃度在 10 5 mg/L 以上,王勇 [27]采用燃燒法處理酒精廢醪液,COD 的去除率可達(dá) 99%以上。燃燒濃縮對廢水濃縮處理后,燃燒的熱量及濃縮過程產(chǎn)生的冷凝水均可用作生產(chǎn),但是該方法投資費用較大,電耗較高,且在燃燒時廢水中的鹽分會腐蝕設(shè)備。 (4)膜分離技術(shù)的濃縮 膜濃縮高濃度有機廢水的原理是當(dāng)廢水通過膜時,在兩側(cè)施加某種推動力,廢水中的有機物就會選擇性的透過膜,目的是分離濃縮有機廢水中的有機物 [28] 。 膜分離技術(shù)是一種選擇性的物理分離技術(shù),主要是利用半透膜使得不同粒徑分子的混合物得以分離的過程。膜分離技術(shù)根據(jù)其孔徑的大小可以分為:微孔過濾技術(shù)、超濾技術(shù)、納濾技術(shù)以及反滲透技術(shù)等 [29] 。自上世紀(jì)六十年代,由于膜材料的不斷改進膜分離技術(shù)迅速崛起,膜分離技術(shù)具有:分離、濃縮、環(huán)保、高效等優(yōu)點。同時,與傳統(tǒng)的高濃度廢水處理工藝相比還具有:占地面積小,出水水質(zhì)良好,化學(xué)藥劑使用量少等優(yōu)點 [30,31] ,因此,目前眾多領(lǐng)域的廢水處理均采用膜分離技術(shù)。 1)微濾技術(shù)(MF) 微濾法是基于篩分的原理的一種膜分離技術(shù),也因此又稱為微孔法。膜上具有一定尺寸的微孔,可將粒徑約為 100nm 以上的分子顆粒截留。水樣在壓力差下,其中的小分子物質(zhì)如大部分溶劑、有機物和無機鹽類物質(zhì)可通過膜上微孔與大分子顆粒如懸浮顆粒物、細(xì)菌病毒和膠體等分離出來。受膜的材料、微孔尺寸、壓力差及樣品吸附等條件影響,膜的截留效率各異。微濾法中膜的選取是關(guān)鍵。一般來說,膜可分為無機膜和有機膜。無機膜主要為金屬、SiO 2 和Al 2 O 3 等;有機膜則主要是一些聚合高分子膜如聚丙烯和聚酰胺等。該方法在食品制造業(yè)、電子、化工及污水處理工藝中都發(fā)揮了巨大作用。毛艷梅 [32]等人將微濾法與其他方法結(jié)合應(yīng)用于廢水處理,處理結(jié)果滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。 2)超濾技術(shù)(UF) 超濾法是利用機械篩分的原理將樣品分離的一種方法,濾膜的吸附與阻滯協(xié)同作用又進一步起到攔截。該法粒徑范圍比微濾法小,低至 10nm~100nm。水樣在壓力差下,溶劑和小分子物質(zhì)通過濾膜上的微孔,大顆粒物諸如膠體分子和細(xì)菌等則經(jīng)濾膜攔截留在膜的表面。超濾膜的材料一般為有機膜,如醋酸纖維素膜,也有聚砜膜等聚合高分子膜 [33] 。工業(yè)生產(chǎn)上常見的超濾裝置為管型、板型及細(xì)管狀纖維型。超濾技術(shù)在醫(yī)藥行業(yè)、超純水的制備、工業(yè)廢水的處理等眾多領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用。張寧等 [34] 對微生物胞外多糖 PS-9415 發(fā)酵液通過超濾技術(shù)濃縮處理,結(jié)果表明在0.05MPa 的操作壓力下對 3%的料液超濾濃縮,可產(chǎn)生 5.8%的濃縮料液,多糖的回收率為82.7%;在 0.1MPa 的壓力下對 0.5%的料液超濾濃縮,濃度可提高 4.9倍。 3)納濾技術(shù)(NF) 納濾,其分離效果和操作壓力介于超濾和反滲透之間,是一種壓力驅(qū)動膜的分離技術(shù) [35] ,機械篩分是納濾膜的主要分離原理,同時對溶質(zhì)的截留作用還有納濾膜自身帶有的電荷。納濾的截留分子粒徑范圍為 0.5nm~0.01μm。納濾相比于超濾和反滲透,對于二價或多價離子及有機物(分子量介于 200~500 之間)的截留效果很高,而對于溶質(zhì)分子量在 200 以下的有機物和單價離子的截留率較差 [36-39] 。納濾技術(shù)在海水淡化、煉化循環(huán)水處理、飲用水制備以及工業(yè)廢水處理等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。王素紅 [40] 通過超濾-納濾連續(xù)性實驗對土霉素進行分離提純,結(jié)果發(fā)現(xiàn),采用超濾平均收率為 95%,結(jié)晶收率在 94.5%左右,且廢水的 COD cr 濃度相對原來平均減少了 37%,再通過納濾濃縮 2.5 倍后,平均結(jié)晶收率為 96%,產(chǎn)生的廢水中COD cr 的總量減少約 2.5 倍。 4)膜蒸餾技術(shù)(MD) 膜蒸餾技術(shù)是的主要原理是利用水溶液不能通過的微孔膜兩側(cè)的蒸汽壓差不同,因此,蒸汽可從熱側(cè)通過疏水性膜傳輸?shù)嚼鋫?cè),在這個過程中非揮發(fā)組分留在微孔膜的熱側(cè),從而達(dá)到分離和提純物質(zhì)的目的 [41] 。通常對膜蒸餾技術(shù)的期待會很高,因為其產(chǎn)水水質(zhì)好且可以實現(xiàn)低溫蒸餾。宋莎莎 [42] 對 COD 濃度為 30000mg/L 左右的高鹽有機廢水采用膜蒸餾技術(shù)(MD)處理,COD 的去除率可達(dá)99.5%以上。但是在實際中,膜蒸餾技術(shù)在處理污水等一些相對低附加值的應(yīng)用中是不經(jīng)濟的,因為這種技術(shù)缺少有廉價的能源作為熱源,且阻礙膜蒸餾技術(shù)應(yīng)用的原因還有疏水膜材料的限制。 5)反滲透技術(shù) 反滲透又稱逆滲透,主要是溶劑通過反滲透膜從濃溶液向稀溶液流動,通過增加高于本身滲透壓的壓力,使得溶劑發(fā)生反向滲透流動。目前,所應(yīng)用的反滲透膜主要分為兩類:一類是非對稱膜,主要制作材料是醋酸纖維素和芳香聚酰胺;另一類是復(fù)合膜,其都是以聚砜多孔濾膜為支撐體,有機含氮芳香族化合物制作的超模皮層的膜材料 [43] 。反滲透膜孔徑小,截留分子粒徑范圍小于等于 0.5nm。逆著自然滲透的方向滲透。反滲透技術(shù)在各種膜分離技術(shù)中,近年來已經(jīng)成為發(fā)展最快速,應(yīng)用最普及的一種技術(shù)。 |
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