（化学工艺专业论文）胶束强化超滤处理含镍废水的研究.pdf

摘要 摘要 本文采用截留分子量4 0 0 0 0 的超滤膜，研究了胶束强化超滤( m e u f ) 法处理含镍废水 的超滤特性，讨论了对表面活性剂和镍离予截留率及膜通量的影响因素。同时通过荧光 光谱与激光光散射表征了表面活性剂与镍离子相互作用对超滤过程的影响。最后采用 d e a n 旋流强化了m e u f 过程。文中主要内容和研究结果如下： 1 截留分子量为4 0 0 0 0 的超滤膜能将s d b s ( 十二烷基苯磺酸钠) 胶束较好地截留， 能用于本论文巾胶束强化超滤过程研究。用较低浓度的s d b s 处理低浓度含n i ”废水时， 可获得高的n i 2 + 超滤截留率，当s d b s 浓度为2 o m m o i ，l 时，n i 2 + 的截留率可达到9 9 0 5 ， 对应超滤透过液中n i 2 + 浓度为o 2 8 m l ，小于国家排放标准，经过简单处理可直接排放。 当溶液p h 值为9 5 6 时，通量达到1 4 5 8 l m 2 h 。 2 n p e ( 壬基酚聚氧乙烯醚) 的加入对n i 2 + 的截留率影响不大，但可使得更多的 s d b s 单体参与形成胶束，能有效地降低s d b s n p e n i ”溶液超滤透过液中表面活性 剂的含量，同时提高超滤通量。当s d b s 浓度为2 0 m m o l 几、n i “浓度为o 5 m m o l ，l 、 n p e 含量为o 4 m m o l ，l 时，表面活性剂超滤截留率可达到8 4 4 ，此时透过液表面活性 剂总浓度为o 3 7 4 m m o l l ，与未加入n p e 时的1 1 5 2 m m o l l 相比，降低了6 7 5 ，超滤 通量为1 7 5 9 l m 2 - h 。s e m 照片显示，n p e 的加入使得被超滤膜所截留物质的形态和大 小发生了变化。n p e 加入前截留物为晶状，加入n p e 后截留物转变为凝胶状，且颗粒 明显减小。 3 荧光光谱研究表明s d b s 与n 2 + 之间存在相互作用，非离子表面活性剂n p e 与 n 2 + 之间没有直接作用。通过荧光光谱的分析，发现在s d b 卜n p e n r 体系中，n p e 的存在影响了s d b s 与n - 2 + 的相互作用。当n p e 浓度超过o 4 m m o l ，l 后，直接导致了 n i 2 + 超滤截留率的下降，透过液中表面活性剂总浓度的升高。 4 s d b s 胶束在一定浓度范围内，水力学半径随溶液中n 2 + 浓度的提高而增大。在 s d b s _ n i ”体系中，随s d b s 胶束水力学半径的增大，超滤膜对s d b s 及n i ”的截留率 均有所提高，超滤通量相应下降。而在s d b 洲p e n p 溶液中，胶束的水力学半径 随n p e 浓度的提高而减小，当胶束水力学半径为3 0 9 l n m 时，能得到较大n 2 + 超滤截 留率与较小的超滤透过液表而活性剂总浓度和较大的超滤通量，此时对应n p e 含量为 0 4 m m o l l 。 5 通过对d e 旋流理论分析可知，螺旋形膜的螺径越小、螺距越小、所选中空纤 维膜内径越小、膜面剪切力越大都有利于强化超滤过程中的渗透通量。试验表明d e 旋流能有效强化溶液的超滤通量。当用螺旋形膜超滤s d b s - n i ”溶液时，2 5 、试验 压力为o 1 m p a 、超滤膜内径为o 8 m m 、流速为o 6 6 l t l ，s 、螺距为l o m m 、螺径为1 0 m m 时，通量达到3 1 5 9 l m 2 h ，比相同试验条件下的直形膜通量增大1 1 6 6 。通过研究剪 切力对超滤截留率的影响，表明d e a n 旋流对超滤截留率的影响轻微，说明m e u f 过程 的截留率取决于表面活性剂胶束的尺寸和数量，且截留基本为筛分机理。 江南大学碗士学位论文 关键词：表面活性剂；胶束；超滤；镍离子；d e a n 旋流。 ! ! ! ! ! ：! ! ! a b s t r a c t t h i sp a p e rd e s c r i b e dt h ec h a r a c t e r i z a t i o no fm i c e l l a re n h a n c e du l t r a n i t r a t i o n ( m e u f ) p r o c e s so fw a s t es t r e a m sc o n t a i n i n gn i 2 + t h es t u d yi n c l u d e dt h er e j e c t i o no ft h es u r f a c t a n t a n dn i 2 + a n dt h ed e r r n e a t ef l u xw i t ha nu l t r a 行l t r a t i o nm e m b r a n et h a th a dam w c oo f4 0 0 0 0 d a l t o n t h ei n t e r a c t i o nb e t w e e nt h es u r f a c t a n ta n dn 一w a sc h a r a c t e r i z e db yt h ef l u o r e s c e n c e s p e c t 兀l ma n dl l s ( 1 a s e rl i 曲t e rs c a t t e r n g ) t h ee 仃e c t so fi n t e r a c t i o no nm e u fp r o c e s sw e r e d j s c u s s e d t h ee n h a n c e m e n to ft h em e u fp r o c e s sb yd e a nv o r t i c e s 啪sa l s oi n v e s t i g a t e d t h em a i nd o i n t sw e r ea sf o o w s ： 1 t h eu l t r a n l t r a t j o nm e m b m n et h a th a dam w c oo f4 0 0 0 0d a l t o nc o u l dr e i e c tt h e m i c e l l e so fs d b s ( s o d j u md o d e c y lb e n z e n es u l f o n a t e ) p r e f c r a b l ya n dc o u l db ea p p l i e di nt h e r e s e a r c ho fm e u fp m c e s s t 1 1 eh i g hr e j e c t i o no fn j c k e li nt h ew a s t es t r e a m sc o u l db e o b t a i n e dw h e nt h eb u i kc o n c e n t r a t i o no fs d b sa n dn i 肘w a sl o w w h e nt h es d b s c o n c e n t r a t i o ni nt h eb u l kw a s2 o r n m o l ，l ，t h er e i e c t i o no fn j c k e li nt h ew a s t es t r e a m sc o u i d r e a c h9 9 0 5 ，a n dt h ep e m l e a t en j c k e lc o n c e n t r a t i o nw a so 2 8 m lw h i c hw a sl o w e r t h a nt h e c o n c e n t m t i o no ft h en a t i o n a ld i s c h a r g es t a i l d a r d t h i sk i n do fp e m l e a t es o i u t i o nc o u l db e d i s c h a r g e da n e rs o m es i m p l et r e a t m e n t w h e nl h ep ho fb u l kw a s9 5 6 ，t h ep e r m e a t ef l u x c o u l dr e a c h1 4 5 8 l m 2 h 2 t h er e i e c t i o no fn i c k e lr e m a i n e du n c h a r g e da n dm o r es d b sm o n o m e r sc a m ei n t o b e i n gt h em i c e l l e sw h e nn p e ( n o n y l p h e n o ie t h o x y l a t e d ) w a sa d d e dt o t h es o l u t i o n t h e s u r f a c t a n tc o n c e n t r a t i o no fp e m l e a t ew a sr e d u c e de f f e c t i v e l ya n dt h ep e m e a t en u xw a s i m d r o v e d w h e nt h eb u l kc o n c e n t r a t i o no fs d b sw a s2 0 m m 0 1 l ，n i c k e lc o n c e n t r a t i o nw a s 0 5 m m o l ，la n dn p ec o n c e n t r a t i o nw a so 4 m m o l l ，t h ep e r r n e a t en u xw a sl7 5 9l m ha n d t h er e i e c t j o no fs u r f a c t a n ti n c r e a s e dt o8 4 4 t h ep e m e a t es u r f a c t 柚tc o n c e n t r a t i o no f 1 i5 2 m m o i ，lw a sd e c r e a s e dt oo _ 3 7 4 m m o l l 6 7 5 r e d u c e d a ss h o wo f t h es e m p h o t o g m p h ，t h es h a p ea n ds j z eo ft h es u b s t a n c e sr e j e c t e db yt h eu l t r a f i l t m t i o nm e m b r a n e c h a n g e da n e rt h en p ew a s a d d e d t h es h a p eo fr e j e c t e ds u b s t a n c e sw a ss i m i l a rt ot h ec 叮s t a l b e f o r en p ew a sa d d e d w i t ht h ei n n u e n c eo fn p e ，t h er e i e c t e ds u b s t a l l c e st r a n s f o m l e di n t o g e l a t i n o u ss u b s t a n c e sa n dt h es i z eo f p a r t i c l e sd e c r e a s e do b v i o u s l y 3 t 1 1 er e s e a r c ho ff l u o r e s c e n c es d e c t r u ms h o w e dt h a tt h e r ew a si n t e r a c t i o nb e t w e e n s d b sa n dt h en i c k e li o n a n dd i r e c ti n t e r a c t i o nw a s n td r c s e n tb e t w e e nn p e 柚dt h en i c k e l i o n b u tn p ea f r c c t e d 曲ei n t e r a c t i o nb e t w e e nt h es d b s 龃dn i c k e li o n w h e nt h eb u l k c o n c e n 仃a t j o no f n p ee x c e e d e d0 4 m m o l l ，t h ei n c r e a s i n go f t h en p ec o n c e n t i a t i o nr e s u l t e d i nm ed e c r e a s i n go ft h en i c k e i 啊e c t i o na n di n c r e a s i n go f 曲ep e m l e a t cs u r f a c t a f l t c o n c e n 们t i o nd i r e c t l y 4 t h eh y d r a u l i c sr a d i u so fs d b sm i c e l l ei n c r e a s e dw i t l lt h ei n c r e a s i n go ft h en i c k e l 江南大学硕士学位论文 c o n c e n t m t i o n ns o m er a n g e j nt h es o l u t i o nw i t hs d b sa n dn i p ，w i t ht h ei n c r e a s i n go ft h e h y d r a u l j c sr a d i u so fs d b sm i c e l l e ，t h er e j e c t i o no fs d b sa n dn i 2 + e n h a n c e d ，a tt h es a m e t i m et h e p e n n e a t ef l u xd e c r e a s e d 1 nt h es o l u t i o ni n c l u d j n gs d b s ，n p ea n dn i 2 + ，t h e h y d r a u l i c sr a d i u so fs u r f h c t a n tm i c e l l ed e c r e a s e dw i t hn p ec o n c e n t r a t i o nj n c r e a s i n g w h e n t h eb u l kn p ec o n c e n t m t t o n 啪so 4 m m o l l ，t h eh y d r a u l i c sr a d i u so fs u 而c t a n tm j c e l l ew a s 3 0 9 1 n m h i g hn j c k e l 喇e c t i o n ，l o wp e n n e a t es u 恼c t a n tc o n c e n t r a t i o na n dh i g hp e 丌n e a t en u x c o u l db eo b t a i n e d 5 1 1 l ee f 俺c t so fg e o m e t r yd i m e n s j o na n dh y d m k i n e t i c so nd e a nv o n i c e so f u i t r a f i i t m t i o np m c e s si n h e i i c a i l y c o j l e dh o o wf i b e rm e m b m n e sw e r ei n v e s t i g a t e di n p r i n c j p i e t h ep e r m e a t ef l u xc o u l db ee n h a n c e db yt h ed e c r e a s j n go fg e o m e t r yd i m e n s i o n s u c ha st h ec o i ld i a m e t e r ，t h ep i t c ho ft l l ec o i 】，i n n e rd i a m e t e ro ft h e 矧k rm e m b r a n e ，o rb y i n c r e a s j n go f t h ew a s h e a rs 仃e s s e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a tt h ep e m e a t e 订u xc o u l d b ee n h a n c e db yd e a nv o r t i c e s h i g hp e m e a t ef l u xo f3l5 9 l m 2 hc o u l db eo b t a i n e di nt h e c o i l e dm e m b m n ep r o c e s s ，1 16 6 9 h i g h e rt h a ni nt h es t r a i g h tm e m b r a n ep m c e s su n d e rt h e s a m ec o n d i t i o n s 1 1 1 ee 仃e c t so f t h ew a hs h e a rs 仃e s so nt h er e j e c t j o nw e r ei n v e s t i g a t e d 1 1 1 e p r e s e n c eo f ) e a nv o n i c e ss h o w e daf e e b l ee f f to nr e j e c t j o no fu l t r a f i l t r a t i o np r o c e s s i t i n d i c a t e dt h a tt 1 1 es j z e 锄da m o u n to fs u r f a c t 卸tm i c e l l er e s u l t e di nt h er e j e c t j o ni nt h em e u f p r o c e s s 1 1 1 em e u fp r o c e s sa c c o r d e dw i t ht h es i e v i n gp r i n c j p l e k e y w o 兀l s ：s u m c t a n t ；m i c e e ；u l t r a f i l t m t i o n ；n i c k e li o n ；d e a nv o n i c e s 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽莸所知，除了文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含本人为获得江南大学或其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与莸一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论 文中作了明确的说明并表示谢意。 签名： 兰基日期：“年，月8 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的 规定：江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存、汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的 内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名：墨銎导师签名= 硷量驰 日期：口莎年朋驹 第一章引言 第一章引言 1 1 课题背景 1 1 1 重金属废水概况 重金属废水是电镀或金属加工行业危害性极大的废水类别。根据重金属废水中所含 重金属元素进行分类，一般可以分为含铬废水、含镍废水、含镉废水、含铜废水、含锌 废水、含金废水、含银废水等。 重金属废水的治理在世界各地普遍受到重视，本着将有毒治理为无毒、有害转化为 无害、回收贵重金属、水循环使用等原则，已开发研制出多种治理技术，消除和减少重 金属的排放量。随着电镀和金属加工工业的快速发展和环保要求的日益提高，电镀废水 治理已开始进入清洁生产工艺、总量控制和循环经济整合阶段，资源回收利用和闭路循 环是发展的主流方向。 1 1 2 我国重金属废水治理概况 我国重金属废水的治理，大致可分为以下五个阶段：2 0 世纪5 0 年代末，我国治理 电镀废水的工作开始起步，主要采用化学法处理废水，处理的主要对象为六价铬；第二 阶段，即2 0 世纪6 0 年代至7 0 年代中期，重金属废水污染的问题开始引起重视，开始其它 重金属离子废水的治理，并研究出多种处理方法措施，但对重金属废水的处理仍处于单 纯的防害排放阶段；第三阶段，即2 0 世纪7 0 年代中期至8 0 年代初，大多数含重金属的废 水都已有了比较有效地处理方法，如离子交换法、薄膜蒸发浓缩法等在全国范围内大量 推广使用，反渗透法、电渗析法等也开始进入工业化使用，废水中有用重金属的回收和 水的重复利用技术也有了长足的进展；第四阶段，即2 0 世纪8 0 年代至9 0 年代，开始研究 从根本上控制污染的技术，以防为主、源头治理、各种多元组合技术已逐步取代单元处 理技术：第五阶段，2 0 世纪9 0 年代至今，随着电镀和重金属加工工业迅速发展和环保要 求的不断提高，重金属废水治理由工艺改革、回收利用和闭路循环进一步向综合防治方 向发展，已经进入了综合防治与总量控制阶段，多元化组合处理和自动控制相结合的资 源回用技术成为电镀废水治理的发展主流。 1 1 3 重金属废水处理方法 1 1 3 1 化学沉淀法 化学沉淀法2 1 是使废水中呈溶解状态的重金属转变为不溶于水的重金属化合物的方 法，包括中和沉淀法和硫化物沉淀法等。中和沉淀法是在含重金属废水中加入碱进行中 和反应，使重金属生成不溶于水的氢氧化物沉淀形式加以分离。硫化物沉淀法是加入硫 化物沉淀剂使废水中重金属离子生成硫化物沉淀除去的方法。 一般化学沉淀法处理废水的问题是达不到深度处理的效果，须配合使用各种高分子 絮凝剂等，而且处理效率低、沉渣量大，易造成二次污染。 1 江南人学硕士学位论文 1 1 3 2 氧化还原法 氧化还原法”j 主要有以f 几种：化学还原法：例如在废水中投入还原剂将c r ( ) 还原为c r 3 + 等。根据投加还原剂的不同，可分为f e s 0 4 法、n a h s 0 3 法、铁屑法、s 0 2 法 等。铁氧体法：铁氧体技术是根据生产铁氧体的原理发展起来的。在含铬废水中加入 过量的f e s 0 4 ，c r ( ) 被还原成c r 3 + ，f e 2 + 被氧化成f e “，调节p h 值至8 左右，使铁离 子和铬离子产生氢氧化物沉淀。通入空气搅拌并加入氢氧化物不断反应，形成铬铁氧体， 然后固液分离。电解法：通过电解方式回收废水中的贵重金属，具有去除率高、无二 次污染、所沉淀的重金属可回收利用等优点，不过电解法成本比较高，一般经浓缩后再 电解经济效益较好。 氧化还原法对某些类型的重金属废水是行之有效的，但其出水水质差、不能回用， 处理混合废水时，易造成二次污染，而且通用氧化剂还有供货和毒性的问题有待解决。 1 1 3 3 离子交换法 离子交换处理法4 1 是利用离子交换剂分离废水中有害物质的方法，应用的离子交换 剂有离子交换树脂、沸石等。离子交换树脂有凝胶型和大孔型，前者有选择性，后者制 造复杂、成本高、再生剂耗量大，因而在应用上受到很大限制。 1 1 3 4 吸附法 吸附法是利用吸附剂的独特结构去除重金属离子的一种有效方法。利用吸附法处 理电镀重金属废水的吸附剂有活性炭、腐殖酸、海泡石、聚糖树脂、蒙脱石、铝锆柱撑 蒙脱石等。处理水质很难达到回用要求，一般用于电镀废水的预处理。 1 1 3 5 气浮法 气浮法处理重金属废水的优点是适应性强，易连续处理，便于自动化操作，尤其适 用于废水水质差，变化大的重金属混合废水的一次处理o ”。气浮法属于初级处理方法， 出水盐分和油脂含量高、不能回用，且浮渣需进一步处理。因此该法在重金属废水处理 中已少见使用。 1 1 3 6 蒸发浓缩法 蒸发浓缩回收，就是对重金属废水进行蒸发，使重金属废水获得浓缩，并加以回收 和回用的一种处理方法【“，一般用于处理含铬、铜、银及镍离子废水。工艺成熟简单， 有良好的环境效益，但随着能源价格的大幅上涨，其能耗大、操作费用高的缺点，使其 无法适合市场经济的要求，将被膜法分离取代。 1 1 3 7 生物处理法 经过多年的探索和研究，生物治理技术日益受到人们的重视。随着耐重金属毒性微 2 第一章引言 生物的研究进展，采用生物技术处理重金属废水呈现蓬勃发展势头，根据生物去除重金 属离子的机理不同可分为生物絮凝法、生物吸附法、生物化学法以及植物修复法1 7 】1 8 1 等。 1 1 3 7 膜处理法 膜处理法是利用高分子材料所具有的特性来进行物质分离的技术，包括电渗析【9 】、 反渗透”o j 、纳滤j 、液膜法f j 2 j 、膜萃取、超滤等。 用电渗析法处理电镀工业废水，处理后废水组成不变，有利于回槽使用。含c u ”、 n i 2 + 、z n ”、c r ( ) 等重金属离子废水都适宜用电渗析处理，已有成套设备。 反渗透法已大规模用于镀z n 、n i 、c r 漂洗水利混合重金属废水处理。采用反渗透法 处理电镀废水，己处理水可以回用，实现闭路循环，但膜通量低、膜寿命短。 随着纳滤膜技术的发展，纳滤法处理重金属废水的研究有所进展。与反渗透法相比， 纳滤法处理重金属废水时，膜通量远大于反渗透法，而透过液中重金属离子浓度符合国 家废水排放标准的要求。但目前合适的纳滤膜种类较少，且价格较为昂贵。 液膜法治理电镀废水的研究报道很多，有些领域液膜法已由基础理论研究进入到初 步工业应用阶段，如我国和奥地利均用乳状液膜技术处理含z n 废水，此外也应用于镀 a u 废液处理中。 膜萃取技术是一种高效、无二次污染的分离技术，该项技术在金属萃取方面将有很 大进展。 超滤法主要用于重金属废水的预处理与后处理。近年来随着研究的深入，胶束强化 超滤( m e u f ) 技术开始应用于重金属废水的处理。胶束强化超滤技术具有处理成本低、 工艺简单、透过液重金属含量低等特点，且所用表面活性剂可以回用，不会造成二次污 染；超滤透过液也能回用于生产，减少了排放水量。 1 1 4 重金属废水国家排放标准 按照中华人民共和国国家标准电镀行业污染物排放标准( 征求意见稿) 的要求， 重金属废水的排放不仅有重金属浓度的要求，而且也有排放量的限制，如表l 一1 所示。 因此，对处理重金属废水的方法、工艺要求更高。 表卜l 电镀行业污染物排放标准( 征求意见稿)( 部分摘录) m g 凡p h 值除外 现有企业新建企业 项目 标准限值允许排水量l ，m 2标准限值允许排水量l m 2 p h 值 6 96 9 总铬 1 51 0 六价铬 o 3o 1 总镍 1 o4 0 0o 52 0 0 总铜1 oo 5 总铁5 o3 o 总铅o 5o 2 3 江南人学碗十学位论文 1 2 胶束强化超滤 1 2 1 超滤 超滤( u f ) 主要是以筛分作用为主的膜过滤。在一定的压力下，溶剂或小分予量的 物质可透过膜，而大分子物质及微细颗粒却被截留，从而达到净化分离的目的。超滤膜 通常为非对称膜，非对称膜中起截留作用的是致密的表皮层，其厚度仅o 1 1 5 m ，在 皮层下有多孔网状结构的支撑层，支撑层厚度在5 0 2 5 0 岬之间，这样既保证对大分子 物质的有效截留，又降低了分离操作时的膜阻力，提高了膜通量，同时具有一定的机械 强度。超滤膜截留分子量为5 0 0 0 5 0 0 0 0 0 之间，膜孔径为l 5o i l m 【1 3 】，其典型应用是从 溶液中分离胶体和大分子物质。超滤可以截留病毒、蛋白质、酶、多糖等大分子物质。 1 2 2 胶束强化超滤原理 胶束强化超滤( m i c e l l a re n h a n c e du l t m f i i t r a t j o n ，m e u f ) 处理含重金属离子废水，是直 接利用阴离子表面活性剂胶束静电吸附重金属离子的性质，并通过超滤膜截留胶束来实 现去除废水中的重金属离子。 料液 - _ _ _ _ _ _， 害 。， 超滤膜 占。；占 图1 - l 胶束强化超滤去除废水中金属离子原理图 表面活性剂由极性的亲水基团和非极性的亲油基团两部分组成，投加到水中后，如 浓度极低，则表丽活性剂分子均匀地分散在水溶液中，近似于理想溶液。此时如增大表 面活性剂的投加量，部分表面活性剂分子将聚集在溶液的表面，形成疏水基向上、亲水 基向下伸向水中的定向吸附状态；当浓度增大时，表面活性剂分子将覆盖在溶液表面形 成单分子层，表面活性剂浓度继续增大，超过临界胶柬浓度( c m c ) ，剩余的表面活性 剂分子将在溶液内聚集，形成疏水基向内，亲水基向外的聚集体，即胶束，这种胶束通 常由几十到几百个表面活性剂分子组成，其“分子量”相当大，粒径在0 0 0 5 0 o l 啪。 当所投加的表面活性剂为离子型时，表面活性剂分子形成的胶束表面带高电荷，能通过 静电作用将反离子吸附或束缚于表面，如表面活性剂是阴离子型，它形成的胶束能吸附 废水中阳离子z n “、c u ”、n i ”、f e 3 + 等。当重金属废水通过超滤膜时，如膜孔径小于胶 4 第一章引言 束粒径，则携带重金属的胶束不能透过膜而被截留，水和少量表面活性剂单体及未被吸 附的重金属离子能自由透过膜，从而实现绝大部分重金属离子与水的分离，即废水被净 化了。 1 2 3m e u f 过程表面活性剂的选择 胶束强化超滤过程中，表面活性剂的选择至为关键，有以下几个原则： 对被去除的重金属离子应有较强的去除能力； 分子量高，可形成大胶束，以便选用大孔径膜，提高处理能力； 具有较低的临界胶束浓度，以减少表面活性剂的浪费； 有较低的k r a f f t 点( 对离子型) 或较高的浊点( 对非离子型) ，以适用于低温操作： 低发泡性； 无毒，生物降解性好，这样即使少量表面活性剂随透过液排 _ _ j 也不会带来新的污染。 1 2 4 阴一非混合表面活性剂 在胶束强化超滤过程中，单独使用阴离子表面活性剂时，其超滤透过液中表面活性 剂含量较高，浓度约与其c m c 相等。因此采用添加非离子表面活性剂来降低混合表面活 性剂的c m c ，降低超滤透过液中的表面活性剂总浓度。 非离子表面活性剂的选择要求： 不影响胶束强化超滤去除重金属离子的能力； 不显著影响m e u f 过程的超滤通量； 有较低的c m c ： 少量使用能降低混合表面活性剂的c m c ； 无毒，有较好的生物降解性。 1 3 超滤过程强化 1 3 1 超滤过程强化技术 超滤属于压力驱动型膜分离过程，其过程特性受限于一些因素如：浓差极化、滤饼 层的生长、膜污染等。这些都会造成通量低下，阻碍了其性能的进一步发挥，成为超滤 过程极需解决的问题。对此近年来开展了广泛的研究，包括膜表面改性【i ”、清洗方法、 水动力学方法i l6 】等，来减轻这些限制，强化超滤过程。 各种方法包括涡流、流道内置强化器、凹凸形膜表面、利用脉动流进液等方法来增 强膜表面的传质或颗粒向主体迁移。但这些方法缺点亦明显：明显增大轴向压差、减小 了有效膜面积、组件制造困难等。 江南人学硕十学位论文 1 3 2d e a n 旋流强化超滤过程 产生旋流的一个方法是利用弯管中流体的离心力导致二次流的产生，这种二次流 就叫做d e a n 旋流。d e a n 旋流的产生原因：由于离心力的作用，流速较快的流体从 管中心向外流。流速较慢的则因中心的压力较低而被迫向中心流动，这就导致横截面处 产生了反向旋转的旋涡。二次流轴向流动的叠加运动符合螺旋形运动。 d e a n 旋流应用于超滤过程能有效减轻浓差极化现象，减轻膜污染，使得超滤通量得 到大幅提高，强化超滤过程”。 1 4 国内外研究现状 1 4 1 国外研究现状 l e u n g 于1 9 7 9 年将表面活性剂胶束与超滤过程耦合，利用阴离子表面活性剂胶束可 吸附重金属离子的特性，去除水溶液中的重金属离子。s h a d i z a d e h 等【2 0 】研究了用m e u f 法去除废水中的c u “：a k i t a 等2 1 1 用m e u f 法去除水溶液中的c o ”：g z a m 等用阴离子表面 活性剂去除p b 2 + 1 2 2 1 ； j u a n g 等用十二烷基硫酸钠( s d s ) 去除水中的c s + 、s p 、m n 2 + 及 c u 2 + 等，其中c u 2 + 截留率可达8 2 1 以上【2 3 l ：w i t e k 等人采用c t a b 与s d s 混合胶束同 时去除c ，和苯酚等有机物，c r ”的超滤截留率达到9 6 ；k i m 等人采用s d s 进行m e u f 法处理c u ”和c d ”，采用l o o o o 分子量的u f 膜进行研究，c u 2 + 的截留率达到1 0 0 ，c d 2 + 截留率达到7 5 以上，同时通过离心的方法，表面活性剂能l o o 回收利用。l i u 【2 6 】等人 采用电渗析与胶束强化超滤联合的方法用s d s 处理含铜废水，在m e u f 浓缩过程中用电 渗析不断电解出金属，使得表面活性剂能够循环利用，解决了表面活性剂回收利用的问 题。 文献大多采用截留分子量约为1 0 0 0 0 的超滤膜，但其操作压力较高、渗透通量低、膜 成本高，对工业应用有一定影响。 1 4 2 国内研究现状 胶束强化超滤国内研究较少，在胶束强化超滤处理含重金属离子废水方面，许振良 【2 7 l 、许柯【2 8 l 、岁希全【2 卅等人对此进行了综述报道。许振良等人实验研究了m e u f 法处 理含镉和铅离子的废水，在研究过程中，测定了流速、操作压力、表面活性剂( s d s ) 浓度对重金属离子分离性能的影响，结果表明镉和铅的截留率可达9 9 o 以上，渗透通 量可达1 8 3 l o “o m 3 ，m 2 - s p a 。 在胶束强化超滤去除有机物方面，彭跃莲p 、武娇一等人对此进行了综述报道， 许振良【3 习等人进行了m e u f 法脱氯苯的研究，氯苯的脱除率可达9 8 o 以上，渗透通量 可达1 0 1o 1 0 m 3 m 2 s p a 。彭跃莲f 3 钾等人研究了不同表面活性剂对二氯乙烷的增溶效果， 采用n p e 脱除废水中的二氯乙烷，二氯乙烷的脱除率可达到6 0 以上。谷维梁【3 5 】等人研 究了用c t a b 脱除废水中的二氯乙烷，二氯乙烷的脱除率可达到8 0 以上。 6 第一章引言 1 5 本课题的目的及主要研究内容 1 5 1 课题目的 胶束强化超滤在处理废水方面有引人注目的前景。m e u f 法处理含重金属离子废水 过程工艺简单，且其二次污染少。近年来，国内开始对此方法进行研究。本课题在国内 外研究的基础上，对m e u f 法处理含镍废水进行研究，希望选用合适的表而活性剂对 m e u f 工艺进行改善，通过对m e u f 过程的超滤特性研究以及表面活性剂与金属离子在 此过程中的相互作用研究，来探索m e u f 过程的原理。同时，希望通过引入d e a n 旋流， 来强化m e u f 过程，为其早日应用于工业实践，积累一些理论和实践基础。 1 5 2 课题主要研究内容 本文选用c m c 较低的阴离子表面活性剂s d b s 与截留分子量为4 0 0 0 0 的超滤膜，研 究了m e u f 法处理含镍废水。其中研究了s d b s n 2 + 溶液的超滤特性，以及p h 值等参数 对超滤特性的影响。 在上述研究的基础上，研究了引入非离子表面活性剂n p e l 0 后溶液的超滤特性， 希望n p e l o 的引入能降低混合表面活性剂的c m c ，在不影响超滤透过液镍离子含量的同 时，降低超滤透过液中表面活性剂的含量。 运用荧光光谱与激光光散射方法来研究溶液中表面活性剂胶束与金属离子的相 互作用，以及胶束聚集体水力学半径与超滤特性之间的关系。 通过在m e u f 过程中引入d e a n 旋流，来研究d e a n 旋流对超滤通量的强化作用，希望 在不改变超滤截留率的基础上，提高超滤通量。 7 江南大学硕十学位论文 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 参考文献 安成强，崔作兴，郝建军，等电镀三废治理技术 m 北京：目防工业出版社，2 0 0 2 4 刘汉初，骆宏卫，邱萍电镀废水的处理研究 j 环境工程，1 9 9 7 。jj ( 3 ) ：l l 1 2 ，6 0 陈志勇，王辉漂白粉氧化处理化学镀镍废液的研究 j 电镀与环保，2 0 0 1 ，2 1 ( 4 ) ：3 03 1 王健康，h 城，安琳含铝电镀废水闭路循环工艺的研究 j 环境保护，1 9 9 9 ， ( 1 ) ：l l 1 2 伍大元气浮法处理混合电镀废水 j 化工环保，1 9 8 5 5 ( 5 ) ：2 8 0 一2 8 3 魏予栋常压蒸发在电镀中的应用 j 电镀与精饰，1 9 9 8 ，2 0 ( 4 ) ：3 卜3 3 陈玉成，熊双莲，熊治廷表面活性剂强化重金属污染植物修复的可行性 j 生态环 境，2 0 0 4 ，1 3 ( 2 ) ：2 4 3 2 4 6 n a n d a k u m a r p h y t o r e m e d i a t i o n ：t h eu s eo fp l a n t s t or e m o v eh e a v ym e t a ls f r o ms o i ls j e n v i r o n m e n t a ls c j e n c et e c h n o l o g y ，1 9 9 5 ，2 9 ( 5 ) ：1 2 3 2 一1 2 3 4 许景文金属表面处理： 业废液与废水的处理回用 j 环境科学情报资料，1 9 7 9 ，( 7 ) ：3 0 3 4 楼永通，陈玲芳，方丽娜，等膜分离技术与电镀清洁生产 j 水处理技术，2 0 0 5 ，3 1 ( 3 ) ：8 0 一8 2 张显球，张林牛，吕锡武纳滤处理含c r ( 、，i ) 废水的试验研究 j 环境污染治理技术与设 备，2 0 0 5 ，6 ( 3 ) ：2 5 2 7 黄炳辉，张仲甫，汪德先用液膜技术提取镉的研究 j 膜科学与技术，1 9 8 9 ，9 ( 2 ) ：3 8 3 2 m m u l d e r ( 李琳译) 膜技术基本原理 砌北京：清华大学出版社1 9 9 9 7 赵国玺，朱陟瑶表面活性剂作用原理 m 北京：中国轻工业出版社2 0 0 3 王沛，邢卫红，徐南平，等高通量氧化铝微滤膜的制各 j 膜科学与技术，1 9 9 8 ，1 8 ( 4 ) ：2 2 2 3 3 3 j k r o m k a m p ，a b a s t i a a n s e ，j ，s w a r t s ，e ta 1 ，as u s p e n s i o nf l o wm o d e lf o rh y d r o d y n 锄i c s a n dc o n c e n t r a t i o np 0 1 a r i s a t i o ni nc r o s s f l o wm i c r o f i l t r a t i o n j j m e s c i ，2 0 0 5 ， ( 2 5 3 ) ：6 7 7 9 w r d e a n t h es t r e 锄n e 日o t i o no ff l u i di nac u r v e dp i p e j p h i l o s m a g ， 1 9 2 8 5 ：6 7 4 6 9 5 c g u ig l l i ，p 蹦o u l i n ，e ta 1 t h eu s eo fd ea 1 1v o r t j c e si nc o i l dh o l 王o w - f i b e r u l t r a f i l t r a t i o nm e m b r a i 】e sf o rw a t e ra n dw a s t e w a t e rt r e a t m e n t j d e s a l i n a t i o n ， 1 9 98 1 1 8 ：7 3 8 0 k y c h u n g ，r b a t e s ， g b e l f