微波辅助光催化膜蒸馏处理高含盐有机废水研究

摘要

本文针对高浓度高含盐工业废水难以有效处理的现状，并根据膜蒸馏工艺的特点，通过建立微波辅助光催化膜蒸馏实验装置，开展微波辅助光催化膜蒸馏工艺处理高含盐有机废水的研究。阐述了微波以及光催化技术对膜蒸馏过程的强化效果和作用机理，在此基础上，考察了微波辅助光催化膜蒸馏工艺处理活性黑溶液以及两种典型工业废水的可行性，取得以下主要成果：
　　 1、研究了微波对膜蒸馏过程极化现象以及传质过程的作用机制，考察了膜蒸馏运行条件对微波强化效果的影响。研究结果表明：微波加热能减弱膜面温度极化，并提高气体在膜孔中的传质系数，使膜通量提高了31.4％；热侧温度越高，微波对温度极化的削弱作用越强，膜通量的提高值亦越大；微波能有效减弱温度极化和浓度极化，使膜蒸馏处理NaCl溶液的通量随溶液浓度升高而下降的趋势减缓；在处理饱和NaCl溶液时，微波作用使NaCl晶体不易在膜表面沉积，有效减缓了膜污染。
　　 2、研究了膜蒸馏处理含盐有机废水的膜污染形成机制，并考察了微波以及微波光催化对膜污染的减缓效果和作用机理。研究结果表明：二价阳离子(Ca2+)会与腐植酸分子中的活性基团络合，使其发生团聚，形成致密的膜垢；微波作用使污染物不易在膜面附着，并有可能使膜面上的污染物脱落；微波光催化作用能有效降解有机污染物，防止膜污染发生；但光催化作用对中空纤维膜性能有一定影响，需要采用耐光降解作用的膜材料。
　　 3、开展了微波辅助光催化膜蒸馏工艺处理活性黑溶液的研究，探讨了实验条件对微波辅助光催化降解活性黑的影响，考察了该工艺处理染料废水的可行性。研究结果表明：在TiO2浓度为0.6g/L，溶液pH值为3时，活性黑的光降解效率最高；溶液中存在的CO32-和SO42-会使光催化效率降低，NO3-的影响相对较小；膜蒸馏能有效截留催化剂、染料和降解产物，实现固液分离，且产水水质好，系统运行稳定。
　　 4、微波辅助光催化膜蒸馏工艺处理煤制气废水SBR出水及印染废水的实验结果表明：(1)膜蒸馏对于煤制气废水SBR出水的COD去除率达到96％；通过酸化处理料液后，氨氮去除率达到98％，达到了工艺循环补充水水质标准；微波作用能使膜润湿快速干燥，光催化作用能有效降解膜面的污染物，使膜蒸馏系统运行稳定；(2)微波辅助光催化膜蒸馏处理印染废水的COD降解率达86.3％，污染物截留效果好，产水COD低，水质良好，可实现废水重复利用。