基于PTFE中空纤维膜的膜吸收脱氨研究

摘要

氨氮废水是一种常见的水体污染物，对人类的身体健康和赖以生存的生态环境会产生严重危害。不同行业排放的氨氮废水的多样性与复杂性，给氨氮废水的处理带来极大难题。传统脱氨工艺如物化法和生物脱氮法存在能耗高、占地面积大、处理效率低等缺点，膜吸收技术是将化学吸收方法和膜分离技术相结合的新型分离技术，具有节能、占地面积小、分离效率高等优点。
　　膜材料的选择对膜吸收脱氨效果影响重大，目前市面上的膜材料以聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF)为主，但是PTFE具有优异的疏水性、耐化学腐蚀性、热稳定性能等特点，成为最有前途的膜材料。近年来，本研究团队发明了“挤出-拉伸-烧结”法制备PTFE中空纤维膜。
　　本文采用“挤出-拉伸-烧结”法制备PTFE中空纤维膜，通过改变挤出头尺寸和改变拉伸工艺参数比制备出六种不同壁厚和孔径的PTFE中空纤维膜，研究了挤出头尺寸和拉伸工艺参数对PTFE中空纤维膜膜结构的影响。自行浇铸制备膜组件，以氨水为料液，硫酸为吸收液设计膜吸收法去除氨氮的循环实验，主要研究了膜结构参数（膜壁厚、孔径）和膜组件设计（装填密度、组件尺寸、放置方式和运行方式）对氨氮传质性能的影响规律。结果表明:膜丝壁厚越小，在一定范围内孔径越大，氨氮传质系数和脱除率越大;存在一个最佳的装填密度使氨氮传质系数达到最大，同时又有很高的脱除率;膜组件的有效长度越长，氨氮传质系数越小，脱除率越大;膜组件的放置方式对氨氮传质效果基本无影响，料液走壳程优于料液走管程。
　　本文详细研究了基于PTFE中空纤维膜的膜吸收过程中，工艺过程对氨氮传质性能的影响规律，即:料液pH、料液流速、料液温度、吸收液温度、吸收液浓度、吸收液流速对氨氮传质性能的影响规律。结果表明:料液方面的因素料液pH、料液温度、料液流速对氨氮传质系数和脱除率的影响较大，尤其是料液pH，增加料液pH、温度和流速都会提高氨的传质性能。吸收液的温度和流速影响很小，可根据实际需要选择。处理之后的料液氨氮含量降至4 mg以下，脱除率在99％以上，pH在7.05～7.20间，均达到国家一级排放标准。
　　自行设计组装了膜吸收法脱氨氮中试样机，以苏州**化工集团的化学镀镍废水为中试对象，采用硫酸溶液为吸收液，进行中试研究。主要研究了料液pH、料液流速、吸收液浓度和吸收液流速对氨氮传质性能的影响规律。实际废水的中试结果与实验室结果基本一致，去除氨氮效果良好。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 氨氮废水概述

1．2．1 氨氮废水主要来源及危害

1．2．2 氨氮废水的处理工艺

1．3 膜分离概述

1．3．1 膜分离的定义

1．3．2 膜技术发展史

1．4 膜吸收

1．4．1 膜吸收定义

1．4．2 膜吸收的应用

1．5 常用膜材料

1．5．1 聚丙烯(PP)膜

1．5．2 聚偏氟乙烯(PVDF)膜

1．5．3 聚四氟乙烯(FTFE)膜

1．6 课题主要研究内容

第2章 PTFE中空纤维膜的制备及性能表征

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验材料

2．2．2 性能测试与表征

2．2．3 PTFE中空膜的制备工艺

2．3 实验结果与讨论

2．3．1 PTFE中空纤维膜的形貌研究

2．3．2 PTFE中空纤维膜的孔径分布

2．3．3 PTFE中空纤维膜的水接触角

2．3．4 PTFE中空纤维膜的热稳定性表征

2．4 本章小结

第3章 膜吸收传质研究

3．1 引言

3．2 膜吸收传质过程

3．2．1 总传质系数K

3．2．2 膜传质系数Km

3．2．3 料液相传质系数Kl

3．3 传质机理

3．3．1 努森扩散(Knudsen扩散)

3．3．2 粘性流动

3．3．3 表面扩散

3．4 本章小结

第4章 PTFE中空纤维膜的膜结构和膜组件设计对氨氮传质性能的影响

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验所用材料与仪器

4．2．2 实验装置与运行流程

4．2．3 氨氮含量测量

4．2．4 实验设计

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 膜丝壁厚对氨氮传质性能的影响

4．3．2 膜孔径对氨氮传质性能的影响

4．3．3 组件装填密度对氨氮传质性能的影响

4．3．4 组件的有效长度对氨氮传质性能的影响

4．3．5 放置方式和运行方式对氨氮传质性能的影响

4．4 本章小结

第5章 膜吸收工艺过程对氨氮传质性能的影响

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 实验材料与仪器

5．2．2 实验设计

5．3 实验结果与讨论

5．3．1 料液pH对氨氮传质性能的影响

5．3．2 料液流速对氨氮传质性能的影响

5．3．3 料液温度对氨氮传质性能的影响

5．3．4 吸收液温度对氨氮传质性能的影响

5．3．5 吸收液浓度对氨氮传质性能的影响

5．3．6 吸收液流速对氨氮传质性能的影响

5．4 本章小结

第6章 现场中试研究

6．1 前言

6．2 试验装置及工艺流程

6．3 结果与讨论

6．3．1 料液pH对氨氮脱除效果的影响

6．3．2 料液流速对氨氮脱除效果的影响

6．3．3 吸收液浓度对氨氮脱除效果的影响

6．3．4 吸收液流速对氨氮脱除效果的影响

6．3．5 最佳工艺条件下运行

6．4 本章小结

第7章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

硕士期间发表论文情况

致谢