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中空纤维更新液膜技术处理模拟含铜电镀废水:结果与讨论

放大字体  缩小字体发布日期:2012-05-16  浏览次数:678

3.1 HFRLM对含Cu(II)废水的去除效果

 

   采用中空纤维膜器多级串联的方式(串联级数以Ⅳ表示),选用10%(体积分数)LIX984N/煤油为流动液膜相,以0.4 L的2 mol/L硫酸溶液作为反萃剂,对10 L含67.5 mg/L Cu(II)的模拟废水进行处理。液膜相与反萃相的混合液在管程循环流动,管程流速(Vtube)为0.003 m/s:含铜废水在壳程单程流动,壳程流速(Vtube)为0.001 m/s。此时每一级的出口废水作为下一级的进口废水。

 

   HFRLM技术对含Cu(II)废水的处理效果如图l所示。从图l可以看出,在实验初期,Cu(II)去除率迅速升高,处理过程进行到第4级时,去除率已达95.0%;进行到第6级时,废水中Cu(II)质量浓度从67.5 mg/L降至l.6 mg/L,去除率达到97.7%;进行到第7级时,废水中Cu(II)质量浓度降至0.9 mg/L,去除率高达99.0%。我国《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)中明确规定,铜作为第二类污染物,其最高允许排放浓度为1.0 mg/L[3]。因此,经过7级处理后,废水中Cu(Ⅱ)浓度已达到国家排放标准.

 

图1 Cu(II)的去除率与串联级数的关系

Figure l Relationship between the removal efficiency of cu(n)

and stage number

 

3.2 HFRLM技术对含Cu(II)废水的浓缩效果

 

HFRLM技术对含Cu(ID废水的浓缩效果如图2和图3所示。

 

图2 cu(n)质量浓度与串联级数的关系

Figure 2 Relationship between the mass concentration ofCu(1I)and stage number

 

图3塞集因子与串联级数的关系

Figure 3 Relationship between the enrichment factor andstage number

 

 从图2和图3可以看出,经过7级串联,反萃剂中Cu(II)最终浓度可达到1 700 mg/L,富集因子高达25。反萃剂回收处理后可重新使用。实验结束时,反萃剂中Cu(II)浓度比液膜另一侧废水中Cu(II)浓度高出近9 000倍。在整个实验过程中,液膜两侧料液相和反萃相的体积几乎没有变化。这说明管程内液膜层的更新作用可以及时补充膜孔内因溶解或乳化夹带而流失的有机相,有效地避免了支撑液膜技术因膜液流失而引起的泄漏问题[18五51,也使得唧RLM技术的长时间运行成为可能。上述实验结果表明,HF砌。M技术对电镀含Cu(II)废水具有良好的处理效果。

 

3.3停留时间对HFRLM处理含Cu(II)废水的影响

 

   在一定管程流速下,改变壳程流速,考察了废水在中空纤维膜接触器内的停留时间对处理效果的影响。在本实验条件下,壳程流速为0.O05 m/s时,废水在膜接触器内的单级停留时间为40 S;壳程流速为0.001 m/s时,废水在膜接触器内的单级停留时间为200 S。从表1可以看出,在相同管程流速下,去除率随着壳程流速的增大而减小。其主要原因是随着壳程流速的增大,废水在膜接触器内的停留时间变短,传质时间减少,因此去除率减小。降低废水的流速,即延长废水在膜接触器内的停留时间,有利于提高其去除效果;但单位时间内处理量减少,不利于工业化应用。可采用多组膜接触器并联操作,既可满足处理要求,也可以增大废水的处理量。

 

表1停留时间对二价铜离子去除率的影响

Tahle l Effect of residence time on Cu(IB removal efficiencv

 

   从表1还可以看出,当废水在膜器内的接触时间相近,即壳程流速为0.005 m/s时5级总停留时间为200 S,而壳程流速为0.001 m/s时单级停留时间也为200 S时,废水中Cu(II)的去除率较为相近,分别为59.5%和61.3%;反萃相中Cu(II)的质量浓度也较为相近。这表明在中空纤维更新液膜处理含铜废水的过程中,传质推动力主要由膜两侧水相的H十浓度差所引起[21|。在处理低浓度含铜废水时,过程的推动力基本保持不变,因而其处理效果也相差不大。这一结果也表明,HFRLM过程的去除率主要是受废水在膜器内的接触时间所控制,因而该过程容易通过模块化进行放大,使得该技术可以非常容易地用于工业化过程。

 

   根据文献报道[27],一般中型电镀企业每天的废水排放量约为20 m3。若采用长1 m、内径0.2 m、装填量为60 000根的商业化大型中空纤维膜接触器进行处理,其传质面积为85 m2。根据3.1节的实验数据,对于初始浓度为70 mg/L的电镀含铜废水,经过该膜器三级串联处理后,即可达到国家排放标准,其处理量为6m3/d。因此,并联4组后,即可达到20m3/d的处理要求。

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