表面活性剂强化超滤处理含亚甲基蓝废水

论文摘要

在大量的纺织、印染、造纸等废水中，含有毒与难生物降解有机染料，对生态环境构成了严重威胁。随着环保要求越来越高，采用传统方法处理此类废水在技术和经济上都难以达标。胶团强化超滤（Micellar-Enhanced Ultrafiltration, MEUF）是一种将表面活性剂与超滤结合的新型废水处理技术。MEUF法是利用表面活性剂分子的胶团化作用和胶团的增溶作用，并通过超滤膜来实现有机污染物分离的。该技术具有去除效率高、操作压力低、渗透通量高、能耗低、在室温下操作、工艺简单、易于实现工业化的显著优点。本研究通过MEUF技术，采用表面活性剂十二烷基硫酸钠（Sodium dodecylsulfate，简称SDS），聚砜中空纤维疏水膜（截留分子量为10000Dalton）来处理含有低浓度亚甲基蓝（methylene blue,简称MB）的废水。亚甲基蓝为阳离子型染料，所以选择带相反电荷的阴离子型表面活性剂以获取高效率。中空纤维膜广泛的应用于工业中，包括废水处理。这种超滤膜有很强的稳定性，低成本，组件容积小等诸多优点。系统研究了各种操作参数（原液SDS浓度、原液MB浓度、操作压力、温度、pH和原液NaCl浓度）对MEUF法增溶截留亚甲基蓝效能的影响。浓缩液和渗透液中SDS浓度、浓缩液中MB浓度随着原液SDS浓度（072.0mM）的增加而增加。这是因为随着进料液中SDS浓度的增加，将自组装形成更多的SDS胶团，有更多的MB分子增溶到胶团中，在超滤过程中被膜截留。随着原液SDS浓度的增加，渗透通量（J）减小，而膜污染阻力（Rf）增加。当原液中MB浓度为26mg/L时，加入8.0mM的SDS到溶液中，是有效而经济的。因为对超滤膜的污染小，SDS的用量和二次污染相对更低，渗透通量相对更高。随着压力的增加（0.010.09MPa），MB和SDS的去除率、浓缩液中MB和SDS浓度有微小的降低。温度会影响SDS胶团的特性，如CMC和增溶空间。温度从20℃增加到35℃，因为SDS胶团的增溶空间增大，所以浓缩液中MB的浓度增加。温度从35℃增加到45℃，浓缩液MB浓度减小，这是因为浓缩液中SDS浓度减小，SDS胶团数量更少。温度对MB和SDS的去处率影响不大。渗透通量随着温度的增加而增加，这有两方面的原因：当温度升高时，超滤膜的孔径变大；温度升高，溶液的粘度降低，溶液更易于透过膜。膜污染阻力随着温度升高而增加。因为随着渗透通量的增加，溶质更容易被输送到超滤膜表面，以致膜的吸附以及浓差极化作用的增加。pH对胶团强化超滤增溶截留MB的效能影响不大。NaCl可以提高SDS胶团的增溶能力，当电解质NaCl加入到溶液中，带有相反电荷的Na+会使得阴离子型表面活性剂SDS的CMC降低从而增加胶团数量。随着NaCl浓度增加，浓缩液中SDS和MB的浓度分别增加。MB的去处率保持在99.3%左右。SDS的去处率由63.48%增加到96%。加入NaCl，可以大大的降低SDS的二次污染，减小超滤膜吸附MB的量，同时不影响渗透液中MB的低浓度。研究了各控制参数对分布常数（Kd）和胶团负荷（Lm）的影响，反应出浓缩液和渗透液中组分浓度的相对变化程度。通过测定Zeta电位，研究了SDS浓度、亚甲基浓度和NaCl浓度对SDS胶团自组装性能的影响。本论文研究结果表明，采用SDS和聚砜中空纤维膜的胶团强化超滤技术可以快速有效地增溶截留废水中的亚甲基蓝。在添加NaCl的情况下，其二次污染可以得到极大的降低，SDS和亚甲基蓝的截留量得到明显提高。针对胶团强化超滤增溶截留水中亚甲基蓝过程中的控制参数的影响研究，为实现胶团强化超滤技术在含染料废水处理中的应用和推广奠定基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 印染废水处理的研究现状
• 1.1.1 印染废水的特点及危害
• 1.1.2 印染废水处理技术
• 1.2 胶团强化超滤技术
• 1.2.1 基本原理
• 1.2.2 表面活性剂在 MEUF 中的应用
• 1.2.3 有机污染物
• 1.2.4 超滤膜在 MEUF 中的应用
• 1.2.5 MEUF 的影响因素
• 1.2.6 有机与非有机污染物的同步去除
• 1.2.7 胶团强化超滤技术的展望
• 1.3 本研究的主要内容
• 第2章 基于 SDS 的胶团强化超滤增溶截留 MB 的研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验方法
• 2.3 实验装置和仪器
• 2.3.1 超滤装置
• 2.3.2 实验仪器
• 2.4 实验试剂
• 2.5 分析结果表述
• 2.6 结果和讨论
• 2.6.1 原液 SDS 浓度对胶团强化超滤增溶截留 MB 的影响
• 2.6.2 原液 MB 浓度对胶团强化超滤增溶截留 MB 的影响
• 2.6.3 操作压力对胶团强化超滤增溶亚甲基蓝的影响
• 2.6.4 温度对胶团强化超滤增溶截留亚甲基蓝效能的影响
• 2.6.5 pH 对胶团强化超滤增溶截留亚甲基蓝效能的影响
• 2.6.6 原液 NaCl 对胶团强化超滤增溶截留亚甲基蓝效能的影响
• 2.7 本章小结
• 第3章 基于 SDS 的胶团强化超滤 MB 膜污染和胶团性能的研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验方法
• 3.3 分析结果表述
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 胶团强化超滤亚甲基蓝膜污染的影响因素研究
• 3.4.2 Zeta 电位的影响因素研究
• 3.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文
• 附录 B 攻读学位期间申请的国家发明专利