纳滤分离煤化工浓盐水的效能及膜污染机理研究

发布时间：2023-04-02 16:56

　　煤化工行业基于煤炭储备丰富、生产清洁能源及能源需求增长的背景下,近年来发展迅猛。但该行业具有高污染和高耗水的特点,且多分布于环境容量差的地区。为了缓解环境保护和行业发展之间的矛盾,国家环保部对煤化工废水处理提出近零排放的严格要求。煤化工浓盐水来自于煤化工废水处理末端的反渗透浓水,由于具有水质复杂、污染物浓度高及处理难度大的特点成为煤化工废水处理近零排放的瓶颈。本文针对煤化工浓盐水无机盐资源化及该过程中出现膜污染现象,探究了煤化工浓盐水的纳滤分离效能、溶质截留机理及膜污染机理。最后应用碟管式纳滤膜进行煤化工浓盐水热膜耦合工业盐分离及资源化技术中试试验,探究了碟管式纳滤膜对煤化工浓盐水的分离效能,其次分析工业盐质量、环境经济效益及运行投资费用,为应用纳滤实现煤化工浓盐水资源化提供了理论依据和应用参考。本文通过考察煤化工浓盐水的纳滤分离效能随溶液组分、浓度、p H值及运行压力的变化,探讨了单价盐、多价盐和有机物的截留机理及影响因素。当运行压力为1.5 MPa时,NF270型号纳滤膜对煤化工浓盐水中硫酸根和COD的截留率分别为90.52%和74.64%,分别低于盐混合液的3.1%和12.75%...

【文章页数】：135 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景
        1.1.1 煤化工行业在我国能源战略地位的分析
        1.1.2 煤化工行业废水处理的瓶颈
        1.1.3 煤化工浓盐水资源化的行业意义
        1.1.4 煤化工浓盐水来源及水质特性
    1.2 煤化工浓盐水膜处理技术研究进展
        1.2.1 超滤膜处理技术
        1.2.2 反渗透技术
        1.2.3 电渗析分离及浓缩技术
        1.2.4 其他膜处理技术
        1.2.5 膜技术处理煤化工浓盐水难点分析
    1.3 纳滤膜分离技术研究现状
        1.3.1 纳滤膜分离技术研究现状
        1.3.2 纳滤膜形态及材料
        1.3.3 纳滤膜结构
    1.4 纳滤的截留机理及传质模型
        1.4.1 不可逆热力学模型
        1.4.2 细孔模型
        1.4.3 电荷模型
        1.4.4 道南空间位阻模型
        1.4.5 道南空间位阻与介电排斥模型
    1.5 纳滤膜污染机理及控制研究
        1.5.1 纳滤膜污染类型
        1.5.2 纳滤膜污染清洗控制
        1.5.3 纳滤膜污染监测方法
    1.6 课题来源及研究的目的和意义
        1.6.1 课题的来源
        1.6.2 课题研究的目的及意义
    1.7 课题主要研究内容
第2章 实验材料与方法
    2.1 实验材料和仪器
        2.1.1 实验材料
        2.1.2 水质检测项目与方法
    2.2 实验设计
        2.2.1 纳滤膜性能测试
        2.2.2 煤化工浓盐水纳滤分离小试试验
        2.2.3 DSPM&DE模型预测有机物截留率试验
        2.2.4 膜污染清洗试验
        2.2.5 煤化工浓盐水热膜耦合工业盐分离及资源化中试研究
    2.3 分析及表征方法
        2.3.1 常规分析方法
        2.3.2 三维荧光光谱分析
        2.3.3 原子力显微镜分析
        2.3.4 扫描电子显微镜及能谱分析
        2.3.5 全反射傅里叶变换红外光谱分析
第3章 纳滤膜煤化工浓盐水分离效能研究
    3.1 引言
    3.2 盐混合液的纳滤分离效能
        3.2.1 运行压力对离子截留率影响
        3.2.2 溶液浓度及组分对离子截留率影响
        3.2.3 纳滤对有机物截留效能
        3.2.4 有机物浓度对离子截留效能的影响
    3.3 纳滤对煤化工浓盐水分离影响分析
        3.3.1 运行压力对膜通量的影响
        3.3.2 有机物截留率随运行压力变化
        3.3.3 运行压力对离子截留率的影响分析
        3.3.4 pH值对离子分离效能影响
        3.3.5 有机物截留率随pH值变化分析
        3.3.6 重金属的截留效能分析
    3.4 煤化工浓盐水纳滤分离机理
    3.5 本章小结
第4章 煤化工浓盐水有机物纳滤截留机理及模型应用
    4.1 引言
    4.2 纳滤分离TRCS效能研究
        4.2.1 纳滤分离电中性TRCs效能
        4.2.2 纳滤对正电性TRCs分离效能
        4.2.3 三维荧光光谱分析(3D-EEM)
    4.3 DSPM&DE模型建立及预测
        4.3.1 DSPM&DE模型建立
        4.3.2 DSPM&DE模型参数计算
        4.3.3 电中性TRCs截留率预测
        4.3.4 正电性TRCs截留率预测
        4.3.5 煤化工浓盐水TRCs的截留机理分析
    4.4 DSPM&DE模型优化
        4.4.1 DSPM&DE模型优化
        4.4.2 优化DSPM&DE模型预测及验证
    4.5 本章小结
第5章 煤化工浓盐水纳滤膜污染机理及控制研究
    5.1 引言
    5.2 纳滤膜污染随时间变化
        5.2.1 膜通量衰减特征
        5.2.2 溶质截留率随运行时间变化
        5.2.3 膜污染对NF270截留效能影响
    5.3 膜复合污染影响分析
        5.3.1 硅浓度对膜污染及截留效能影响
        5.3.2 有机物浓度对膜污染及截留效能影响
        5.3.3 膜污染及溶质截留率随pH值变化
    5.4 纳滤膜污染表征及分析
        5.4.1 原子力显微镜表征(AFM)
        5.4.2 扫描电镜及X射线能谱表征(SEM-EDS)
        5.4.3 傅里叶红外变换光谱分析(ATR-FTIR)
        5.4.4 煤化工浓盐水纳滤膜污染机理
    5.5 膜污染清洗效能分析
        5.5.1 膜污染清洗效能分析
        5.5.2 膜污染清洗液成分分析
        5.5.3 化学清洗后纳滤膜表面形态
        5.5.4 低氮杂环浓盐水纳滤膜污染
    5.6 本章小结
第6章 煤化工浓盐水工业盐分离及资源化中试研究
    6.1 引言
    6.2 煤化工浓盐水热膜耦合工业盐分离及资源化技术
    6.3 钝化络合预处理技术
    6.4 碟管式纳滤膜分离技术
        6.4.1 碟管式纳滤分离离子效能
        6.4.2 碟管式纳滤截留有机物效能
        6.4.3 纳滤回收率对截留率影响
    6.5 臭氧催化氧化有机物去除效能
    6.6 蒸发结晶制备工业盐
    6.7 环境效益、经济效益及成本分析
        6.7.1 环境及经济效益分析
        6.7.2 投资及运行费用分析
    6.8 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历



本文编号：3779593