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EDUF(electrodialysis with ultrafiltration membranes)是在传统的电渗析器中引入超滤膜,或是用超滤膜取代部分离子交换膜的一种新型膜分离技术,其中超滤膜作为两液流的接触界面,提供传质的场所,垂直于液流的电场是离子迁移的驱动力。超滤膜的引入,使EDUF可以用于相对分子量大于500 Da的生物分子的分离与纯化,进一步拓宽了电渗析的应用领域。而外加电场作用时产生的电动学现象能够有效减轻超滤膜的污染。因此,EDUF在生物分子的分离与纯化方面具有广阔的应用前景。 本文采用EDUF来处理高硫酸盐、高残留抗生素、高残余营养物质(蛋白,菌丝等)的抗生素废水,以期能够实现分离大分子营养物质的同时回收抗生素和硫酸盐。在电场的作用下EDUF进料室中的青霉素负离子和SO42-迁移到抗生素回收室中,而大分子营养物质被超滤膜所截留,保留在进料室中;此时,基于阴离子交换膜的特性,理论上可限制青霉素负离子的进一步迁移使其生素回收室中,而迁移到该室中的SO42-在电场的进一步作用下,通过阴离子交换膜迁移到盐回收室。如此就可达到清洁处理抗生素废水的目的。 通过EDUF膜堆构型的对比发现,采用三隔室EDUF时青霉素的回收率高于两隔室EDUF,且其即不需要对树脂进行再生(填树脂EDUF需对树脂再生进而获得青霉素),又无需进一步分离回收的青霉素和硫酸盐(两隔室EDUF需进一步分离青霉素和SO42-)。在此基础上研究发现,阴离子交换膜并不能完全的限制青霉素离子的进一步迁移,三隔室EDUF使用异相阴离子交换膜相比使用均相阴离子交换膜更可缓减抗生素回收室中的青霉素离子迁移到盐回收室;此外,三隔室EDUF使用截留分子量为10000的超滤膜时,即可提高青霉素离子的迁移速率,又可防止蛋白质迁移到抗生素回收室。 分析了EDUF中影响离子迁移的主要因素,包括膜堆电压、进料液pH值、进料液组成以及进料液流量等。结果发现,高电压12.5V运行时利于SO42-的回收,而低电压3.5 V运行时则更利于青霉素的回收;进料液pH值为7.0时,EDUF的膜堆电阻,青霉素的回收率均要优于进料液呈酸性和碱性的情况;进料液中硫酸盐的浓度越高,EDUF膜堆电阻越小,但青霉素的回收率也随之减小;进料液中青霉素钠的浓度越高,越利于青霉素离子的回收;进料液加入蛋白质,随着EDUF运行,会影响青霉素和硫酸盐的回收;进料室的流量为75 ml/min时,青霉素的回收率仅为22.2%,而当进料室的流量增大为250 ml/min时青霉素的回收率提高到61.9%。 在此基础上,探讨了EDUF过程中SO42-和青霉素离子(G-)的迁移,发现SO42-和G-之间确实存在竞争迁移,外加电压越大选择性迁移系数Sm(SO42-/G-)也随之增大,证实了低电压利于青霉素回收。最后,通过在线监测超滤膜的电阻以及运行结束后超滤膜面电阻测量,发现超滤膜受到了轻微的污染,证实了进料液中加入蛋白质对青霉素和硫酸盐的迁移有所影响。