超声吹脱—膜蒸馏耦合工艺处理海水养殖废水

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近年来我国经济快速发展,沿海养殖场迅猛发展,随之而来的海水养殖废水也与日剧增,海水养殖废水主要包含有机物、氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐和磷酸盐等污染物,同时存在高盐度效应、一次排水量大等特点,对周围海域生态环境的影响不容忽视。而目前传统处理技术对海水养殖废水处理的费用较高、污染物去除效率不高、同时容易造成二次污染;膜蒸馏作为21世纪新型分离技术,其较低的运行温度、运行压力、对非挥发性溶质的的高截留率、运行成本较低等特点,使其在处理海水养殖废水时具有独特的优势;针对其对挥发性污染物处理效果较差、膜润湿及膜结垢等不足之处,提出超声吹脱-膜蒸馏耦合工艺。本文研究了三种不同膜蒸馏工艺在相对膜通量及对各类污染物去除的性能,探究了该耦合工艺的最佳运行参数,反应器内膜污染形成发展过程及关键影响因素,为养殖业处理海水养殖废水提供技术参考。研究结果如下:(1)试验得出三种膜蒸馏工艺的初始相对膜通量基本一致,在运行后期,超声吹脱(静置)-MD耦合工艺的相对膜通量优于其他两种膜蒸馏耦合工艺。三种膜蒸馏工艺对CODcr的去除率保持在97.3%以上;超声吹脱(搅拌)-MD耦合工艺对氨氮去除效果最好,达到了83%,同时预处理会使得原料液中氨氮浓度大幅度降低;运行后期,三种膜蒸馏方式对蛋白质的去除率均稳定在97.5%以上;对磷酸盐及多糖的去除率,三种膜蒸工艺区别不大;利用超声吹脱(静置)预处理原料液使得原料液中的污染物含量减少,有助于延缓膜面污染,考虑到PTFE膜的使用寿命,膜面的污染物沉积越少越有利于延缓膜面污染,因此在去除率相差不大的情况下,超声吹脱(静置)-MD耦合工艺更有利于对海水养殖废水的净化处理。(2)影响超声吹脱(静置)-MD耦合工艺相对膜通量及对污染物去除效果主要因素有超声功率、超声时间、超声水浴温度、膜蒸馏热侧温度、膜组件两侧流速等。通过试验确定耦合工艺最佳运行参数,在超声功率为80W时,超声单元对CODcr去除率达到72.1%,对氨氮去除率达到68.4%,运行结束时相对膜通量仍有0.67;在超声时间为1.5h,超声单元对CODcr去除率为68.2%,对蛋白质去除率为20.7%,对氨氮的去除率为46.1%,相对膜通量达到0.67;超声单元在超声水浴温度为45℃时,对氨氮的去除率为46.5%;当热侧水浴温度为80℃时,膜两侧流速为15.75mm/s时,相对膜通量得到较大提升。因此,确定超声功率80W、超声时间1.5h、超声水浴温度45℃、热侧温度80℃、膜组件两侧流速为15.75mm/s为最佳运行参数。(3)通过对三种膜蒸馏工艺被污染的PTFE膜样品进行表征分析,可以发现膜面主要沉积物为蛋白质、多糖、碳酸钙,超声预处理后的原料液中产生絮状物,在超声吹脱(搅拌)-MD耦合工艺过程中絮状物更容易在膜面形成滤饼状沉积。在对膜面沉积物测定中,可以发现超声吹脱(静置)-MD耦合工艺膜面的多糖和蛋白质沉积物为三种膜蒸馏工艺中含量最低,多糖含量为10.5μg/cm2,蛋白质含量为661μg/cm2。
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