中空纤维更新液膜技术处理含铬废水

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篇首语:先学爬,然后学走。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了中空纤维更新液膜技术处理含铬废水相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

l 前言

电镀、制革及铬盐T业每年均排放大量的含铬废水 其中,仅电镀废水的排放量就达40亿m /y .含铬废水呈酸性,铬离子主要以CrO 和Cr O 的形式存在。Cr(VI)毒性较大,对人体的皮肤、黏膜、上呼吸系统有较强的刺激性和腐蚀性,被人体吸收后具有致癌和诱发基因突变的危险 、含铬废水严重污染水源、土壤,破坏生态环境,因此GB8978—1 996《污水综合排放标准》严格限制Cr(VI)的最高允许排放浓度为0.5 mg/I 。含铬废水的无害化处理是上述工业过程不可缺少的T 艺环节之一。含铬废水的处理方法较多,主要有还原沉淀法、电解还原法、离子交换法等。其中,还原沉淀法虽然处理费用低廉、操作简便,但会产生大量的污泥以及铬渣,二次污染严重;电解还原法需消耗大量电能及钢材,运行费用高;离子交换法一次性投资大,操作管理复杂,树脂的再生、氧化等问题仍未能有效解决。为克服上述缺点,研究者们提出了多种新型处理技术,液膜法便是其巾比较有效的方法之一。E.L.Cussler等 早在1975年就采用以叔胺为载体、Span一80为表面活性剂的乳化液膜体系,研究了cr(VI)的同步分离和浓缩过程。国内在这方面的研究是从20世纪80年代开始的 。大量的研究结果表明 ,液膜法对含铬废水具有较好的处理效果,cr(VI)去除率高,处理过程不会产生二次污染。但是,传统液膜技术存在许多未能有效解决的关键性问题,如乳化液膜的制乳、破乳困难及泄漏、溶胀等问题,支撑液膜的载体流失、稳定性差等问题 。。这些问题极大地限制了液膜技术在含铬废水处理领域中的应用。中空纤维更新液膜(Hollow Fiber Renewal LiquidMembrane,HFRLM)作为一种新型的液膜技术,能较好地解决上述传统液膜技术所存在的问题,具有较好的稳定性和较高的传质效率 ,并已成功用于cu 的分离 。本文将通过实验研究,探讨HFRLM技术对含铬废水的处理效果,考察该技术对Cr(VI)的去除率以及浓缩、回收利用情况。

2 实验部分

2.1 试验仪器及材料

2.1.1 主要仪器
G751型紫外.可见分光光度计(上海分析仪器厂),蠕动泵(保定兰格),磁力搅拌器。

2.2.2 试验材料
K Cr 0 (北京红星化工厂)、NaOH(北京化工厂)、TBP(天津福晨化工厂)、煤油(天津大茂化工厂)、二苯碳酰二肼(天津福晨化工厂)、盐酸、磷酸、硫酸等均为分析纯。溶液用去离子水配制。中空纤维及中空纤维膜接触器参数见表1。

2.2 实验步骤

实验选用40%磷酸三丁脂(TBP)/煤油为萃取剂。其中,TBP为流动载体,煤油为稀释剂。用NaOH溶液1 mol/L作反萃剂、K Cr 0 溶液模拟含铬工业废水,Cr(VI)初始浓度在90—100 mg/L之间,用HC1(体积比1:1)调节废水中[H ]。循环实验装置及流程如图1所示。首先,萃取剂与反萃剂充分搅拌(体积比约为1:20),使有机相以微小液滴的形式均匀地分散在反萃剂中,共同进入中空纤维管内,待处理模拟工业废水进入膜接触器壳程,两相连续逆流操作。

2.3 分析方法

水相中Cr(VI)浓度采用改进后的二苯碳酰二肼分光光度法测定,有机相中Cr(VI)浓度通过物料衡算求取。料液中初始[H ]用NaOH标准溶液滴定测得,以酚酞作指示剂。由于K Cr 0 溶液的颜色会据浓度不同显黄色至橙色不等,故一般不采用酸碱滴定法测定其[H ]。但是,本实验中cr(VI)浓度低,显浅黄色,滴定前适当稀释后,颜色已经不明显。加之该滴定反应终点颜色变化显著,因此,通过多次实验验证,待测样品本身的颜色不影响滴定终点的判定,该测量方法完全满足实验精度的要求。

3 结果与讨论

3.1 HFRLM技术对Cr(VI)的去除效果

废水中Cr(VI)的去除率随时间变化关系如图2所示。初始阶段,去除率迅速升高,处理过程进行到40 min时,去除率达90% 以上;至75 min时,Cr(VI)浓度从87.2 mg/L降至1.6 mg/L,去除率达到98.2% 。又经过20 rain,Cr(VI)浓度达0.1 mg/L,去除率高达99.8% 。HFRLM技术中,中空纤维膜内壁面上的液膜在连续相剪切力作用下不断更新,具有强化传质的作用,而且采用中空纤维膜接触器可以提供较大的传质比表面积。张卫东等采用中空纤维更新液膜技术处理含铜废水时,体积传质系数比传统萃取塔大530多倍 。由图2所示的结果可以看出,使用HFRLM技术处理含铬废水也具有快速、高效的特点。

3。2 HFRLM技术对Cr(VI)的浓缩效果
液膜技术最大的优点之一是实现了萃取、反萃取过程的内耦合,具有非平衡传质的特点。HFRLM作为一种新型的液膜技术,在含铬废水处理中充分发挥了上述优点:一方面,废水中Cr(VI)不断向液膜迁移,同时,cr(VI)在液膜另一侧释放,液膜两侧pH差异较大,始终保持着较大的传质推动力,使得cr(VI)实现了“逆浓度梯度”迁移。实验中用80 mL反萃剂、8 mL萃取剂处理2 200 mL含铬模拟工业废水,结果如图3、图4所示。反萃剂中cr(VI)最终浓度可达到约2 500 mg/L,富集倍数高达3O以上。反萃相回收处理后可作为电镀过程的钝化液重新使用。

实验结束时,反萃剂中Cr(VI)浓度比液膜另一侧废水中cr(VI)浓度高出3~4个数量级,而液膜两侧料液相和反萃相的体积几乎没有变化。该结果不仅证实了HFRLM技术其非平衡传质的特点,溶质可以实现“逆浓度梯度”迁移,实现Cr(VI)的浓缩,同时也表明反萃剂不会穿过液膜泄漏至废水中,进一步表明HFRLM技术具有较好的稳定性,其所形成的液膜层能有效地分割两侧流体,传质过程中无泄漏发生。

本实验操作条件下,传质过程时间较长(约17 h),其主要原因是为了避免壳程非理想流动等情况的影响,实验中所用膜接触器的尺寸较小,装填的纤维根数较少,装填因子较低,传质面积极小,仅为5。57×10m 。若采用长1 m,内径0。2 m的商用中空纤维膜接触器,传质面积则可高达150 m 。此时,处理1 m Cr(VI)初始浓度为100 mg/L的废水,处理时问仅需40rain(通量用图3结果计算得到)。

4 结论

采用中空纤维更新液膜处理含铬废水速度快,去处率高达99。8% ,废水处理后cr(VI)含量低于0.5 mg/L,达到国家排放标准;浓缩后的cr(VI)浓度达到2 500 me,/L,富集倍数高达30多倍。该处理过程中不会产生二次污染,浓缩后的废水可回收使用,从而实现铬的资源化利用,是实现电镀废水闭路循环的有效手段之一,在电镀含铬废水处理方面有广阔的应用前景。作者: 任钟旗 刘君腾 张卫东 杜昌顺 马竞男

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