CN101555048A - 同时去除水中天然有机物和重金属的方法 - Google Patents

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Abstract

一种水处理技术领域的同时去除水中天然有机物和重金属的方法，包括如下步骤：步骤一，将亲水性超滤膜改性为亲水性荷电超滤膜，亲水性荷电超滤膜的形状为平板式、卷式、中空纤维式或者管式中的一种；步骤二，将亲水性荷电超滤膜置于超滤装置上，采取死端过滤或错流过滤对含天然有机物和重金属的待处理水进行超滤。本发明的方法工艺简单，不需加药剂，运行可靠，设备紧凑和容易自动控制，降低膜污染，延长膜的使用寿命，降低工艺费用。

Description

同时去除水中天然有机物和重金属的方法
技术领域
本发明涉及一种水处理技术领域的处理方法，具体是一种同时去除水中天然有机物和重金属的方法。
背景技术
天然有机物(NOM)是动植物在自然循环过程中经腐烂分解所产生的大分子有机物。NOM不仅造成色度、异臭味、配水管网的腐蚀和生物不稳定性，也是氯化消毒副产物(DBPs)的重要前驱物，是导致饮用水质突变性增加的主要因素。另外，NOM还会影响微囊藻毒素的光降解，与重金属、农药形成复合体，增加了这些物质的持久性与生物积累性。因此，关于饮用水中NOM的去除一直是近年来水处理界的热点，也是需迫切解决的问题。目前常见的几种膜技术主要有：反渗透(RO)、纳滤(NF)、超滤(UF)等。RO和NF虽然对NOM有良好的截留性能，但运行压力高，能耗大，且大分子的有机物可引起膜的快速污染、压力升高等问题。另外，RO和NF对水中人体健康有益的离子、硬度、碱度以及微量元素都有较高的去除，出水不适合长期饮用。超滤膜由于其能有效除去悬浮颗粒、胶体杂质、细菌和病菌孢囊，在饮用水处理中得到越来越广泛的应用。然而，由于它的截留分子量较大，导致它对水中NOM的去除率不高，因此在水中NOM去除方面的应用受到限制。UF和其它物理化学过程组合(如吸附和絮凝)去除NOM不失为另一可行的方法。UF和活性碳吸附联用工艺中，活性碳可较有效地增加对NOM的去除但不能有效地减少膜污染问题。添加絮凝剂到UF系统可提高对NOM的去除和膜通量的增加，但是超滤膜的效率很大程度上取决于絮凝条件。另外，UF和其它物理化学过程组合使整个过程变得复杂。
重金属通过矿山开采、金属冶炼加工、化工废水的排放、农药化肥的滥用，生活垃圾的弃置等人为污染及地质侵蚀、风化等天然源形式进入水体，这些重金属离子包括镉、汞、铅、砷、铬、铜、锌、铊、镍、铍等。由于这些重金属不能被微生物降解而成为持久性污染物，极大地危害着生态环境和人民的身体健康。传统的水中重金属的处理方法有化学沉淀法、絮凝沉淀和吸附方法等。这些方法通常过程复杂，且一些过程还会额外引进化学污染物，如化学沉淀剂和絮凝剂，对环境造成二次污染。膜分离技术具有节能，工艺简单，不需加药剂，运行可靠，设备紧凑和容易自动控制等优点。RO和NF虽然对金属离子有良好的截留作用，可有效地处理重金属废水，但是，由于渗透速率较低、操作费用高且对离子的去除没有选择性等缺点，使得RO和NF在水中重金属去除方面并未得到广泛使用。超滤技术对分子量为1000～300000的胶体和大分子物质具有良好的截留能力，过程操作压力较低，膜通量较大，膜制备及应用技术较成熟，投资成本和运行费用较低等优点，在水处理领域中占有重要的地位，但其对重金属离子却没有良好的去除效果。
经对现有技术的文献检索发现，中国专利CN101148295(公开日：2008.3.26)描述了一种用于饮用水深度处理的组合工艺，包括吸附、混凝和超滤过程，能够达到有效去除水中天然有机物的目的。但该专利工艺复杂，未涉及对超滤膜特征的描述，且未涉及到对水中重金属的去除。张永锋和许振良在《工业水处理》2003年第23卷第6期1～4页发表了题为《重金属废水处理最新进展》一文，文中详细论述了近年来一些处理重金属废水的新方法，并对各种方法进行了综合评述。但在这些新方法中并未见对荷电超滤膜技术的描述，且不涉及在对重金属进行去除的同时对水中天然有机物的去除。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种同时去除水中天然有机物和重金属的方法。本发明的方法工艺简单，不需加药剂，运行可靠，设备紧凑和容易自动控制，降低膜污染，延长膜的使用寿命，降低工艺费用。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：
步骤一，将亲水性超滤膜改性为亲水性荷电超滤膜，亲水性荷电超滤膜的形状为平板式、卷式、中空纤维式或者管式中的一种；
步骤二，将亲水性荷电超滤膜置于超滤装置上，采取死端过滤或错流过滤对含天然有机物和重金属的待处理水进行超滤。
所述亲水性超滤膜选自醋酸纤维素、聚酰胺膜、聚丙烯晴或再生纤维素膜中的一种。
所述重金属为汞、镉、铅、铬、类金属砷、锌、铜、钴、镍、锡中的一种或者几种的混合。
本发明结合超滤膜的亲水性、超滤膜对NOM-重金属复合体(NOM-Metal)去除的筛分原理以及荷电膜与NOM-Metal的静电排斥作用，实现同时对NOM和重金属的有效去除和提高膜的抗污染能力。由于超滤膜是亲水性膜，在膜表面形成一层有序的水分子层结构，污染物要接近膜表面必须要破坏这种结构，需要能量，不易进行，膜就不易被污染物污染；同时，膜表面荷上了负电，NOM-Metal在天然水体中表现为带负电荷的大分子有机物，利用膜与NOM-Metal间的静电排斥作用，NOM-Metal分子被截留，对膜的黏附性降低，不易沉积和吸附在膜表面以及膜孔内，膜抗污染能力增强的同时对NOM和重金属的截留率提高，从而达到同时对NOM和重金属的有效去除。选取亲水性膜来进行改性获取亲水性荷电改性超滤膜可以更大限度地降低膜污染，最终达到去除率提高和膜污染降低的协同效果。另外，由于天然有机物易和重金属形成复合体，因而在NOM被亲水性荷电超滤膜有效截留的同时，重金属也被有效的截留而从水中除去。
本发明的方法工艺简单，不需加药剂，运行可靠，设备紧凑和容易自动控制，在实现同时天然有机物和重金属有效去除的同时，还能降低膜污染，减少膜的清洗次数，延长膜的使用寿命，降低工艺费用。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
步骤一，利用从自然界中提取的单纯腐殖酸固体配制成待处理水样，腐殖酸溶液浓度为20mg/L，重金属离子Pb2+的浓度为10mg/L，调节pH为6.0；选取截留分子量为100kD的平板式再生纤维素膜，其Zeta电位为-0.8mv。采用化学方法进行改性，将膜浸泡在磺酸类改性剂中48h后，得到荷负电的改性再生纤维素超滤膜，其Zeta电位为-11.3mv；
步骤二，将荷负电的改性再生纤维素膜置于超滤装置上，在69kPa的压力作用下过滤待处理水样，过滤时间为4h。超滤4h后，未改性再生纤维素膜上的膜通量较超滤初始时的膜通量下降了66％，对NOM和Pb2+的去除率分别为44％和38％；而荷负电的改性再生纤维素膜上的膜通量较超滤初始时的膜通量下降了35％，对NOM和Pb2+的去除率分别为86％和93％。较未改性的再生纤维素超滤膜，采用荷负电的改性再生纤维素超滤膜过滤时，对NOM和重金属的去除率分别提高了42％和55％，膜通量的衰减降低了31％。
实施例2
步骤一，利用从自然界中提取的单纯腐殖酸固体配制成待处理水样，腐殖酸溶液浓度为20mg/L，重金属离子Ni2+的浓度为10mg/L，调节pH为6.0；选取截留分子量为100kD的平板式再生纤维素膜，其Zeta电位为-0.8mv。采用化学方法进行改性，将膜浸泡在磺酸类改性剂中48h后，得到荷负电的改性再生纤维素超滤膜，其Zeta电位为-11.3mv；
步骤二，将荷负电的改性再生纤维素膜置于超滤装置上，在69kPa的压力作用下过滤待处理水样，过滤时间为4h。超滤4h后，未改性再生纤维素膜上的膜通量较超滤初始时的膜通量下降了63％，对NOM和Ni2+的去除率分别为43％和33％；而荷负电的改性再生纤维素膜上的膜通量较超滤初始时的膜通量下降了34％，对NOM和Ni2+的去除率分别为87％和81％；较未改性的再生纤维素超滤膜，采用荷负电的改性再生纤维素超滤膜过滤时，对NOM和重金属的去除率分别提高了44％和48％，膜通量的衰减降低了29％。
实施例3
步骤一，利用从自然界中提取的单纯腐殖酸固体配制成待处理水样，腐殖酸溶液浓度为20mg/L，重金属离子Pb2+和Ni2+的各自浓度均为10mg/L，调节pH为6.0；选取截留分子量为100kD的平板式再生纤维素膜，其Zeta电位为-0.8mv。采用化学方法进行改性，将膜浸泡在磺酸类改性剂中48h后，得到荷负电的改性再生纤维素超滤膜，其Zeta电位为-11.3mv；
步骤二，将荷负电的改性再生纤维素膜置于超滤装置上，在69kPa的压力作用下过滤待处理水样，过滤时间为4h。超滤4h后，未改性再生纤维素膜上的膜通量较超滤初始时的膜通量下降了63％，对NOM、Pb2+和Ni2+的去除率分别为43％、45％和33％；而荷负电的改性再生纤维素膜上的膜通量较超滤初始时的膜通量下降了27％，对NOM和Ni2+的去除率分别为87％、91％和73％；较未改性的再生纤维素超滤膜，采用荷负电的改性再生纤维素超滤膜过滤时，对NOM、Pb2+和Ni2+的去除率分别提高了44％、46％和40％，膜通量的衰减降低了36％。

Claims (3)

1、一种同时去除水中天然有机物和重金属的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将亲水性超滤膜改性为亲水性荷电超滤膜，亲水性荷电超滤膜的形状为平板式、卷式、中空纤维式或者管式中的一种；
步骤二，将亲水性荷电超滤膜置于超滤装置上，采取死端过滤或错流过滤对含天然有机物和重金属的待处理水进行超滤。
2、根据权利要求1所述的同时去除水中天然有机物和重金属的方法，其特征在是，所述亲水性超滤膜选自醋酸纤维素、聚酰胺膜、聚丙烯晴或再生纤维素膜中的一种。
3、根据权利要求1所述的同时去除水中天然有机物和重金属的方法，其特征在是，所述重金属为汞、镉、铅、铬、类金属砷、锌、铜、钴、镍、锡中的一种或者几种的混合。
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