膜化学反应器及其应用进展

提出将膜化学反应器分为四大类 :膜反应分离器、膜混合反应器、膜混合反应分离器和膜介观孔道反应器 ,并分别对各类反应器的特征、功能及其应用进行了评述。

离子交换膜化学反应器去除饮用水中Cr(Ⅵ)的研究

构建离子交换膜化学反应器,研究其在无外加电压作用下去除饮用水中Cr(Ⅵ)的效果。结果表明,当原水Cr(Ⅵ)初始浓度为0.019 2mmol/L,补偿溶液NaCl浓度为100mmol/L,流量为2.5mL/min时,给体池Cr(Ⅵ)分离去除率为86.2%。随着给体池共存离子浓度的增加,其对Cr(Ⅵ)交换竞争作用加强,给体池Cr(Ⅵ)分离去除率逐渐降低;在相同共存离子浓度条件下,3种共存离子对Cr(Ⅵ)分离效果的影响程度依次为SO24-、NO3-、Cl-。补偿溶液NaCl浓度由1mmol/L增加至100mmol/L时,Cr(Ⅵ)分离去除率基本不变,但是Don-nan分离12 h后化学反应池Cr(Ⅵ)浓度由0.001 5 mmol/L增加至0.016 0 mmol/L。Cr2O27-离子交换过程可用一级反应动力学方程描述,离子交换反应速率常数为0.014 2 min-1。加入10 mmol/L共存离子Cl-、NO3-和SO24-后,离子交换反应速率常数分别降低至0.013 5min-1、0.010 5 min-1和0.008 9 min-1。Cr(Ⅵ)在化学反应池中浓缩富集,离子交换26 h后化学反应池Cr(Ⅵ)浓度为0.069 8 mmol/L,可通过投加硫酸亚铁还原剂和碱液将其去除。

膜化学反应器去除煤化工气化废水氨氮研究

采用膜化学反应器,使废水中的氨氮与磷酸根离子、镁离子产生鸟粪石沉淀,降低煤化工气化废水中的氨氮。结果表明,进水氨氮浓度192.88 mg/L,投料比n(Mg)∶n(N)∶n(P)=1∶1∶1时,氨氮去除率超过90%,出水浊度降低了85%以上,且反应稳定,随时间基本无变化;曝气可以有效改善膜通量,沉淀经膜过滤、烘干回收,回收率达94.29%。

电化学膜生物反应器处理猪场污水运行效果

针对目前膜生物反应器(Membrane bioreactor,MBR)处理污水时存在严重的膜污染问题,结合微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)处理污水时可产生电能的特点,本研究耦合MBR与MFC,构建新型电化学膜生物反应器(Electrochemistry membrane bioreactor,EMBR),探讨EMBR处理猪场污水的可行性,并对比评价闭路和开路连接方式的运行效果。结果表明,闭路EMBR可连续稳定运行。产电性能方面,最大功率密度、内阻和库仑效率分别为62.7 mW·m^(-2)、229.1Ω和15.5%;污染物去除方面,闭路EMBR对化学需氧量(COD)、氨氮(NH_(4)^(+)-N)、总氮(TN)和总磷(TP)的去除率分别为90.4%±0.5%、76.6%±1.8%、62.6%±1.6%和70.5%±3.4%,其中TN的去除率较开路EMBR系统显著提升了3.8%;膜污染减缓方面,闭路EMBR在其自身所产电场作用下可有效减缓膜污染,膜清洗周期较开路EMBR延长了30%。EMBR作为一种新兴污水处理技术,在高效去除猪场污水中污染物的同时可产生电能,并可利用自身所产电能原位减缓膜污染速率。

电化学膜生物反应器处理污水性能提升策略及研究现状

针对膜生物反应器(membrane bioreactor,MBR)处理污水时存在脱氮效果差、运行能耗高和膜污染严重问题以及微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)存在出水质量差、所产电能未被有效利用的技术缺陷,电化学膜生物反应器(electrochemistry membrane bioreactor,EMBR)耦合MBR和MFC处理技术,可弥补两者技术缺点,能够实现高效去除污染物的同时减缓膜污染,具有广阔的应用前景。根据EMBR结构特点进行分类;从组成材料选取和运行参数优化角度重点阐述提升EMBR污水处理性能的策略;并从污染物去除、产电性能和膜污染减缓方面详细阐述了EMBR在污水处理中的研究现状;最后指出EMBR处理污水存在的问题及不足,并从新材料的开发与使用、装置规模、膜污染减缓机制、微生物群落结构组成及代谢机理等方面提出建议和展望,以期为EMBR处理技术实现规模化应用提供科学依据。

缺氧/好氧电化学膜-生物反应器强化脱氮效果及抗污染性能研究

研究了外加电压下电化学A/O-MBR的污染物去除效果和抗污染性能,分析了抗污染性能提高的原因.结果显示,外加2V电压时系统对COD和总氮的平均去除率分别为89.4%、92.2%,不加电压时COD和总氮的去除率分别为87.6%、77.3%,表明外加电压能够显著提高A/O-MBR的脱氮处理效果;研究同时发现,外加2V电压时,导电膜的平均运行周期为38d,相比不加电压时(平均26d),运行周期有所延长.污染物与导电膜之间的静电排斥作用和H_2O_2的原位清洗作用是系统抗污染性能提升的主要原因.

电化学膜生物反应器应用于难生化降解有机废水深度处理的试验研究

文章考察电化学膜生物反应器(EMBR)对难生化降解废水的污染物去除效果和MBR的膜污染控制情况。在相同的微电场工作条件和MBR操作条件下,通过对照试验研究EMBR系统的对废水污染物去除情况和膜抗污染性能。实验结果表明,电化学膜生物反应器可提高难生化降解废水的可生化性,COD_(Cr)、氮元素的去除率分别达到92.7%、84.4%。外加微电场的作用下,MBR的膜污染情况得到有效减缓,使得EMBR具有更好的运行效能。

电化学能源转化膜与膜过程研究进展

由于可再生清洁能源发展和交通运输电动化,迫切需要大规模电化学能源转化与储存装置.电化学体系包含氧化/还原两个部分,需要用膜将氧化剂和还原剂隔开,同时还需要通过离子传导膜连通内电路,实现连续的电化学反应.本文针对能源转化与储能技术需求,阐述近年来发展的高稳定性离子传导膜制备方法,以燃料电池、液流电池、电解水制氢过程为对象,分析电化学能源转化过程对离子膜的性能要求.在归纳能源转化膜过程、共同科学原理和技术特征基础上,讨论膜电化学反应器的基本内涵;阐明膜电极能够将“膜分离”与“膜催化反应”集成于一体,强调膜电极对电化学能源转化过程的重要性,展望高性能膜电极的发展途径.

三维生物电化学法提高污染物去除效能的研究进展

通过对三维生物膜电化学系统的特性进行剖析,总结出该系统具有提高氧化功能的羟基自由基水平、加速电子传递效能、增加降解功能微生物群落富集和活性的能力。通过剖析该系统对污染物高效去除的机理,从反应器构建的工艺参数(电极材料、反应器结构以及电极形状)方面提出了优化方案,对比了系统运行条件对污染物去除性能的影响,并评价其经济性能,最后提出了三维生物膜电化学法未来的发展方向。

SWRO+MCR工艺处理电镀废水零排放工程研究

针对某电镀公司生产线排放废水的特点及相关处理要求,采用反渗透海水淡化装置(SWRO)与膜化学反应器(MCR)工艺,并结合高频电力系统,对含镍、含铬及综合电镀废水进行了处理,处理规模总计为60 m^(3)/d。结果表明:经SWRO+MCR工艺处理后的电镀废水,出水水质满足标准GB/T19923-2005标准中的相关要求,出水可全部回用于工业用水及杂用水,处理后干污泥及蒸发釜液则委外处置,实现了电镀废水的零排放。工程总费用约为643万元,废水处理成本约为97.27元/m^(3)。可见,工艺流程及工程案例能够为电镀废水的零排放处理工艺创新及同类项目提供一定的参考。

反应分离一体化技术研究现状及应用进展

近年来快速发展起来的反应分离一体化技术以其能在生产中极大地降低投资和生产操作成本的优势引起了人们的广泛关注。本文综述了反应与分离一体化技术研究的现状及应用进展,介绍了反应精馏技术中的精馏塔结构及催化剂填料、数学模型和工业应用,同时介绍了膜化学反应器技术的研究现状和应用。

浸没式膜电化学生物反应器处理印染废水的研究

为实现对纺织印染废水的深度处理与回用，将电化学作用、生物降解作用、膜过滤作用相结合而构成浸没式膜电化学生物反应器（SMEBR）。采用该工艺处理印染废水，控制其参数如下：电压梯度为0．5～1．2V／cm，通电模式为开15min／关60min和开15min／关120min，膜出水泵运行模式为抽吸13min／停抽2min。经过120d的分阶段运行，反应器对COD、氨氮、总磷的平均去除率分别为83．7％、86．3％、93．5％。污泥停留时间约为300d，污泥浓度从起始的2．26g／L上升至5．25g／L，污泥比阻测定结果表明，经过电化学作用后污泥的过滤性能显著提高。

MCR技术在铝土选矿排污水回用中的应用

为使铝矿浮选废水更好回用于浮选工艺,提高废水重复利用率,减少废水排放对环境造成的危害,对浮选废水处理进行了研究.首先介绍了选矿废水处理的常用典型技术路线并进行了定性分析;再结合特定铝矿浮选废水回用案例,创新性引入膜化学反应器(MCR)技术,使浮选废水经过MCR后,直接达到RO进水要求,从而提出了气浮+MCR+RO+NF的物化与膜法结合的技术路线,并通过实验和工业化实施,进行了定量分析.结果表明,MCR技术不仅可以作为RO预处理技术,而且可直接应用于污水系统;该技术极大克服了传统膜技术对水质要求高的缺点,拓宽了膜技术适用范围,简化了废水处理流程,并使浮选废水回用率提高至80%以上.

煤化工含盐废水减量化中试实验研究

为了满足国内某煤化工企业含盐废水减量的需求,分析了该企业厂区含盐废水,提出MCR(膜化学反应器)+弱酸阳床+反渗透膜的工艺组合,并组建了中试设备进行现场实验,得到运行参数的合理区间,记录分析各工艺产水数据。最后对实验运行成本进行了计算。

AnEMBR-IFFAS耦合工艺处理石化废水

石化废水具有成分复杂、生物毒性和可生化性差等特点,废水中的高浓度耗氧有机物(以COD计)以及有毒物质会抑制生物活性,传统厌氧/好氧工艺在处理此类废水时难以达到理想效果。为强化生物处理效果,构建了一种新型电化学强化厌氧膜生物反应器(AnEMBR)与基于悬浮生物载体的生物膜与活性污泥复合工艺(IFFAS)处理实际石化废水。通过AnEMBR构建的生物电化学系统去除COD,并通过IFFAS内的改性载体实现同步硝化反硝化(SND)以去除NH4+-N和TN。运行期间COD去除率大于95%,在-1.2 V的外加电压下缓解不可逆膜污染并回收沼气(CH4占比90.7%)。稳定运行阶段的COD、 NH4+-N、 TN的平均去除率可达到97.9%、93.1%和72.2%,平均出水COD为52.11 mg·L^(-1)、NH4+-N为3.70 mg·L^(-1)、TN为15.19 mg·L^(-1),达到了《石油化学工业污染物排放标准》(GB 31571-2015)。以上研究结果可为石化废水强化生物处理提供参考。

难降解制药废水渗坑治理的工艺设计及运行效果

针对天津某制药厂渗坑的废水成分复杂、有毒有害、可生化性差等特点,通过曝气充氧+微生物强化+膜化学反应器(MCR)+连续活性炭吸附再生+景观浮床+投放水生动物等组合措施,对渗坑进行了综合治理和生态修复。运行结果表明,采用微生物强化技术,对苯胺、甲苯、硝基苯和挥发酚的降解率分别达到98.3%、93.2%、98.1%和95.3%。该组合措施可有效去除废水中的有机物、氨氮、总磷等污染物,增加河道中的生物多样性,强化水体的自净能力。渗坑废水处理后水质达到《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中Ⅴ类标准。