南京小型污水处理厂 小设备 占地小 JDSAK59

目前在我国焦化废水的主要来源有煤碳在高温裂解、煤气净化及其焦碳成型过程的排水管道环节。化工废水作为一种典型性的产业废水处理，带有高浓度氨、甲酸、硫氰酸盐和其它脂肪烃，及各种中氮、氧、硫的杂环化合物，具有较高的有机负荷、成份繁杂、强毒副作用等优点，在其中大部分化学物质被视为对周围环境有危害对人们具备遗传毒性风险性。在我国做为大的一个焦碳生产的国家，在对待化工废水的环境污染层面正面临着严峻挑战。

小编以湖北省某焦化二沉池出水量为研究主体，以聚醚砜为反渗透膜的原料，将Fe3O4负荷在超吸水性、抑菌的无机材料纳米技术TiO2上，制取出既亲水性又可减少化工废水高锰酸盐指数的共混PES膜。通过调节没有水fecl3、七水合物硫酸铝与TiO2比例制取出TiO2－Fe3O4改性材料，进行平行对照试验，剖析其对于膜气孔率、表面张力、水通量、截留率产生的影响状况，进而明确适合的改性材料用量。

1、试验一部分

1.1 实验器材及仪器设备

聚醚砜(PES)，N，N－二甲基乙酰胺(DMAC)；聚乙烯吡咯烷酮(PVPK－30)；二氧化钛(TiO2)；七水合物硫酸铝(FeSO4•7H2O)；无水三氯化铁(FeCl3)；稀盐酸；浓氨水；硫酸(98%H2SO4)；重络酸(K2CrO7)；六水合物硫酸亚铁铵((NH4)2Fe(SO4)2•6H2O)；1，10－菲啰啉(一水合物)(C10H8N12•H2O)；硫酸银(Ag2SO4)；硫酸汞(HgSO4)；双氧水(30%H2O2)。

X射线衍射(XPertPROMPD)；静脉滴注接触角测量仪(JC2000C1)；鼓风干燥箱(DZF6050)；超声波分散仪(CH－01BM)；扩散系数检测仪(500mL)，自做。

1.2 TiO2－Fe3O4添加剂的制取

选用均匀沉淀法制取纳米技术TiO2－Fe3O4颗粒物：称加入适量的TiO2于配有100mL蒸馏水的锥形瓶中，用超声波分散仪超声波分散化1h后，挪到三颈圆底烧瓶并加入适量的稀硫酸，用N2驱氧30min并加热至80℃。再用n(Fe2)∶n(Fe3)=1∶2比例称加入适量的七水合物硫酸铝和无水三氯化铁，溶解于20mL双蒸水中，并缓缓地滴入到三颈圆底烧瓶中，不断拌和1h。清晰地测量1mL浓氨水并且用双蒸水稀释液至10mL，用稳压布氏漏斗逐滴添加到三颈圆底烧瓶中，不断拌和并衰老2h，全程控制环境温度使之稳定80℃，终磁分离出物质，用双蒸水不断清洗至液体呈中性化，抽滤装置后放置60℃的烘箱中24h，冷后碾磨，即获得纳米技术TiO2－Fe3O4物质。

1.3 改性材料膜制取

选用浸入沉积相转化法制取膜，以TiO2－Fe3O4为改性材料开展共性材料，设计实验配制，见表1所显示。

依照表1实验配制做实验，铸膜液在电加热器套中以75℃恒温加热拌和12h至铸膜液回应通透，放置60℃的真空室内静放除泡4h。除泡之后将铸膜液缓缓地乱倒在玻璃上，用玻璃管迅速地刮膜，预挥发40s后把它均速缓缓地浸入在30℃的双蒸水中，待膜全自动从金属板上掉下来，迁移入另1份双蒸水中侵泡，并定期维护双蒸水以清洗膜上残余的铸膜液，2d后取下在房间里当然晾晒，封袋预留。

1.4 功能测试与表现

1.4.1 TiO2－Fe3O4的表现

运用西班牙PANalytical分析仪器公司制造的X衍射仪开展XRD检测，分别从Fe3O4规范样、TiO2规范样、制取的防腐剂开展表现剖析。

1.4.2 表面张力的测量

将试品裁切为长条状，粘在40mm×20mm的玻璃片上，运用JC2000C1静脉滴注接触角测量仪开展膜表面张力的测量。1.4.3气孔率的测量膜气孔率的测量选用干湿度膜称重法，其计算步骤为：

在其中：W1为湿膜的品质，kg；W2为湿膜的品质，kg；ρw为水密度，取0.998kg/m3；ρm为膜相对密度，取1.37kg/m3。

1.4.4 水通量的测量

运用自制扩散系数检测仪开展水通量测量，把制取好一点的反渗透膜在0.1MPa下预压处理15min，扔掉双蒸水，随后放满沾有过氧化氢的化工废水(过氧化氢的摩尔分数为5%)，每10min纪录1次渗入的水的体积，共记6组信息。每一组膜测量3次计算平均值，膜水通量的计算步骤为：

在其中：Q为渗入水量，L；A为膜合理过虑总面积，取2.83×10－3m2；t为过虑时长，h。

1.4.5 COD截留率的测量

运用重络酸法测定COD，记初始化工废水的COD值为M0(mg/L)，通过膜渗沥液的COD值为M1(mg/L)，COD截留率的计算步骤为：

2、过程分析与探讨

2.1 XRD剖析

Fe3O4、TiO2和物质的X射线衍射图普如下图1所显示。由图1能够得知，Fe3O4规范样在2θ为30.6、35.9、43.9、58.1、63.9°时会比较明显的衍射峰，说明其试品为尖晶构造的Fe3O4。TiO2规范样在2θ为25.3、37.8、48.1、53.9、55.1、62.7、68.8、70.3、75.1°上有比较明显的衍射峰，表明它为体心立方构造，归属于锐钛矿晶体结构。而物质在2θ为35.6、37.8、48.1、53.9、55.1、62.7°上有比较明显的衍射峰，在2θ为25.3、37.8、48.1、53.9、55.1、62.7、68.8、70.3、75.1°的衍射峰显著变弱，表明TiO2的衍射峰被Fe3O4的衍射峰消弱，证实物质是TiO2－Fe3O4复合物。

2.2 膜表面张力

膜表面张力随TiO2－Fe3O4质量浓度不同类型的趋势线如下图2所显示。

由图2能够得知，当不加上共性材料时，表面张力较大，表明单一的PES膜是憎水性非常强的膜，由于PES带有OSO官能团，表现出了憎水性。而改性材料TiO2－Fe3O4的质量浓度为0.2%时，表面张力大幅度减少，表面张力是小，得知吸水性明显增强，表明TiO2－Fe3O4做为添加物对膜吸水性改性材料效果比较好，主要原因是纳米技术TiO2表层含有甲基，进而表现出了相对较高的吸水性。伴随着改性材料质量浓度的提高，表面张力先变大过缩小，主要是因为当TiO2－Fe3O4的质量浓度比较低时，TiO2所表现出来的团圆特性较差，在外面的作用下，可以均匀的分布于PES膜缝隙中，从而增加了膜吸水性。随着改性材料质量浓度的提高，TiO2显现出很强的团圆性，使之聚集在一起，即便在外面的作用下也无法进而在膜上均匀一致，进而使之吸水性对比低质量浓度改性材料减少了。伴随着改性材料质量浓度的增加，TiO2在团圆以后以其量多，依旧能在膜上面有比较广泛分布，吸水性又重新提升。

2.3 膜气孔率与化工废水扩散系数

膜气孔率与化工废水扩散系数变化趋势见表2所显示。

由表2能够得知，所制作的膜气孔率皆在80%之上，表明PES膜是一种多孔膜原材料。在其中，当添加物质量浓度为0.2%时膜的气孔率较大，为84.1%；质量浓度在0.6%、0.8%、1.0%时均比较小，这是因为纳米技术TiO2具备团圆性，质量浓度比较高的时候容易聚集在一起导致膜孔阻塞，可能会导致膜气孔率减少。M2的水通量较大，M1的水通量少，结合图3能够得知，这和膜表层的表面张力有一定的关系，主要是因为纳米技术TiO2表面有许多甲基，是非常好的吸水性官能团，伴随着膜吸水性的提升，它与水触碰也就越大，就会越有益于水分的加入与传送，并且还有气孔率的协同效应，进而更有助于水分进到膜孔。伴随着改性材料质量浓度不断增长，大量TiO2团圆在一起，可能会导致膜孔阻塞，抑止水通过膜，造成水通量减少，但由于吸水性的抑制作用，化工废水扩散系数并没有出现骤降状况。

2.4 COD截留率

膜截留率随TiO2－Fe3O4质量浓度变化情况见表3所显示。

由表3能够得知，未改性材料时，PES膜截留率仅是40%上下，但当TiO2－Fe3O4质量浓度为0.8%时其截流率为90%。由Fenton法得知，化工废水偏酸，膜表层的四氧化三铁会融解出去，在H2O2的影响下所有变为Fe2，随后Fe2和H2O2反应生成空气氧化能力强的•OH，和污水中有机化合物反映从而减少COD值。当TiO2－Fe3O4的质量浓度从0增至0.8%时，COD值逐渐下降，可是其功超过0.8%以后，COD值基本上保持一致，主要是因为参与到化工废水中H2O2质量浓度的优值是一定的，当TiO2－Fe3O4的质量浓度为0.8%时，Fe2已经达到饱和，继续增加其质量浓度就不会再提高其COD的处理量。

2.5 综合评估剖析

使用的TiO2－Fe3O4质量浓度不一样，对膜的结构与的影响也不尽相同，充分考虑，采用膜水通量和膜的截留率及其制作经费的节省值做为评价指标体系，应用统计学的方式对原始记录开展归一化处理，使结论更为靠谱，更有效果。在其中水通量权重设为0.4，截留率权重值设为0.5，成本优化权重设为0.1，数据处理方法结论见表4所显示。

由表4能够得知，TiO2－Fe3O4的质量浓度为0.8%时，解决化工废水的整体性能是，TiO2－Fe3O4的质量浓度为1.0%时，但由于改性材料的质量浓度大，制取改性材料所需要的费用较高，不符工业生产具体权益规定。质量浓度为0.2%时水通量较大，但由于其减少COD性差，后面仍需要降COD的流程，会增加解决成本费，在PES膜中加入0.8%的改性材料具经济收益。

3、结果

活性炭过滤融合Fenton方法对化工废水COD的下降获得比较好的成效，通过调节改性材料TiO2－Fe3O4的质量浓度，促使PES膜水通量、吸水性及其截留率都能得到很大的改进，则在质量浓度为0.2%时，水通量由78.98L/(m2•h)提升到145.23L/(m2•h)，表面张力由66.25°降到46°，所得到的膜吸水性能及其水通量效果。质量浓度为0.8%时，截留率从39.22%增至90.20%，获得改性材料膜M5减少COD的能力很强。再根据综合性生产制造具体考虑到，得到适宜的改性材料TiO2－Fe3O4的质量浓度为0.8%，其综合评估值大，这时改性材料膜透水性可以跟COD截留率均，既可以以较低成本、相对较高的高效率解决化工废水，在具体工业化生产中起着至关重要的作用。