¿Aplicación de la tecnología de ultrafiltración en el tratamiento de aguas residuales industriales?
Introducción: la ultrafiltración es una tecnología de separación de rápida aparición que se utiliza ampliamente en el tratamiento de agua respetuoso con el medio ambiente. Este artículo presenta brevemente el estado de desarrollo de la tecnología de ultrafiltración y revisa la aplicación de métodos de separación por ultrafiltración en el tratamiento de aguas residuales en las industrias de pintura electroforética, fibras químicas, textiles, fabricación de papel, impresión de billetes, vinificación, curtido, petróleo y alimentos.
Ya en 1861, Schmidt utilizó pericardio bovino para interceptar la goma arábiga, lo que podría servir como el primer experimento de ultrafiltración del mundo. En 1960, bajo la influencia de la exitosa membrana de acetato de celulosa de ósmosis inversa asimétrica de Loeb y Sourirajan, Michaels desarrolló membranas de ultrafiltración de CA asimétricas de diferentes tamaños de poro en 1963. Debido a las limitaciones de las propiedades físicas y químicas de las membranas de CA, desde 1965 se han introducido continuamente nuevos tipos de membranas de ultrafiltración de polímeros que se comercializaron rápidamente. 1965-1975 fue un período de gran desarrollo en la tecnología de ultrafiltración. Los materiales de membrana se expandieron desde la membrana CA asimétrica original a la polisulfona (PSF), poliacrilonitrilo (PAN) y polietersulfona (PES). Actualmente, la mayoría de las membranas de ultrafiltración están fabricadas con materiales poliméricos. Con la aplicación y el desarrollo de la tecnología de ultrafiltración en la industria, las membranas inorgánicas como las de metal, cerámica, silicio poroso y aluminio lograron avances importantes desde principios de los años 1980 hasta los años 1990. Por ejemplo, durante 1980-1985, la membrana inorgánica con carbón poroso como portador y recubierta con circonio cerámico desarrollada por la compañía UCC en los Estados Unidos se puede usar como un tubo de membrana de ultrafiltración, y se desarrolló un tubo de membrana cerámica con el nombre comercial Membralox. por la empresa Alcoa/SCT en los Estados Unidos. Puede resistir el contragolpe y la operación de flujo cruzado [2]. La ultrafiltración con membranas inorgánicas es más rentable que las tecnologías de separación convencionales. Casi todas las membranas inorgánicas utilizadas actualmente en la industria son membranas cerámicas porosas o membranas compuestas soportadas por cerámicas porosas. Con el desarrollo de la tecnología de polvos, se han lanzado al mercado muchos tubos microporosos de metal sinterizado de alta calidad y bajo costo, que tienen la ventaja de ser fáciles de ensamblar y procesar con componentes metálicos. En los últimos años, algunas personas en el extranjero han sinterizado una fina capa de TiO2 con un tamaño de poro de 0,1 nm en la pared interior de un tubo microporoso de acero inoxidable para formar una película de acero inoxidable Sceptre [3].
En los últimos 30 años, la tecnología de ultrafiltración se ha desarrollado rápidamente. La tecnología de ultrafiltración se ha utilizado ampliamente en la preparación de agua potable, la industria alimentaria, la industria farmacéutica, el tratamiento de aguas residuales industriales, el procesamiento de recubrimientos de metales, el procesamiento de productos biológicos, el procesamiento de petróleo y otros campos.
1 Aplicación del tratamiento de aguas residuales industriales
En la actualidad, la aplicación de la tecnología de membranas en procesos ambientales es principalmente ultrafiltración, ósmosis inversa, diálisis y electrodiálisis para tratar diversas aguas residuales industriales. La tecnología de ultrafiltración tiene las características de baja presión de funcionamiento, bajo consumo de energía, gran flujo y alta eficiencia de separación. Puede recuperar y reutilizar sustancias útiles y agua, especialmente de alto flujo, lo que hace que la ultrafiltración sea el principal método utilizado en proyectos de tratamiento de aguas residuales. tecnología.
1.1 Aguas residuales de pintura electroforética
La aplicación a gran escala de la tecnología de ultrafiltración en el extranjero comenzó en la década de 1970, cuando se utilizaba principalmente en la industria de recubrimientos electroforéticos. La pintura en aguas residuales representa entre el 10% y el 50% del uso total de pintura. El uso de tecnología de ultrafiltración para tratar aguas residuales de pintura electroforética no solo puede reducir la pérdida de pintura y reutilizar aguas residuales, sino que también permite que sales inorgánicas dañinas penetren en la membrana de ultrafiltración, aumente la resistencia específica de la pintura electroforética, regule la composición de la pintura líquida y garantice el rendimiento normal de la pintura electroforética. A principios de la década de 1970, los ultrafiltros de tubo de membrana CA se usaban principalmente para tratar aguas residuales de pintura electroforética anódica. A fines de la década de 1970, se usaban ultrafiltros de marco, de rollo y de fibra hueca para tratar aguas residuales de pintura electroforética catódica. La tecnología de ultrafiltración también se utiliza en algunas fábricas de automóviles nacionales e industrias de pintura electroforética. Por ejemplo, Changchun Automobile Factory importó un ultrafiltro de fibra hueca para pintura electroforética catódica de Aomicon Company. Está compuesto por 30 módulos de membrana con un diámetro de 7,62 cm conectados en paralelo. El área total de la membrana es de aproximadamente 75 cm2 y la capacidad de procesamiento es. 1,5 t/h Regularmente equipado con un sistema de inversión automática para la circulación de fluido para reducir la contaminación de la membrana y extender el ciclo de limpieza de la membrana. El volumen de descarga original de aguas residuales de pintura electroforética de una fábrica de automóviles de Beijing es de 200 m3/d, y la cantidad de pintura líquida descargada de la pieza de trabajo es de 19,13 l/h. Después del tratamiento de ultrafiltración, se garantiza que la resistividad de la pintura líquida. el tanque electroforético es superior a 500ω/cm y el contenido sólido de la pintura electroforética se mantiene estable. La tasa de retención de pintura electroforética es de 97~98 y la tasa de drenaje se reduce a 5 m3/h. El Centro de Investigación del Medio Ambiente Ecológico de la Academia de Ciencias de China desarrolló un módulo de membrana de fibra hueca con iones positivos. Las pruebas comparativas muestran que el efecto es bueno, el rendimiento es equivalente al de las membranas importadas y se puede utilizar para la producción.
La fábrica de equipos de ultrafiltración de Wuxi ha desarrollado membranas de ultrafiltración relacionadas. Una membrana de ultrafiltración cargada positivamente hecha de * * * poliacrilonitrilo como material de membrana, dimetilacetamida como disolvente y una cantidad adecuada de porógeno. Tiene una alta permeabilidad a los líquidos, un rendimiento estable, una alta tasa de eliminación de pintura y un buen rendimiento anticontaminación. se utiliza en la producción. Muchos fabricantes nacionales han introducido dispositivos de ultrafiltración extranjeros y reemplazar los dispositivos importados por dispositivos de ultrafiltración cargados de producción nacional con excelente rendimiento se ha convertido en un nuevo objetivo.
1.2 Aguas residuales de la industria textil y de fibras químicas
Existen muchos tipos de aguas residuales de la industria de fibras químicas, que pueden ser tratadas y recicladas mediante ultrafiltración. Por ejemplo, en la producción de muchas fábricas extranjeras se ha utilizado alcohol polivinílico (PVA) reciclado. Una fábrica japonesa utiliza un ultrafiltro tubular de 8 cm2 para concentrar la solución madre de PVA de 0,1 a 10 a 15 veces. La presión de entrada es 3,92×105 Pa, la presión de salida es 1,96×105 Pa y la temperatura de alimentación es 55~66°C.
Existen muchos tipos de aguas residuales colorantes con composición compleja, que incluyen principalmente aguas residuales coloreadas que contienen sal y materia orgánica; aguas residuales cloradas y bromadas que contienen ácidos débiles y álcalis débiles que contienen cobre, plomo, cromo y manganeso; , Aguas residuales coloreadas que contienen cationes como mercurio; aguas residuales orgánicas que contienen azufre. Debido a su gran volumen, alta concentración, alto color y alta toxicidad, es una de las aguas residuales industriales más difíciles de tratar. La fábrica de impresión y teñido de Shanghai tomó la iniciativa en el uso de un dispositivo de ultrafiltración tubular de presión externa de fibra de acetato para tratar las aguas residuales de tinte de tina y recuperó con éxito el tinte. El Instituto de Química Ambiental de la Academia de Ciencias de China también completó experimentos in situ sobre el tratamiento de aguas residuales de tintes con dispositivos de fibra hueca y tubulares de membrana de ultrafiltración de polisulfona. La tasa de decoloración es de 95~98, la tasa de eliminación de DQO es de 60~90 y la solución concentrada contiene 65,438 05~20 g/L de tinte, que se cita en la producción de las fábricas de impresión y teñido [6].
Las aguas residuales del fregado de lana son una de las aguas residuales más contaminadas de la industria textil. Las aguas residuales del fregado de lana contienen una gran cantidad de sólidos en suspensión, aceites y detergentes sintéticos, entre los que la lanolina es el principal contaminante. La lanolina es una materia prima para las industrias química y farmacéutica diaria. También es un buen conservante y lubricante y tiene un alto valor económico. El método tradicional de recuperación de lanolina tiene una baja tasa de recuperación, pero la tecnología de ultrafiltración ha logrado buenos resultados en el tratamiento de las aguas residuales del fregado de lana. Muchas hilanderías y plantas de fregado de lana de mi país utilizan la ultrafiltración para tratar las aguas residuales del fregado de lana, incluido el pretratamiento, la concentración de ultrafiltración, la centrifugación y la reutilización del agua. En comparación con el método de centrifugación tradicional, la tasa de recuperación de lanolina aumenta de 1 a 2 veces. Las condiciones operativas específicas son [7]: temperatura de alimentación 50 °C, presión operativa 0,12 ~ 0,35 MPa, caudal superficial de la membrana 3 m/s, flujo promedio de agua de la membrana 40 L/(cm2 h) y factor de concentración 3 ~ 6 veces. . Como resultado, la tasa de retención de aceite fue de 98~99 y la tasa de retención de DQO fue de 90~99.
1.3 Aguas residuales de la industria papelera
La industria papelera consume mucha agua, y las aguas residuales de la fabricación de papel provienen principalmente del pelado, despulpado, lavado, blanqueo, fabricación de papel y otros procesos. El uso de tecnología de ultrafiltración para tratar las aguas residuales de la fabricación de papel no solo puede concentrar y recuperar algunos componentes útiles de las aguas residuales, sino también reutilizar el agua permeada. Kaishantun Chemical Fiber Pulp Factory es la primera industria nacional de pulpa y papel que introduce equipos de ultrafiltración a gran escala con niveles internacionalmente avanzados y los ha utilizado con éxito para tratar el líquido residual de la pulpa de sulfito. Sobre esta base, se utilizó una membrana de polisulfona de fabricación propia para reemplazar la membrana importada y los experimentos demostraron que alcanzaba el nivel de la membrana de ultrafiltración FSN61PP producida por la empresa DDS. El proceso es el siguiente: precaliente el líquido residual a 50~70 ℃, abra la válvula de alimentación y el líquido residual ingresa al tanque de almacenamiento a través del filtro. La ultrafiltración siempre controla la presión de entrada a 0,6 MPa, la presión de salida a 0,3 MPa, la temperatura de trabajo de la membrana a 60~65°C y el área de trabajo de la membrana a 2,25 cm2. Como resultado, la concentración de ácido lignosulfónico en el producto terminado fue superior a 95, la tasa de eliminación del agente reductor fue superior a 85 y el contenido de sólidos fue superior a 30. El propósito de separar, purificar y concentrar eficazmente lignosulfónicos de alto peso molecular. Se logró el ácido en el líquido residual. En 1981, Japón utilizó el módulo de ultrafiltración NTU-3508 para construir un dispositivo de membrana tubular con una producción diaria de 4000 m3, que actualmente es el dispositivo más grande del mundo. En la actualidad, mi país ya tiene la capacidad de producir dichos componentes de membranas de ultrafiltración y ósmosis inversa, y ha sido rápidamente promovido [8].
1.4 Aguas residuales de la impresión de billetes
El tratamiento de las aguas residuales de la impresión de billetes en mi país siempre ha sido un problema de larga data que afecta a la industria de la impresión de billetes.
El Instituto de Investigación Nuclear de Shanghai de la Academia de Ciencias de China coopera con la Fábrica de Impresión de Billetes de Shanghai, la Fábrica de Impresión de Billetes de Nanchang, la Fábrica de Impresión de Billetes de Xi'an, etc. Desde 1993, se han utilizado ultrafiltros de placas para tratar el líquido residual del lavado de placas, y se ha mejorado el ultrafiltro HPL-II (A) original, y se ha utilizado con éxito el ultrafiltro tipo placa HPL-II (B) adecuado para tratar el líquido residual del lavado de placas. desarrollado. Después del tratamiento de ultrafiltración, el líquido transparente que pasa a través de la membrana no contiene tinta y el contenido de álcali permanece sin cambios. La tasa de eliminación de DQO alcanza más del 99%, el líquido residual con un contenido sólido de 3 se puede concentrar al 12% y la tasa de recuperación del líquido residual alcanza el 75%, lo que ahorra mano de obra y mucho dinero en comparación con el método de neutralización.
1.5 Elaboración de aguas residuales industriales
El líquido residual de glutamato monosódico es un líquido viscoso que contiene una gran cantidad de bacterias y otras materias orgánicas y cloruros. Su DQO alcanza los 70 000 mg/l. El vertido de líquidos residuales ha causado una grave contaminación al medio ambiente y además contiene algunos subproductos metabólicos valiosos. Las plantas de glutamato monosódico utilizan CA, PS, PVC y otras membranas de ultrafiltración para tratar las aguas residuales de glutamato monosódico. Las condiciones de funcionamiento son: presión de funcionamiento 0,25 MPa, temperatura de funcionamiento 25 °C y relación de concentración de ultrafiltración de 5 a 6 veces. Los resultados del tratamiento mostraron que el permeado era claro y transparente, y la tasa de eliminación de células alcanzó más del 98%. El permeado se introduce en la fábrica de salsa de soja a través de tuberías para producir salsa de soja MSG; la ultrafiltración del líquido concentrado puede obtener subproductos metabólicos valiosos que contienen proteínas, grasas, ácidos nucleicos, etc., la ultrafiltración del líquido de fermentación del ácido glutámico es clara y transparente, que puede mejorar la pureza y la pureza del ácido glutámico [9].
1.6 Tratamiento de aguas residuales oleosas
Las aguas residuales oleosas emulsionadas son aguas residuales industriales comunes y la ultrafiltración se ha utilizado para tratar las aguas residuales oleosas emulsionadas durante más de 20 años. En 1979, Alemania Occidental utilizó más de 250 dispositivos de ultrafiltración para concentrar aceite emulsionado. Los módulos de membrana utilizados incluían tipos tubulares, de bobina y de placa. En 1989, la unidad de producción de membranas se actualizó a una serie de unidades de membranas capaces de tratar aguas residuales de aceite emulsionado. Utilice membranas de fibra hueca cargadas para tratar aguas residuales de aceite emulsionado que contengan hidróxido de sodio, fosfato, carbonato de sodio, borato de sodio, nitrito de sodio y tensioactivos no iónicos o aniónicos a 50 °C, presión de entrada 0,12 MPa, presión de salida 0,10 MPa. Cuando el flujo de permeación alcanza 25 ~ 33 L/(cm2 h), y el contenido de aceite del permeado es de sólo una docena de mg/. Las soluciones penetrantes que contienen hidróxido de sodio, sal y algunos tensioactivos se pueden reutilizar para desengrasar con pequeños ajustes. El líquido concentrado ingresa al separador de aceite y agua y el aceite separado se puede reciclar para formar un sistema sin descarga. Actualmente, Shanghai Baosteel utiliza equipos de ultrafiltración de membrana tubular Abcor para tratar aguas residuales de petróleo emulsionadas. La membrana de ultrafiltración PSF100 es seleccionada por el Instituto de Investigación Nuclear de Shanghai de la Academia de Ciencias de China. Tres deflectores HPM están conectados en paralelo para formar un ultrafiltro de placas. En las condiciones operativas de caudal de alimentación de 65438 ± 0,6 m/s, presión promedio de 0,3 MPa y aumento natural de temperatura, se realizaron dos operaciones de concentración de forma continua. Los resultados muestran que la tasa de rechazo de aceite es superior a 99, la tasa de eliminación de DQO alcanza 95, la relación de concentración en volumen es alta y el flujo de ultrafiltración promedio es 10.
El contenido de aceite de las aguas residuales que contienen petróleo crudo suele ser de 100~1000 mg/L, lo que excede el estándar de descarga nacional (100 mg/L), y el aceite debe eliminarse antes de la descarga. Se pueden utilizar módulos de membranas de ultrafiltración de fibra hueca y equipos de ultrafiltración. En condiciones de presión de funcionamiento de 0,10 MPa y temperatura del agua residual de 40 °C, la permeabilidad al agua de la membrana puede alcanzar 60 ~ 120 L/(cm2·h) y puede tratar aguas residuales que contienen petróleo crudo de 100 ~ 1000 mg/L. , cumpliendo con la norma de descarga ambiental 65438.
Durante el proceso de procesamiento del metal se produce una gran cantidad de aguas residuales que contienen aceite de corte, sólidos en suspensión y detergentes, que deben ser tratadas antes de ser vertidas. La ultrafiltración puede separar las aguas residuales en dos partes: el concentrado contiene aceite y partículas suspendidas, y el permeado casi no contiene aceite. La ultrafiltración y la microfiltración se combinan para tratar aceites y grasas. En primer lugar, se utiliza microfiltración para concentrar el aceite al 10%. La permeabilidad al agua de la membrana de microfiltración es de 250 L/(cm2·h). Después de la ultrafiltración, se puede reciclar el 85% del agente limpiador. Durante el tratamiento de ultrafiltración de las aguas residuales aceitosas del laminado en el taller de prensado en frío de la planta siderúrgica, primero se filtra con una malla de 80, luego las aguas residuales aceitosas ingresan al tanque de circulación, luego ingresan a la membrana de ultrafiltración y ingresa el concentrado de ultrafiltración. el separador de aceite y agua. El aceite separado tiene un contenido de aceite superior al 90% y puede quemarse, y el agua separada se devuelve al tanque de circulación para tratamiento de ultrafiltración.
El permeado de ultrafiltración se puede reciclar. Durante el proceso de ultrafiltración, la permeabilidad al agua y la concentración de aceite del permeado son muy estables y no se ven afectadas por la concentración de aceite en el agua de suministro.
Los separadores de membrana utilizados en campos petrolíferos pueden realizar operaciones combinadas de ultrafiltración y ósmosis inversa (o nanofiltración) para tratar aguas residuales oleosas generadas a partir de la extracción de petróleo. El agua separada ingresa primero a la membrana de ultrafiltración de fibra hueca y luego el permeado ingresa a la membrana de ósmosis inversa (o membrana de nanofiltración), que elimina los sólidos suspendidos, las sales disueltas y el aceite disuelto para cumplir con requisitos especiales de calidad del agua.
El desarrollo de la ultrafiltración para tratar aguas residuales de aceite emulsionado continúa y la eficiencia de separación se ha resuelto básicamente. Sin embargo, las dificultades que deben superarse son la contaminación y la limpieza de las membranas [12].
1.7 Aguas residuales de curtiduría
Las materias primas para la depilación en la industria del cuero son principalmente Na2S y cal. Sus aguas residuales representan alrededor del 65.438 00% del total de aguas residuales del cuero. Tóxico y contiene sulfuro 2000 ~ 4000 mg/L, con altos sólidos en suspensión y turbidez. Es el agua residual más contaminada en la industria del cuero. En el tratamiento de aguas residuales, se utiliza ultrafiltración para separar proteínas y para ultrafiltración se utiliza membrana de polisulfona sulfonada, lo que aumenta la concentración de líquido residual de cal de 5 a 10 veces. La membrana no se obstruirá y el efecto del tratamiento es mejor que el de la tecnología de purificación ordinaria.
La ultrafiltración puede recuperar 40% Na2S, 20% cal, 68~70% líquido y una gran cantidad de proteínas. Se estima que de cada tonelada de corteza de sal se pueden obtener de 30 a 40 kilogramos de queratina, lo que tiene buenos beneficios económicos [13].
1.8 Aguas residuales de la industria alimentaria
El proceso de producción del aislado de proteína de soja producirá una gran cantidad de aguas residuales orgánicas de alta concentración. El uso de tecnología de ultrafiltración para tratar aguas residuales no solo puede recuperar proteínas y oligosacáridos solubles con alto valor económico, sino también resolver problemas ambientales. En comparación con los métodos de tratamiento tradicionales, tiene las ventajas de bajos costos operativos, alta eficiencia de producción, calidad estable de los productos reciclados y operación simple.
El líquido residual producido por la producción de almidón de patata tiene un alto contenido orgánico y la DQO suele rondar los 65.438.00.000 mg/L. La tecnología de ultrafiltración se utiliza en el extranjero para eliminar la DQO de las aguas residuales de almidón de patata y concentrarla. recuperación. En China, también se han realizado experimentos con módulos de membranas de ultrafiltración de fibra hueca de polisulfona (PS) y poliacrilonitrilo (PAN). Las condiciones del proceso son: presión de funcionamiento 0,10 MPa, flujo de alimentación 70 L/h, temperatura ambiente. Los resultados experimentales muestran que el efecto de la ultrafiltración es bueno, el valor de DQO de las aguas residuales se reduce de 8 175 mg/L a 3 610 mg/L y la tasa de eliminación de DQO es de 55,8. Una vez que la membrana se ensucia, se limpia con una solución de NaOH de 0,1 mol/l a 40 °C y la tasa de recuperación es de aproximadamente 90 [14].
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