论文总字数：21311字

摘 要

当今世界，随着人们物质生活需要的提高，染料工业迅速发展，虽然它给人们的生活增添了许多色彩也带来了很多便利，但是它也产生了大量的危害和污染。因为染料行业所生产并排放的染料废水，其具有水量大、有机污染物含量高、色度高、碱性大、水质变化大等特点，难降解的物质也比较多，因此而比较难处理。随着目前淡水资源日益匮乏的现状，人们也越来越重视印染废水的深度处理及资源回收化的问题。膜分离是当前一种新兴的废水处理技术，其处理目的是对废水中的污染物进行分离。纳滤膜的工作原理是通过在高浓度的进水一侧施加操作压力，在施加此压力之后便可克服自然渗透压带来的影响，当高浓度的进水一侧克服了自然渗透压的影响之时，自然水流方向的水分子会被逆转，部分高浓度的水分子会通过一个纳滤膜表示，稀释溶液的一面净化水。 本文中染料废水试剂采用甲基橙、中性品红和碱性品红作为研究对象，采用纳滤技术来对染料废水进行染料截留以及染料回收的资源化研究。通过在不同流速、染料浓度，pH值以及跨膜压差等条件对纳滤膜截留染料废水性能的影响。在不同NaCl浓度，不同Na₂SO₄浓度下含盐染料废水的纳滤分离效果，通过纳滤对染料与盐分离的规律探讨纳滤分离染料废水中染料回收的可行性研究。

关键词：染料；资源回收；处理；纳滤膜；膜分离；染料截留

Feasibility study on dye recycling of nanofiltration in dye wastewater

Abstract

A relatively rapid development in today's world, with the people's material life improved, dye industry, although it gives people's life to add a lot of color also brought a lot of convenience, but it also produced a lot of harm and pollution. Because the dye industry production and emission of dye waste water, with water and organic pollutant content high, high chroma, alkaline, changes in water quality and other characteristics, refractory material, and therefore more difficult to handle. With the fresh water resources shortage situation, people more and more attention to printing and dyeing wastewater deep treatment and resource recovery. Membrane separation is one of the new wastewater treatment technology And processed for the purpose is to separate the pollutants in wastewater. The working principle of nanofiltration membrane is the high concentration of influent side applied operating pressure, after applying this pressure can overcome the natural infiltration pressure brought about by when high concentrations of inlet side to overcome the natural infiltration pressure, natural flow direction of water molecules is reversed, part of the high concentration of water molecules will by a nanofiltration membrane said, diluted solution of a water purification. The dye wastewater reagent with methyl orange, neutral fuchsin and basic fuchsin as the object of study by nanofiltration technology to dye wastewater of dye entrapped and dye recovery resource research Studied. The conditions at different flow rates, dye concentration, pH value and trans membrane pressure etc. of nanofiltration membrane interception performance of dye wastewater. At different NaCl concentrations, different concentration of Na₂SO₄ containing salt dye wastewater by nanofiltration separation effect, through nanofiltration of dye and salt separation of rules of feasibility study of nanofiltration separation of dye wastewater dye recovery.

Key words: dye; resource recovery; treatment; nanofiltration membrane; membrane separation; dye retention

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 纳滤膜的简介 1

1.2.1定义 1

1.2.2类型 1

1.2.3运行机理 2

1.3纳滤处理染料废水中染料回收的研究进展 2

1.3.1染料的截留率的影响条件 2

1.3.2盐浓度与脱盐率对于纳滤截留率的影响 2

1.3.3染料凝胶极化对于NaC1透过率的影响 2

1.3.4运行压力对于染料截留率的影响 3

1.3.5膜面流速对于纳滤处理的影响 3

1.3.6跨膜压差与pH值对于纳滤处理的影响 3

1.3.7盐浓度对于纳滤处理截留率的影响 3

1.4 课题研究意义及内容 4

第二章 实验部分 5

2.1实验试剂及仪器 5

2.1.1药品 5

2.1.2主要实验设备及仪器 5

2.2实验材料特性 6

2.2.1染料性质分析与标准曲线确定 6

2.2.2纳滤膜管规格参数 8

2.3实验装置 8

2.4实验手段 9

2.4.1实验步骤 9

2.4.2注意事项 10

2.5实验标准与测量方法 11

2.5.1纯水通量 11

2.5.2渗透通量 11

2.5.3截留率 11

第三章 实验条件对于纳滤膜截留率的影响 13

3.1染料浓度对于纳滤处理的影响 13

3.2跨膜压差对于纳滤处理的影响 15

3.3膜面流速对于纳滤处理的影响 17

3.4 pH值对于纳滤处理的影响 19

3.5NaCl的浓度对于纳滤处理的影响 21

3.6 Na₂SO₄的浓度对于纳滤处理的影响 23

第四章 结论与展望 26

4.1结论 26

4.2展望 27

参考文献 28

致谢 31

第一章 绪论

1.1 研究背景

膜分离是当前一种新兴的废水处理技术，其处理目的是对废水中的污染物进行分离。纳滤膜分离技术是一种新型的分离技术，已应用于水处理、石油工业、制药工业、食品加工等行业中^[1]。负电荷电子附着在纳滤膜表面上，使得它对于不同的离子因为其不同的价态和电荷的关系而具有不同的Donann电位^[2]，所以纳滤膜因为它特殊的孔径和表面特征使得它具有特殊的性质。纳滤技术可以截留相对分子质量较大的有机物，而且其对盐离子的截留率较低，所以能有效地实现对含盐废水中染料等有机物质的回收。该行业生产染料多为粗染料、盐率较高，掺入一定量的未反应的原料和副产品^[3]。据资料调查，每当印染工业生产染料时，将会有大量的废水随着生产加工排放。况且染料容易外流，有着大约10％~20％的染料会在染料加工步骤之中流入到废水之中并排出 ^[4]。当前课题提出采用纳滤膜分离的方法来处理染料废水，对含一价盐NaCl以及二价盐Na₂SO₄的染料废水通过纳滤技术来进行染料截留以及染料回收的资源化。

1.2 纳滤膜的简介

1.2.1定义

纳滤膜是孔径在1nm以上，具有选择功能性透过溶剂分子、分子质量较低的溶质或低价态离子的一种半透膜。纳滤膜的孔径大多数都处于1nm~2nm之间，根据这种半透膜截留的物质大小约为纳米的这一个特点，所以它取名为纳滤膜，由于纳滤膜截留物质的分子量基本在150nm－500nm之间，2％~98％截留的溶解盐能力常被用于漂白，所以常用纳滤膜来去除天然有机物与合成有机物（例如农药、污染废水等）、三致产物、消毒副产物（三卤甲烷和卤乙酸）和挥发性有机物，纳滤膜这种新型分离膜的操作区间介于超滤和反渗透之间。

1.2.2类型

纳滤膜根据其使用功能主要分为两类，第一类是主要用于软化水质的传统软化纳滤膜，第二类是用来去除水中有机物，有效阻挡水中有机污染物形成的新型纳滤膜。这类纳滤膜因为其表面带有负电荷，产水量高于传统膜，对有机物的去除与有机物的电荷有关，一般带电的有机物去除率高于中性有机物。芳香族及聚酸氢类复合纳滤膜在当前的纳滤膜领域应用得较为广泛。例如芳香聚酰胺类复合纳滤膜、聚哌嗪酰胺类复合纳滤膜、磺化聚醚砜类复合纳滤膜、混合型复合纳滤膜等。对于同一种纳滤膜，它对于染料截留率的影响与染料的相对分子质量、分子结构和带电基团的条件因素有关；而不同的纳滤膜对于相同的染料，其截留率则不一样^[5][6]。

1.2.3运行机理

纳滤膜的工作原理是通过在高浓度的进水一侧施加操作压力，在施加此压力之后便可克服自然渗透压带来的影响，当高浓度的溶液一侧克服了自然渗透压所带来的影响之时，自然水流方向的水分子会被逆转，部分高浓度的水分子会通过一个纳滤膜表示，稀释溶液的一面净化水。实际的工作分离机制有点类似于充电模型，孔隙模型，并在最近几年提出的新建议的静电斥力和空间位阻模型。

1.3纳滤处理染料废水中染料回收的研究进展

1.3.1染料的截留率的影响条件

钟丽端、张显球^[7]等人的实验研究结果表明,纳滤膜对于染料的截留率非常高，能达到99%以上。当纳滤膜截留的分子质量远远小于纳滤膜处理装置所处理的染料废水中的染料分子质量时，加入纳滤处理装置中的染料初始浓度和染料品种种类等条件对于纳滤膜的染料截留率影响较小，盐浓度条件对于纳滤膜截留染料的截留率影响效果也不明显，特别的是，其对氯化钠的截留率影响效果比较明显。

1.3.2盐浓度与脱盐率对于纳滤截留率的影响

刘梅红、姜坪的实验研究结果表明，如果纳滤膜的脱盐率比较高，那么它对于染料的截留率也比较高；染料中盐浓度的条件与盐截留率条件的关系呈反比，当氯化钠的质量分数gt;5％时 ，氯化钠几乎可以 100％通过纳滤膜^[8]。

1.3.3染料凝胶极化对于NaC1透过率的影响

I．M．Noal等人^[9]探究纳滤膜截留率的影响实验研究结果表明，染料凝胶极化对于NaC1透过率的影响与染料废水中的染料和NaC1的浓度比有关，当NaC1得浓度越高时，其凝胶层的厚度就越小。这在理论上发展了佩里-林德- Spiegler Kedem方程分析浓度极化因子的条件。

1.3.4运行压力对于染料截留率的影响

董佳、彭丽花^[10]等人采用纳滤膜系统处理印染废水来探究纳滤膜截留性能的实验结果表明，当提高纳滤处理装置的运行压力时，染料废水的色度去除率也有所增加，但增幅不明显，这主要是因为纳滤膜对色度的去除和纳米孔径的膜表面特性有关，依赖于截留效应。当纳滤膜的操作压力增大时，膜分离层的表面会逐渐被压缩，这在一定程度上导致了纳滤膜孔径的收缩^[11]，因此小幅度地提高了对于印染废水的色度的去除率。

1.3.5膜面流速对于纳滤处理的影响

刘坚、刘梅红等人^[12]通过深度处理和集中的实际活性染料印染废水研究纳滤膜截留性能试验研究表明，膜面流速对于纳滤膜渗透通量的影响效果最大，而其对于无机盐的截留率影响效果则较小，因此探讨出通过提高膜面流速的方面可有效减轻膜污染这一结论。

1.3.6跨膜压差与pH值对于纳滤处理的影响

刘梅红^[12]等人的实验研究结果说明，纳滤处理装置的跨膜压差对于纳滤膜的渗透通量影响效果比较大，但它对于脱色率和无机盐的截留率几乎没有影响。而废水的pH值这一条件对于纳滤膜的渗透通量影响效果最大，对于无机盐的截留率影响效果则比较小，并对脱色率几乎不造成影响。

1.3.7盐浓度对于纳滤处理截留率的影响

郭豪、张宇峰^[13]，纳滤膜处理伊红/氯化钠和金城/氯化钠模拟印染废水的试验研究结果表明，纳滤膜对于染料和氯化钠的截留率与染料废水中盐浓度的关系成反比。盐浓度的增加，染料废水会导致Donnan效应减弱，并与染料相互作用减弱的带负电荷的纳滤膜之间。所以，当我们提高染料废水中的盐浓度时就势必会使得染料废水的染料截留率降低。在探讨染料浓度对于纳滤膜截留率的影响效果时探究出纳滤膜对于染料废水中染料和氯化钠截留率随着染料浓度的提高而提高。

1.4 课题研究意义及内容

染料废水的水质随不同的染料、无机盐、泥浆、表面活性剂、一系列物质的变化而变化，因此染料废水具有生物降解性，属于难降解有机废水^[14]。倘若能够实现对染料废水处理后进行回收生产的资源化，将会减轻污染，节约资源。本课题的研究对上述结果具有重要意义。通过在不同流速、染料浓度，pH值以及跨膜压差等条件对纳滤膜截留染料废水性能的影响。在不同NaCl浓度，不同Na₂SO₄浓度下含盐染料废水的纳滤分离效果，通过纳滤对染料与盐分离的规律探讨纳滤分离染料废水中染料回收的可行性研究。

第二章 实验部分

2.1实验试剂及仪器

2.1.1药品

如下表2-1所示：

表2-1主要实验药品

2.1.2主要实验设备及仪器

如下表2-2所示：

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