正滲透脫鹽技術ppt課件

1、自供應碳酸氫銨汲取溶質(zhì)用于微生物電解池正滲透耦合系統(tǒng)中的廢水處理和回收（2014,將合成有機廢水加入MEC的陽極室中，然后將其出水流入FO的原料側(cè)。來自MEC陽極（CO2）和陰極（NH3）的氣流通過兩個100mL玻璃瓶引流。第一個瓶子是裝有去離子水的吸收瓶，以收集氣態(tài)氨（NH3）和CO2產(chǎn)生碳酸氫銨。通過CO2氣瓶以1.26mL/min的流速將額外的二氧化碳引入該瓶中。第二個瓶子裝有1M硫酸（H2SO4）吸收第一瓶無法捕獲的過量NH3。一旦吸收瓶中的銨離子濃度達到0.80M，就將溶液轉(zhuǎn)移到FO中作為汲取液。當FO中的水通量降至1.0L/m2/h（LMH）以下時，將稀釋的汲取溶液送至熱回收單元，

2、其中溫度設定在80。NH3和CO2將其與汲取溶液分離并流入含有去離子水的吸附燒瓶中以再生汲取溶液。將來自FO的濃縮進料溶液用80L的0.1M NaOH溶液調(diào)節(jié)至pH7.0，并返回到MEC,將1米長的碳刷折疊以裝入作為陽極電極的陽極室中。陰極電極是涂有鉑/碳作為催化劑（0.3mg Pt/cm2）的碳布（160cm2）。將陰極室充氣以提供氧氣用于反應并從陰極電解液中除去氨; 人造廢水，無污泥,在MEC中，能量輸入為3.9kWh/m3廢水（2.0kWh/kgCOD，或5.1kWh/kgN）。其中，外部電源消耗53.8，陰極曝氣消耗16.8，陽極電解液再循環(huán)消耗29.4。在FO過程中，能量輸入為0.1

3、kWh/m3廢水。如表S1所示，如果MEC-FO被MFC-FO取代，則能量輸入將為負，這意味著將產(chǎn)生比銨回收所需更多的能量,微濾耦合滲透膜生物反應器防止鹽度積聚（2014,Integration of micro-filtration into osmotic membrane bioreactors to prevent salinity build-up,Fig.Variations of water flux (Jw) and conductivity of the mixed liquor (Cml) in the MF-OMBR,FO膜的水通量在MF-OMBR的初始階段減少，然后在2

4、5天后穩(wěn)定在約5.5LMH，是常規(guī)OMBR（2LMH）的2.75倍,MF膜的TOC去除效率遠低于FO膜的TOC去除效率。 MF流出物中的TOC濃度略低于上清液中的TOC濃度，但遠高于FO流出物中的TOC濃度，表明MF膜只能保留一小部分上清液中的TOC。 MF上清液與FO出水之間NH3-N濃度沒有顯著差異，表明活性污泥的NH3 -N去除效率非常高。 與具有相同操作條件和流入廢水的常規(guī)OMBR中上清液的TOC和NH3-N濃度相比，它們在MF-OMBR中低得多。這可能歸因于MF-OMBR中較高的微生物活性，因為它的鹽度較低，因為高鹽度可導致代謝活動的喪失。 確定生物活性的DHA被確定為表征MF-OM

5、BR中大量污泥的微生物活性；DHA隨著運行時間的延長而降低，最終穩(wěn)定在約33.24 mgTF/（Lh），遠遠大于傳統(tǒng)OMBR中約6.88 mgTF/（Lh）的水平。上述結(jié)果有力地支持了這樣的假設：較高的鹽度影響了常規(guī)OMBR中活性污泥的TOC和NH3-N去除。因此，可以得出結(jié)論，MF膜在OMBR中的應用不僅可以增加水通量，而且可以提高活性污泥的TOC和NH3-N 去除率，因為微生物活性增加,MF-OMBR系統(tǒng)中EPS的產(chǎn)量與傳統(tǒng)OMBR相關的值相當； 常規(guī)OMBR中的EPS產(chǎn)量與本研究在操作條件和進水廢水相同時相同，并報告了BEPS和SMP的穩(wěn)定濃度分別約為45和22 mg/gVSS，超過在M

6、F-OMBR中。這可能歸因于傳統(tǒng)OMBR中的鹽度比MF-OMBR中的鹽度高10倍。如上所述，高鹽度將不可避免地導致EPS的增加,傳統(tǒng)OMBR中的總通量下降（Lt）比MF-OMBR中的通量下降（Lt）更嚴重 由于膜污染，通量下降（Lf）在MF-OMBR中約為45，而在常規(guī)OMBR中僅為約29，這表明FO膜在MF-OMBR中具有更嚴重的膜污染 基于這些事實，可以表明MF-OMBR中較低的Lt不是由于膜污染，而是由于通過添加MF膜實現(xiàn)的較低鹽度 由于不可逆的膜污染導致的通量下降（Lin）MF-OMBR低于傳統(tǒng)OMBR，這意味著MF-OMBR中嚴重的膜污染主要是由于可逆的膜污染。實際上，在連續(xù)操作之后

7、，在常規(guī)OMBR中的FO膜表面上沒有發(fā)現(xiàn)明顯的污垢，而在MF-OMBR中FO膜覆蓋有厚的濾餅層 膜污染，特別是可逆膜污染，MF-OMBR比傳統(tǒng)OMBR嚴重，主要是通過增加過濾阻力和ECP導致嚴重的FO通量下降,新型耦合超濾 - 滲透膜生物反應器的長期中試規(guī)模研究（2015,長期OMBR和UF-OMBR研究結(jié)果顯示，COD，TN和TP的總體去除率分別大于96，82和99。已經(jīng)證明，活性污泥中的低鹽度可以維持，可以通過UF回收濃度大于50mg/L的磷，并且FO膜污垢顯著減少。此外，UF-OMBR能夠同時從一個集成系統(tǒng)生產(chǎn)高質(zhì)量的RO滲透物流和營養(yǎng)豐富的UF滲透物流。 與UF MBR相比，OMBR中

8、的FO膜具有低污染傾向,耦合滲透膜生物反應器 - 電滲析減少反應器鹽度累積和鹽回收,使用ED（施加3V電壓）可以保持原料液相對低的電導率8mS/cm，允許OMBR運行24天，比沒有ED的傳統(tǒng)OMBR長約6倍。通過ED回收的鹽成功地重新用作OMBR中的汲取溶質(zhì)。在能耗為1.88-4.01kWh/m 3時，混合OMBR-ED系統(tǒng)可以實現(xiàn)約6.23 L/m2/h的穩(wěn)定水通量和1.26 kg/m3的有效廢鹽回收率,傳統(tǒng)的OMBR，10天原料液電導率從1.1升至19.3mS/cm，水通量從6.31LMH降至2.40 LMH。鹽的積累也顯示出對有機化合物的生物降解的抑制作用。當導電率達到19.3mS/cm

9、時，生物降解COD的效率下降到13.9； 施加電壓為3V時，進料溶液的電導率在24天內(nèi)達到8.0mS/cm，比傳統(tǒng)OMBR的電導率長約6倍。此外，在運行24天后，水通量和COD生物降解效率分別高于3.70 LMH和70,Fig.Performance of the OMBR under different applied voltages and/or operational modes: (A) water flux, (B) conductivity of the feed solution, and (C) COD biodegradation efficiency,常規(guī)OMBR中的總鹽

10、積累為0.1230.017 mol/m2/h，其中46歸因于汲取液濃縮，而54歸因于鹽反向通量。 施加電壓為2,2.5或3V時，鹽回收通量為0.0200.003, 0.0940.016及0.2050.038 mol/m2/h。 可以看出，在面積（IEM和FO）比為1的情況下，ED需要施加2.5V的電壓才能回收OMBR中累積的所有鹽。為了實現(xiàn)完全的鹽回收，IEM和FO膜面積比分別為6.18,1.31和0.60，電壓分別為2,2.5和3V,Fig. Salt flux in the OMBR and the salt recovery in the ED under different opera

11、tional conditions, while the conductivity of feed solution was lower than 8 mS/cm. Note: 0, 2, 2.5, and 3 V applied voltages; C, continuous mode; B, batch mode,ED將鹽與OMBR進料溶液分離，并濃縮在ED濃縮室。隨著施加電壓的增加，ED濃縮物的鹽濃度變得更高； 施加的電壓為3V時，ED濃縮物的電導率可達到60mS/cm ，接近OMBR的新鮮汲取溶液的電導率且濁度無差異； 當ED濃縮液用作OMBR中的汲取溶液時，水通量為2.330.07

12、LMH，同時鹽反向通量為0.0170.002 mol/m2h ; 這些結(jié)果與用新鮮NaCl溶液獲得的結(jié)果相當； OMBR原液中的鹽可以通過ED回收并在OMBR中作為DS溶質(zhì)重新使用，從而減少DS溶質(zhì)的損失，同時具有環(huán)境和經(jīng)濟效益,Fig. Salt concentration and the volume of the concentrated solution in the ED unit under the different applied voltages of 2, 2.5, and 3V,施加的電壓從2V增加到3V（電流密度從0.930.29增加到11.491.56A/m2），能量

13、消耗從0.100.01增加到2.080.08kWh/m3。 當在混合OMBR-ED系統(tǒng)中獲得完全鹽回收時,隨著施加電壓的增加每單位體積處理廢水的能量消耗也從1.72增加到3.68kWh/m3，與ED中電流效率的下降有關。 對ED施加2V時，電流效率為76.24.9，在施加3V時降至41.63.8。在相同的操作時間下，電流效率的降低可能是由于較高的反向鹽擴散，這是由于較高的濃度梯度和較高的施加電壓。 與連續(xù)運行相比，完全鹽回收的批式下的能耗低于2.66 kWh/m3，這得益于在較低鹽負荷下鹽分離所需的低離子交換膜面積,Fig5.Energy consumption and current eff

14、iciency of the hybrid OMBR-ED system under different operational conditions. Note: 0, 2,2.5, and 3 V applied voltages; C, continuous mode; B, batch mode; EI,energy consumption per cubic meter of treated wastewater with the same area of ion-exchange membrane (0.0064 m2); and EW, energy consumption pe

15、r cubic meter of treated wastewater under the condition of complete salt recovery,盡管添加ED裝置的能耗較高，但混合系統(tǒng)在鹽的回收和再利用方面具有優(yōu)勢 與沒有后處理的傳統(tǒng)OMBR相比，所提出的系統(tǒng)具有最小化廢物排放的潛力。混合OMBR-ED系統(tǒng)可以實現(xiàn)為0.64kg/m3廢鹽回收以及2-3V電壓下1.88-4.01kWh/m3的能量輸入，而在傳統(tǒng)的OMBR，產(chǎn)1m3水需要1.22千克鹽來補充因反向鹽通量造成的鹽分損失，并且將排出0.15m3廢鹽水/m3廢水（可能需要額外處理,Fig. Comparison of

16、a conventional OMBR (SRT = 10 d) and a hybrid OMBR-ED system for chemical/energy input and waste discharge. The energy input, waste discharge, salt recovery, and salt input are normalized for the volume of water production in the OMBR,電流產(chǎn)生和電解質(zhì)pH對滲透微生物燃料電池薄膜復合膜反向鹽通量的影響,OsMFC繼承了MFCs和FO的功能，利用FO膜截留溶質(zhì)，分離

17、正極和負極，將處理過的水從anolyte(進料溶液)中提取到catholyte(汲取液)中，同時發(fā)電和提水,當總庫侖產(chǎn)量從0增加到311C時，發(fā)電可以極大地抑制RSF：從16.32.8降低到3.90.7 gMH。當連接40外部電阻時，陰極電解液pH值為3，OsMFC的RSF比pH值為11時低45.928.4。通過FO膜傳輸?shù)拟c離子的量比氯離子的量多18.3-40.7。通過擴散和電驅(qū)動遷移完成離子傳輸，理論分析表明抑制的電驅(qū)動遷移應該是降低RSF的原因,OsMFCs可以處理合成溶液和實際廢水，超過50的處理廢水可以從陽極中提取,成功地在OsMFC中實現(xiàn)了RSF的降低： 與開路（無發(fā)電）相比，發(fā)電

18、可將RSF降低75以上； 陰極電解液pH通過與產(chǎn)電的相互作用對RSF表現(xiàn)出強烈的影響，并且較低的陰極電解液pH由于較高的產(chǎn)電而具有更強的RSF抑制； 由于TFC膜具有一定的陽離子交換能力，因此更多的Na+遷移到FO膜上而不是Cl； 提出了擴散和電驅(qū)動遷移兩種機制來解釋穿過FO膜的離子傳輸。發(fā)電抑制了離子的EDM（電驅(qū)動遷移）并導致更高的擴散百分比,電解輔助緩解三室正滲透系統(tǒng)中的反向溶質(zhì)通量,將電解的概念應用于FO系統(tǒng)以原位還原RSF。選擇Na2SO4作汲取溶質(zhì)，防止被電解。 通過電解水保證滲透壓，通過電荷守恒可以減少RSF；不加生物質(zhì),該研究證明了三室電解輔助FO系統(tǒng)中原位減輕RSF的可行性。

19、系統(tǒng)地研究和優(yōu)化若干操作參數(shù)的影響，例如施加的電壓，膜取向和初始汲取溶質(zhì)濃度，以最小化RSF。該結(jié)果對于在e-FO系統(tǒng)內(nèi)進一步開發(fā)電解輔助RSF緩解具有重要意義，得出以下結(jié)論： 施加1.5V的電壓，在FO模式下RSF為6.780.55mmol/m/2/h，SRSF為0.1380.011g/L，并且以1M Na2SO4作為汲取液，與沒有施加電壓的控制組比，溶質(zhì)滲透減少約57； 降低的RSF應歸因于由電拖拽力（1.5V）和FO膜的高溶質(zhì)截留引起的約束離子遷移； 通過連續(xù)混合陽極電解液和陰極電解液實現(xiàn)穩(wěn)定的溶液pH，以延長e-FO系統(tǒng)中FO膜和電極的壽命； 在實驗過程中，膜污染和電解誘導的水分損失（

20、0.001 mL/L 回收水）均可忽略不計。通過原位滲透反沖洗可以很好地控制可逆膜污染，通量回收率為98； 將溶液再循環(huán)強度從60降至10mL/min 可顯著降低e-FO系統(tǒng)的比能耗，從0.6930.127到0.0220.004 kWh/m3或1.1030.059到0.0440.002 kWh/kg。這種節(jié)能的e-FO系統(tǒng)可以作為可持續(xù)水回收和再利用技術； 這種具有原位 RSF緩解的e-FO系統(tǒng)需要進一步研究汲取溶質(zhì)的選擇和實際廢水長期作為進料溶液,正滲透水處理過程中反向滲透肥料汲取溶質(zhì)的電滲析回收,在FO-ED系統(tǒng)中實現(xiàn)了穩(wěn)定的水回收和鹽度緩解。 最小反向鹽通量為0.063 g NH4+-N

21、 /m2/h ；0.083 g PO43-P /m2/h 。 可忽略Na +，Cl -和有機物的量對回用水安全再利用的影響。 在11天的運行中通過ED成功回收0.2mol/L DAP（磷酸氫二銨）。 最小能耗為0.72 kWh/m3水或0.45 kWh/kgDAP,1mol/l DAP水回收率明顯高于0.5mol/l，略低于2mol/lDPA，且RSF較低，所以選取1mol/l DAP做汲取液,0V1.61 mS/cm 2.0V23h3-6mA1.28 mS/cm 2.5V7h7-14mA0.94mS/cm 3.0V1h27-44mA0.89mS/cm,無ED2d0增加到1.6mS/cm；NH

22、4+-N 從0顯著增加到158mg/L 和PO43-P從0顯著增加到127mg/L 從第三天開始，2.5v下7h/d，后六天FS電導控制在0.841.05mS/cm，NH4+-N (7884mg/L) 和 PO43-P (6476mg/L) ED濃室出水電導率從1.06mS/cm增加到9.61mS/cm,能源分析側(cè)重于系統(tǒng)SEC，這是一個廣泛應用于水/廢水領域的能源參數(shù)，通過將能量消耗歸一化為單位水回收或單位鹽淡化的耗能。 3.0V 由于顯著較低的SEC而超過2.5V，從而使系統(tǒng)更節(jié)能且更具成本效益,正滲透-膜蒸餾脫鹽工藝新型汲取溶質(zhì)的探索,通過選用硫酸鋁和氯化鎂做汲取液降低反向鹽通量和保持高

23、水通量來增強FO，通過膜蒸餾濃縮汲取液,在正向滲透脫鹽過程中成功應用1M MgCl2與0.05M Al2（SO4）3作為汲取溶液。鹽的高溶解度和Al2（SO4）3產(chǎn)生的絮凝與許多其它無機鹽相比，不僅為高水通量提供了高滲透壓，而且還導致RSF降低。所選擇的汲取溶液能夠在FO模式下使用CTA膜分別在4.09和1.74 LMH的水通量下對咸水和海水進行脫鹽。此外，選擇PTFE2膜（孔徑為0.45m）作為最合適的膜，用于回收稀釋的汲取溶液，溶質(zhì)截留率約為100，MD水通量為5.41LMH,將生物電化學系統(tǒng)（BES）與AnOMBR耦合用于控制原料液側(cè)鹽度積累，并將反向通過膜的鹽進行回收以實現(xiàn)重復利用,初

24、始水通量都為14.1-15.0LMH；48h結(jié)束時氯化鈉為2.9LMH，僅為氨的一半； 水回收率（1688ml）高于氯化鈉的978ml； COD去除率氨為75.23.3%，氯化鈉為70.22.4； 2M NH4HCO3 DS 的電流密度為38321 A/m3遠高于氯化鈉的19920 A/m3,Fig.Comparison of the system performance between two draw solutes, i.e.NaCl and NH4HCO3: (A) water flux; (B) current density; (C) the catholyte pH; and (

25、D) the anolyte pH,開路系統(tǒng)中水通量從14.0降至0.7 LMH，在閉路系統(tǒng)中從15.0降至5.5LMH，導致水回收率顯著不同，開路為935mL，閉路為1688mL。 開路電導率24.1 mS/cm；閉路電導率9 mS/cm 開路系統(tǒng)COD去除率40.28.1；閉路系統(tǒng)的75.23.3,Fig. The OMBR performance with 2M NH4HCO3 DS under the open (no electricity generation; a conventional OMBR) and the closed circuit (with electricit

26、y generation, BES-assisted OMBR): (A) water flux; (B) anolyte conductivity; and (C) COD removal efficiency,回收的DS可以獲得與新鮮DS相似的水通量。在每個循環(huán)中，陽極電解液中的氨濃度首先由于RSF而增加，然后由于電流驅(qū)動的氨移動而降低。陽極液（或原料液）中的氨殘留物占總氨的5.2-10.8，陰極電解液中總氨的78.8-89.1被回收，因此下一次循環(huán)需要外加10.9-21.2的DS。使用回收的DS略微降低系統(tǒng)性能，其中COD去除率下降2.1-6.4，氨回收率下降低于0.7，回收水量下降2.0-2.7，發(fā)電量下降4.8-5.9,Fig. The reuse of the recovered DS: (A) water flux; (B) COD r