膜蒸馏去除水中砷的研究
摘 要：采用新型膜蒸馏技术对水中As(III)与As(Ⅴ)的去除展开了研究。实验结果表明,膜蒸馏对水中As (III)及 As (Ⅴ)具有较高的去除能力:当产水中砷含量超过10μg/L时,原水中As (III)与As (Ⅴ)的浓度可分别高达40 mg/L和 2 000 mg/L。局部润湿现象的存在导致As (III)及As (Ⅴ)跨膜至产水侧, PVDF微孔膜在溶液中的负电性以及As ( III)与 As (Ⅴ)在溶液中存在形式的不同导致膜蒸馏对两者去除能力的差异。360 h连续运行过程中产水通量及电导率稳定,且 整个过程中As (III)均低于检测限,说明PVDF微孔膜具有良好的疏水性和稳定的除砷性能。
关键词：膜蒸馏 砷 地下水
砷(As)是一种剧毒物质,广泛存在于空气、土 壤和水环境中。天然水体中,As主要以砷酸盐(As (V))和亚砷酸盐(As(III))的形式存在]。世界卫 生组织(WHO)规定饮用水中砷含量不得超过 10μg/L,长期饮用砷含量超标的水容易引起黑变 病、角化症,甚至诱发癌变。因此,如何解决地下 水砷污染问题成为亟待解决的问题。
传统的除砷方法主要有絮凝沉淀、离子交换和 吸附等方法。上述方法对As(V)有较好的去除效 果,但对As(III)的去除能力较差,在水处理过程中 大多通过将As(III)预氧化为As(V)得以去除;离 子交换树脂、吸附剂的除砷能力有限,而且再生过程 容易引起二次污染。随着膜技术的不断发展,纳 滤、反渗透等压力驱动分离膜过程已逐步 应用于水中砷的去除。国内外研究结果表明,反渗 透、纳滤操作简便,对As(V)的去除效率均高于 90%;但对As(III)的去除效率,反渗透低于70%, 纳滤则低于30%,且去除效率受溶液性质和操作条 件的影响较大。
膜蒸馏(membrane distillation, MD)是一种利 用疏水性微孔膜两侧蒸气压力差为驱动力的新型膜 分离过程,在非挥发溶质的水溶液膜蒸馏过程中,只 有水蒸气能透过膜形成纯水。膜蒸馏过程在常压下 进行,操作简单,且去除效率不受盐浓度的影响,其 在纯水制备、化学物质的浓缩及水处理领域均有广 阔的发展前景[10]。基于膜蒸馏的技术优势及传质 特点,作者将其应用到含砷水的处理以解决As(III) 去除效率低的难题。以模拟含砷水为研究对象,对 直接接触式膜蒸馏(direct contactmembrane distil- lation, DCMD)去除水中As(III)和As(V)展开了初 步研究,为利用膜蒸馏技术治理水体砷污染提供必 要的科学依据。
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