旋转盘剪切强化络合-超滤处理重金属废水及聚合物-重金属络合物的剪切稳定性研究

Complexation-ultrafiltration is a novel technology for the treatment of wastewater containing heavy metal ions, it has the advantages of concentration, separation and recovery of heavy metal ions. However, it is the unstability of polymer-heavy metal complex in the shear field that causing the decrease of rejection of heavy metal ions at industrial experiment, which is the key obstacle for its industrial application. Shear enhanced complexation- ultrafiltration using rotating disk membrane (RDM) is first used for the treatment of wastewater containing heavy metal ions by using water soluble polymer as complexing agent. The ultrafiltraion of polymer-heavy metal complex solution will be investigated, the stabilities of polymer-heavy metal complex in the shear field will be studied, and the correlation of the stability and shear rate will be obtained. The enhancement mechanism of complexation-ultrafiltration with rotating disk membrane will be revealed by the detailed studies of the distributions of shear rate, transmembrane pressure and permeate flux,as well as the analysis of the used membranes with SEM, AFM, and ATR-FTIR methods.The synergistic action of shear and acidification on the decomplexation of polymer-heavy metal complexes will be investigated, the mechanism of synergistic decomplexation of shear and acidification will be revealed. The mathematical model of the flow field of RDM will be formulated by the analysis of the flow field characteristics of RDM according to the structure characteristics of RDM with transfer theory and CFD (computational fluid dynamics) methods. The research results can give guidance for the industrial application of complexation-ultrafiltration.

络合-超滤处理重金属废水可实现对重金属的浓缩、分离与回收，为重金属废水的处理开辟了一条新途径，却尚未走向工业应用，其根源在于聚合物－重金属络合物的剪切失稳导致工业实验分离效率不高。因此，研究聚合物－重金属络合物在剪切场中的稳定性对络合-超滤的工业应用具有重要意义。首次提出采用旋转盘剪切强化络合-超滤处理含重金属废水，研究聚合物-重金属络合物在剪切场中的超滤特性，建立剪切速率与聚合物-重金属络合物稳定性的关系。研究剪切速率分布、膜面压力分布与膜通量分布之间的关系，结合对不同区域膜的SEM、AFM、ATR-FTIR等分析，揭示旋转盘剪切强化络合-超滤机理。研究聚合物-重金属络合物的剪切-酸化协同解络-超滤行为，揭示剪切-酸化协同解络机理。运用传递理论和CFD方法，对不同结构旋转盘膜室流场进行分析与模拟, 建立膜室流场数学模型。研究结果可为络合-超滤处理重金属废水的工业应用提供科学指导。

络合-超滤处理重金属废水可实现对重金属的浓缩、分离与回收，为重金属废水的处理开辟了一条新途径，却尚未走向工业应用，其根源在于聚合物－重金属络合物的剪切失稳导致工业实验分离效率不高。因此，研究聚合物－重金属络合物在剪切场中的稳定性对络合-超滤的工业应用具有重要意义。.自行设计并加工了旋转盘膜分离装置，研究了膜面剪切速率分布、膜面压力分布与膜通量分布之间的关系。.首次提出采用旋转盘剪切强化络合-超滤处理含单一重金属模拟废水，研究聚合物-重金属络合物在剪切场中的超滤特性，建立剪切速率与聚合物-重金属络合物稳定性的关系选用聚丙烯酸钠(PAAS)作络合剂，分别对单一重金属（Cu2+、Pb2+、Ni2+、Zn2+、Cd2+、Cr3+、Co2+等）离子模拟废水进行了络合-超滤，得到较佳的络合-超滤操作条件：重金属的聚合物/金属离子质量比（P/M）和pH值等条件。在此基础上，研究了膜面剪切速率与聚合物-重金属络合物稳定性的关系，得到了一定pH下的临界剪切速率（聚合物-重金属络合物解络的最小剪切速率）。为络合-超滤的工业化应用提供了重要理论指导。.研究了旋转盘剪切强化络合-超滤处理多元重金属废水以及剪切诱导解络耦合超滤选择性分离与回收重金属和聚合物。研究了剪切场中不同重金属离子与聚合物之间的竞争性络合机理，根据聚合物-重金属络合物剪切稳定性的差异，首次采用剪切诱导解络耦合超滤技术，实现了多元混合金属离子的选择性分离与聚合物的回收。相比传统的酸化解络，剪切诱导解络避免了酸碱的消耗，且解络的聚合物络合剂可直接回用于络合-超滤。研究结果可为络合-超滤处理重金属废水的工业应用提供科学指导。