膜分离技术在水处理中的应用进展（精选8篇）
膜分离技术在水处理中的应用进展 篇1
膜分离技术在水处理中的应用进展
介绍了膜分离技术及其特点,对膜分离技术进行了分类,同时阐述了反渗透、超滤、纳滤、微滤、电渗析这些常规膜分离技术的研究和在水处理技术中的应用情况,提出了膜分离技术研究方向和应用前景.
作 者：马海峰 刘志刚 陈玉龙 作者单位：大庆石化公司水气厂,163714刊 名：中国科技信息英文刊名：CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION年，卷(期)：“”(14)分类号：X7关键词：反渗透 超滤 纳滤 微滤 电渗析
膜分离技术在水处理中的应用进展 篇2
膜分离技术是一门分离新技术, 出现在20世纪初, 20世纪60年代迅速崛起。近半个世纪以来, 膜分离技术在多个行业得到了广泛的应用, 也使得膜分离技术本身得到了很大发展。膜分离技术作为一种新的分离净化方法, 工艺简单, 易于操作, 能耗低, 清洁, 无二次污染, 可取得良好的分离净化效果, 在水处理行业得到了广泛的应用。近年来, 在全球许多国家, 膜分离技术得到了重视, 迅速发展起来。
1 膜分离技术的原理与特点
膜分离技术的原理:在液体混合物中, 对于不同的气体或液体组分, 膜的选择渗透作用性能是不同的, 膜分离技术就是是利用膜的选择渗透作用的差异而发挥作用的, 它的推动力是外界能量、化学位差, 对多组分混合的气体或液体, 进行分离, 分级, 提纯, 它在污水处理、食品、能源、医药以及化工生产等行业中, 得到了广泛的应用, 取得了迅速的发展。
膜分离技术作为一种新的分离净化方法, 与传统的分离净化方法相比, 它的特点在于工艺简单, 能耗低, 无二次污染, 而且分离净化的效果较好。由于膜分离技术功能比较多, 包括对气体或液体混合物的分离、浓缩、纯化、精制, 而且操程简单, 净化效果好, 能耗低, 清洁环保, 过滤过程简单, 易于控制, 因此, 目前广泛应用于食品行业、医药生产、生物科技、节能环保、水处理、化工生产、造纸工业、能源开发、石油、冶金、电子生产等领域, 不但使企业收获了巨大的经济效益, 而且对社会具有很好的环保功效, 在当今分离科学中, 膜分离技术成为了首屈一指的重要技术, 受到了越来越多的行业的专业人士的重视。
2 膜分离技术在水处理中的应用
1) 处理饮用水
随着我国经济的发展, 环境污染及水污染情况也日益严重, 人们对饮用水的水质, 也考虑了水污染的因素, 饮用水的净化也越来越普遍。水的净化, 主要是除去水中的悬浮物、细菌、病毒等有害物质与成分, 膜分离技术用于饮用水的净化, 发挥了其独特的作用, 是一个重大的水处理的突破。膜分离技术中的水处理方法有很多种, 包括微滤、超滤和纳滤等, 过滤能力很强大, 对于去除水中的微米级的颗粒效果很好, 与常规水处理技术中的过滤能力相比, 显示出很大的优越性。对于纳米级微粒, 过滤的办法并不能有效去除, 而膜分离技术可轻松去除纳米级微粒, 有效去除水中的悬浮物、细菌与病毒等有害物质与成分, 大大提升饮用水的水质。
2) 处理工业废水
随着我国工业的快速发展, 工业废水的排放也成为了环保部门头疼的话题。很多工业废水排放的范围广, 排量大, 大多含有不同浓度的化学物质, 有的甚至有毒性, 对人类健康与环境保护, 都有很大的危害。为了保障人类身体健康, 保护环境, 并回收废水中的有用物质, 节约能源与资源, 促进经济的可持续发展, 工业废水必须进行严格的净化处理, 达标之后, 才能排放。在处理工业废水方面, 膜分离技术同样显示出了其独特的作用。对于工业废水, 它不但能进行有效的净化, 处理后的废水实现达标排放, 又使废水中的有用成分得到了回收, 实现循环利用, 可节省很多能源, 收到很好的环保与节能效果。因此, 在处理工业废水中, 膜分离技术得到了广泛的应用。经过膜分离技术处理后的废水, 既能达标排放, 又使废水中的有用成分得到了回收, 实现了循环利用, 促进了经济的可持续发展。
3) 海水淡化
海水是地球上占水资源比例最大的水体, 面对淡水资源的危机, 把海水进行淡化, 是解决全球水资源危机的一个重要途径。目前, 用于海水淡化的膜分离技术, 主要有反渗透、电渗透和膜蒸馏等。电渗析技术可直接将海水淡化, 来制造饮用水, 但其缺点是能耗高, 水的回收率低。用反渗透膜进行海水淡化, 不但耗能低, 而且其脱盐率很高。反渗透技术的出现, 是海水淡化领域的一次重大变革与突破, 它使海水淡化的成本得到了极大的降低。目前, 利用反渗透的方法, 对海水进行淡化, 以此来制取饮用水, 解决淡水资源不足的问题, 是最为省钱的办法。正是因为如此的优势, 在海水淡化领域, 反渗透技术的应用, 得到了推广。膜蒸馏技术的优点很多, 例如, 设备简单, 能耗低, 清洁, 操作容易, 环保, 膜的使用寿命长。
4) 苦咸水脱盐
为了解决我国淡水资源紧缺的问题, 把苦咸水进行脱盐淡化, 是一个有效的途径。目前, 用于苦咸水脱盐淡化的膜分离技术, 主要包括电渗析技术、反渗透技术、纳滤技术。由于电渗析技术对于水中的有机物和细菌, 不能有效去除, 而且能耗大, 使它的应用的范围不广泛。反渗透技术对苦咸水脱盐淡化, 处理后的水质很好, 高于饮用水卫生标准。反渗透法操程简单, 净化效果好, 能耗低, 清洁环保, 过滤过程简单, 易于控制, 而且成本低, 是苦咸水脱盐淡化的最经济的方法。
总之, 膜分离技术在水处理领域, 得到了广泛的应用, 我们要不断改进和提高膜分离技术, 不断扩大膜分离技术的应用范围, 使膜分离技术在更多领域发挥更大的作用, 推进我国经济的持续健康发展。
摘要：膜分离技术作为一种新的分离净化方法, 与传统的分离净化方法相比, 它的特点在于工艺简单, 能耗低, 无二次污染, 而且分离净化的效果较好, 在水处理行业得到了广泛的应用。近年来, 在全球许多国家, 膜分离技术得到了重视, 迅速发展起来。本文探讨了膜分离技术在水处理中的应用。
关键词：膜分离技术,水处理,应用
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膜处理技术在水处理中的应用 篇3
摘要：在社会工业不断发展的同时，我国的水污染现象也是日益严重，特别是人们越来越关注到饮用水的水质问题。
关键词：膜处理；给水；废水；水质指标
前言：膜处理主要是在某种推动力的作用下，利用特定膜的透过性分离水中的离子、分子、杂质的新技术。膜工艺主要应用于水的除盐、物料分离以及一些特殊领域。下面主要对水处理中的膜处理技术应用进行简要的分析探讨。
一、膜技术的概述
过去膜处理技术在净水处理领域主要应用于工业上纯水、超纯水的制取，膜技术能够解决传统工艺中很难处理的问题，但是随着膜工艺的发展，凭着膜工艺的低成本、运行管理也比较简单的优势，已逐步被运用到生活饮用水的领域，尤其是在国外已建成了很大规模的生活饮用水处理系统。膜技术指的主要是将选择性的多孔薄膜作为分离的介质，让分离出的溶液依靠某种推力穿过膜，低分子的溶质通过膜，而截留大分子的溶质，以此分离出溶液里分子量不相同的物质，进而实现分离、纯化、浓缩的目标。当前，膜技术被大家公认为是最具发展潜力的科学技术之一。近年以来，相关的膜电势、扩散定理、膜渗析以及渗透压原理等理论的研究与分析为膜技术的发展奠定了非常坚实的基础，而科学技术的迅速发展更是促进了膜技术的实际应用。随着膜技术的日渐成熟，其应用范围也更为广泛，生物、环境、化工、生物、食品等许多行业都有膜技术的运用。
二、膜技术的分类
1、反渗透膜技术：反渗透过程，顾名思义就是指渗透过程的反过程，其推动力是压力差，也就是经过在待分离液一旁加入高于渗透压的压力，以便使原液里的溶剂被挤压到半透膜的另外一侧。该项技术的主要特点包括膜选择性高、操作简便、不污染、易维修、结构紧凑、无相变、能耗低等。
2、微滤膜技术：微滤膜将静压差作为推动力，通过筛网状的过滤介质膜进行筛分、分离。微滤膜是一种多孔的、表面均匀的薄膜，其特点包括过滤的精度高、过滤的速度快、膜孔径均一、吸附量少、无介质脱落等等，广泛地应用于去除细菌或微粒、食品及制药行业中进行除菌与净化、去除半导体行业中超纯水支配过程的颗粒、生物技术发酵液中制品的浓缩和分离等。
3、超滤膜技术：这是一种将压差作为驱动力，通过超滤膜高精度的截留性能分离固液或者对不同分子量的物质进行分级的膜技术。其主要的技术特点包括：可以同时对大分子或者胶体物质进行浓缩与分离。此项技术同反渗透相比较，其具有能耗低、操作压力低、设备投资与运行费用低、无相变、膜选择性高等优点，因此该技术广泛应用于生物技术、工业废水处理、食品、医药以及超纯水制备等各个领域。
4、渗透蒸发膜技术：渗透蒸发，是一种由压力驱动进行膜分离的过程，它主要利用液体内两种组分在膜里的扩散系数和溶解度间的差别，经过渗透和蒸发，实现分离的过程，该技术的设备投资与运行费用是相对较低的。虽然近年对渗透蒸发技术的研发进展较快，但其单独应用的经济性并不高。
三、膜技术处理的特点分析
膜技术的特点是能提供稳定可靠的水质，占地少、运行操作完全自动化。在以压力为推动力的膜分离技术中，RO（逆渗透或者反渗透）运行压力高，能耗大，而且由于RO膜良好的截留性能，能将大多数无机离子（包括对人体有益的离子）从水中去除，长期应用这种水会影响人体健康，因此不宜作为饮用水厂的处理工艺。NF膜（纳滤膜）对总盐类的去除率在50%～70%左右，对二价离子如钙、镁的去除率特别高，在净水处理中适用于硬度和有机物高且浊度低的原水（进水要求几乎不含浊度），故仅适用于地下水处理。如用于地面水处理，则必须要有常规处理甚至UF-IIMF（超滤膜）作为预处理。UF和MF运行压力低，不仅适于处理地下水，也适于处理地面水。由于膜技术是一种绝对的物理过滤作用，因此可根据原水水质和被处理后的水质指标，将其广泛地应用于各种原水的处理。
（1）有机物含量低的地下水或地表水的澄清和消毒
（2）去除低浊度水中的有机物。
（3）轻微浊度水的色度去除。
（4）水的软化。
（5）严重有机污染水的去除。
根据原水中有机物的含量，可选择不同的膜，并根据需要在处理程序上做合理的组合。通过大量的实例可以看出膜技术适应各种水源的处理。对于常规工艺难以处理或处理效果不够满意的水源，用膜处理可以达到人们预想的水质效果。膜技术在净水处理中具有广阔的应用前景。就目前情况而言，膜处理工艺比较适合于小型水厂。调查显示当处理水量小于20000m3/d时，膜处理费用低于传统处理工艺[1]。
四、膜处理工艺系统的流程
五、膜技术在水处理中的应用
1、在给水处理方面的应用
在法国、美国等西方发达国家中，已经有越来越多的人在饮用运用膜技术所生产的饮用水了。尤其是对于淡水资源较为匮乏的地区，将处理后的污水、海水或者苦碱水作为直接性或間接性的饮用水源，已经成为有效拓展水资源供应量的重要方法之一，比如：巴黎于1993年在郊区就建成一个纳滤净水厂，使用经传统处理的地表水来出产饮用水，这些地表水由三级纳滤处理系统进行加工，能够有效地去除内含的杀虫剂与THAs前体[2]。而对于使用污水生产高质量饮用水的膜净水处理技术来说，当属美国丹佛市的膜技术水处理厂的成效最佳，该系统的反渗透装置具有去除有机污染物与总溶解性固体的重要作用。
2、在废水处理方面的应用
膜技术的研究与应用几乎能够涉及废水处理的每个领域，主要包括造纸、化工、食品或机械加工等领域的废水处理中。当前，随着污染的加剧与水资源的匮乏，公众对于水资源的再利用与深度处理的呼声不断增高，如何最有效地回收与利用现存的水资源已经成为我们需要重视的焦点问题，而废水作为一种水资源也日益受到公众的认可。同时，膜技术在处理废水方面的发展也要不断走向综合化、全面化，不断研发新型的膜技术过程，比如：渗透汽化、仿生膜以及生物膜等。以上这些工作不仅能够有效地回收与利用水资源，更能推进废水处理的不断实现深度化，具有非常重要的社会效益、环境效益以及经济效益。
3、在特殊领域水处理方面的应用
运用膜技术方法处理放射性废水，该项研究最终开始于20世纪的60年代初，其最先采用的是电渗析技术，现在又开发出了超滤与反渗透等新技术，这些技术在国内外许多工程中都有运用[3]。另外，膜技术方法在处理垃圾填埋的渗滤液、含锌废水等特殊地废水处理领域中也获得了有效地应用。
结束语
在社会经济不断发展的同时，人们对水资源的需求量也日益增大，对水质的要求也是越来越高。然而，在水资源日益匮乏的现在，将膜技术应用于水处理中就显得更为重要，以促使适应社会经济发展及人们的需求。
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膜分离技术及其应用的研究进展 篇4
（中国石油大学
摘
理学院，北京
102249）
要：简要介绍了微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析等几种膜分离技术的分离机理、制备方法和特
点；并介绍了膜分离技术在食品、医药、石油化工、水处理等方面的应用及其膜分离技术的发展趋势.
关键词：膜分离；应用；发展趋势
中图分类号：TQ028．8文献标识码：A文章编号：1673－260X（2013）10－0041-
03
为1￣10万的大分子．超滤膜的筛分孔径小，它可截
油脂、蛋白质、有机大分子、悬浮物等留病毒病菌、
［4］
．高亚宁等［5］使用0．8％￣1％的硼酸作为交联剂对纤维强度进行改进，原液中硼酸的目的是使挤入碱性凝固浴中的纺丝原液与硼酸发生交联反应减少大分子的缠结，形成网络状凝胶．肖凯军等［6］采用戊二醛交联法，通过用聚乙二醇（PEG－1000）和戊二醛交联剂对基膜进行亲水化预处理，制备了一种新型聚乙烯醇（PVAL）超滤膜．该PVAL超滤膜具有耐污
耐酸性和耐高温，可获得广泛的应用．超滤膜具染、
有以下特点：（1）超滤可在常温下进行，那些对热敏
浓缩、精制都可在不影响质量的情况物质的分离、
下进行．（2）超滤过程不会发生相变，因此与一般相变分离法相比，它的能耗较低．（3）超滤过程以压力作为驱动力，装置结构简单，操作简便，容易维修［7］．1．3纳滤
纳滤膜分离的基本技术原理［8］较为简单（见图1），在过滤过程中料液通过泵的加压，料液以一定流速沿着滤膜的表面流过，大于膜截留分子量的物质分子不透过膜流回料罐，小于膜截留分子量的物质或分子透过膜，形成透析液．因此膜系统都有两个出口，一是回流液（浓缩液）出口，另一是透析液出口，影响膜通量的因素有温度、压力、固含量、离子浓度、黏度等．赵理等［9］以聚砜为膜原料，添加一定量的新型二胺，以DMAC溶剂，得到中空纤维PSF
膜分离是指借助膜的选择渗透作用，在外界能
量或化学位差的推动下对混合物中溶质和溶剂进
分级、提纯和富集．该技术作为新的分离净行分离、
化和浓缩技术，与其他传统的分离方法相比，常温
节能、工艺简便、投资少、污染小，下操作，有高效、
并且膜分离具有过程简单、经济适用、分离系数较
没有污染、能适合常温下连续操作、可直接放大、大、可专一配膜等优点［1］．人类对于膜的研究源于18世纪，但是膜分离技术的工业应用是在上个世纪60年代以后．从六十年代的反渗透到九十年代的渗透汽化，膜分离技术发展迅速．膜分离技术的应用
、微领域不断扩大，常用的膜分离技术有超滤（UF）
滤（MF）、反渗透（RO）、纳滤（NF）、电渗析（ED）、等．现已涉及人们生产和生活的各个方面，对水处理工
化工生产、医药、食品生产和生物工程等领域的业、
发展产生了巨大的作用．
1膜分离技术的分离原理及其特点1．1微滤
微滤（MicroporousFiltration）膜分离技术起始于十九世纪中期，是以静压差为动力，利用筛网状过滤介质膜的“筛分”作用进行分离的膜过程．张庆勇等［2］简单阐述了利用固态粒子烧结法制备技术和方法．并应用于水处理和油水分离等领域．微滤膜的特点（1）孔隙大，流速快．由于膜很薄，阻力小，其过滤速度较常规过滤介质快几十倍．（2）孔径均匀，过滤精度高．能够将液体中所有大于制定孔径的微粒全部截留．（3）无吸附或少吸附．微孔膜厚度一般在90￣150Lm之间，因而吸附量很少，可忽略不计．（4）无介质脱落．微滤膜为均一的高分子材料，过滤时没有纤维或碎屑脱落，因此能得到高纯度的滤液［3］．1．2超滤
超滤是一种以机械筛分原理为基础，以膜两侧压（100￣1000kPa）差为驱动力的膜分离技术．它可分离液相中直径在0．05￣0．2μm的分子和分子量
图1膜分离操作基本工艺流程
－41－
基膜．再以TMC和PIP为缩聚单体，正己烷和水为两相溶剂，并在水相中添加一定量的二氧化硅纳米颗粒．制备了所需的纳滤膜．
纳滤膜的特点：（1）离子选择性，纳滤膜对单价盐的截留率仅为10％～80％，具有相当大的渗透性，而二价及多价盐的截留率均在90％以上．（2）截留相对分子质量，截留相对分子质量（MWCO）在200￣1000之间，适宜于分离相对分子质量在200
以上，大小约为1nm的溶解组分［10］．（
3）操作压力低，操作压力低，纳滤膜组件的操作压力，一般为0．7MPa，最低为0．3Mpa［11］．1．4反渗透
反渗透（ReverseOsmosis）是利用膜的选择性，以反渗透膜两侧静压差为驱动力，允许溶剂通过而第一文库网截留离子物质，对液体混合物进行分离的过程．进行反渗透分离过程有2个必要条件［12］：一是外加压力必须大于溶液的渗透压力（操作压力一般为1．5￣10．5MPa）；二是必须有一种高透水性、高选择性的半透膜．反渗透膜微孔孔径一般小于1nm，对绝大部分无机盐、溶解性有机物和胶体有很高的去除率．周勇等［13］采用间苯二胺分别与均苯三甲酞氯、5一异氰酸醋异酞酞胺（ICIC）、5一氯甲酸异酞酞氯（CFIC）通过界面聚合工艺制备反渗透复合膜．反渗透的特点：（1）在常温不发生相变的情况下，可以对水和溶质进行分离．（2）具有较高的水回用率和脱盐率．（3）反渗透膜分离技术杂质去除的范围广．（4）利用较低压力作为膜分离动力，分离装置简单，操作、维护和自控简便，现场安全卫生［14］（．5）膜分离技
术有冷杀菌的作用，且能耗低、
费用省、速度快、不污染环境［15］．1．5电渗析
电渗析（ED）是在外加直流电场的作用下，利用离子透过选择性离子交换膜而迁移，使带电离子从水溶液和其他不带电组分中部分分离出来的一
种电化学分离过程［16］．其原理
（如图2）所示，在外加直流电场的作用下，以电位差为驱动力，原水中的阳离子向阴极迁移，淡化室中的阳离子透过阳膜进
图2
电渗析技术原理
－42－
入浓缩室，但浓缩室中的阳离子受阻于阴膜而留
下；同时原水中阴离子向阳极迁移，淡化室中的阴离子透过阴膜进入浓缩室，但浓缩室中的阴离子受阻于阳膜而留下．电渗析技术具有以下特点：电渗
析技术由于具有能耗低、
药剂耗量少、环境污染小、操作简便、使用寿命长、无污染等特点，广泛地应用于海水、苦咸水脱盐［17］．2膜分离技术的应用
膜分离技术，作为一种新型的分离技术，既能对废水进行有效的净，高效地去除污染物，又能回收一些有用物质，同时具有节能、无相变、安全性高、生物稳定性好、设备简单、操作方便等特点，因此在生产生活中得到了广泛的应用并显示了广阔的发展前景．
2．1在化工生产中的应用
在合成氨方面，可用于高压机后新鲜气油分离采用超滤，技术除去新鲜气中的油水尘等杂质，大大改善了冷交换器的油污和积炭堵塞现象，进一步优化了操作条件，降低了能耗，有效保护了合成塔触媒．联碱生产过程中经常会产生重碱、食盐、纯碱等有用物质的母液泄漏及生产设备冲洗水外排，既造成了浪费，又对环境造成了污染［18］．徐昌松等［19］采用电渗析技术处理联碱含盐废水，可将含盐质量分数为1％的联碱废水浓缩到10％，而淡液含盐的质量分数0．05％．结果表明采用电渗析技术处理联碱废水是可行的，可实现联碱生产废水零排放．大多数有机溶剂（如醇类、酮类、酯类等）常含有少量水会形成共沸物，用恒沸精馏、萃取精馏等特殊精制工
艺脱水，存在工艺复杂、
能耗高等问题．使用膜选择分离技术进行脱水就不再受恒沸点制约，容易从有机溶剂混合物中脱除微量水，可大幅度降低分离过程能耗［20］．
2．2在环境中的应用
随着我国经济社会的快速发展和人们生活水平的不断提高，人们对水质量的`要求也不断提．柴克鹏［6］在对星级宾馆的扩建改造中，将宾馆所排放的污水进行收集后处理后，将其用于绿化和厕所用水．所选用的超滤膜为聚丙烯中空纤维膜，利用该膜组件和采用反洗工艺来处理污水，处理后的水质完全符合预期要求．王立国等［21］采用核桃壳过滤器―超滤装置组合工艺处理油田含油污水，油的质量浓度由10．98mg／L降到0．33mg／L，出水达到A1类标准的要求．
填埋式处理垃圾的方法，是我国处理垃圾的主要方式，因此将会产生大量的垃圾渗透液．王薇等［22］采用MBR和纳滤集成处理工艺对垃圾渗透液进行处理可有效截留MBR产生中的COD、色度等，经过纳滤处理过的垃圾渗透液符合污染物的特别排放标准．李黎等［23］
在峨眉山市垃圾渗滤液处理工程
中，纳滤系统采用纳滤卷式膜，运行压力0．5￣1．7Mpa．运营至今运行情况稳定，纳滤出水完全达标排放．
2．3在医药生产中的应用
超滤技术是一种用以分离、
提纯和浓缩物质的新方法．以膜两侧压差为推动力，利用膜孔径大小来进行筛分．邱礼新等［24］采用中空纤维超滤膜法制备精制双秦滴眼液，采用中空纤维超滤设备，所用原液采用经鉴定的生药加水煎煮而成．经研究证明，经过超滤技术所制备的双秦滴眼液的PH为7．5接近中性，并且具有良好的稳定性；其中所含的药物成分有所提高．刘洪谦等［25］运用超滤法精制生脉饮口服液，利用外压式中空纤维超滤膜来进行筛分证明超滤法能有效去除杂质、提高产品澄清度，并且能保留原配方的成分．2．4在食品中的应用
乳清是干酪生产中排出的质量约为加工原料奶90％比例的副产物．孔凡丕等［26］运用GFLB－75N型管式分离机纳滤膜选用OsmonicsDK2540F纳滤膜，以及小型喷雾干燥设备等仪器对干酪进行乳清脱盐处理．所得的乳清酚灰为4．76％比原料降低了45．28％，乳清蛋白几乎完全截留．在对脱脂牛奶的处理中．食盐的截留率约为60％．结果表明，采用纳滤处理可有效地去除杂味和盐味，并不破坏牛奶的口味和营养价值．3发展趋势
随着我国经济的快速发展，膜分离技术作为一种新型的单元操作过程，在许多行业已经得到广泛的应用，并且在某些行业应用的比较成熟．在对于
生产成本要求不断降低、
产品质量要求不断提高的今天，膜技术的优势会越来越明显．
由于膜分离技术的大量应用是近些年开始的，因此膜技术的发展也受到一些因素的制约：如膜污
染、
膜产品的价格和膜分离要求的提高．如果我国的科研人员能将这几个方面的问题更好的解决，膜分离技术将在我国的经济发展中发挥更重要的作用．―――――――――――――――――――
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膜分离技术在化工生产中的应用 篇5
姓 名 学 号
所在学院 长沙航空职业技术学院 年级专业 指导教师 完成时间
年 月 日
摘要：
膜分离技术.，其诞生和发展是近五十年的事。上个世纪 50～ 60 年代, 人们已经开始意识到能源的潜在危机, 传统高能耗的分离技术面临巨大威胁, 不得不寻求新的节能分离方法.于是, 50 年代为膜科学及技术的基础研究阶段, 60～70 年代为发展并实现工业化阶段, 80 年代至今为技术深化完善, 扩大应用, 并研发高难度新型膜分离技术阶段.膜分离技术发展到今天可分为: 微滤;超滤;反渗透;电渗析;气体扩散;渗透蒸发;液膜分离等.膜分离过程一般无需相变化, 因此对热敏性, 相对挥发度小或存在共沸点的混合物具有独特的优势, 同时还节省能耗, 工业上有用膜分离来取代或部分取代精馏的情况.目前, 气体混合物的分离工业应用较为成熟的有, 如美国Monsanto公司开发的气体膜分离器用于分离H2 和CO 2[2];液体混合物分离方面, 较成功的应用有反渗透用于海水淡化和医药及微电子工业无菌水的制造;超滤用于酶和蛋白质生产中大分子产品的分离提纯, 食品工业中乳制品, 果汁, 酒的浓缩, 超滤还应用于环保中废水处理, 如汽车制造业中电泳涂料清洗用水的处理, 纸厂纸浆废水处理等.近年来, 无机膜应用于微滤和超滤取得了重大进展, 它解决了聚合物膜的化学稳定性和热稳定性差的问题, 而且选择性也大大提高了.膜分离技术是一种新型高效的分离技术，是对非均相体系中不同组分进行分离、纯化与浓缩的一门新兴的边缘交叉学科。它具有过程不发生相变及副反应、无二次污染、分离效率高、操作条件温和、能耗低等优点 ,是缓解资源短缺、能源危机和治理环境污染的重要措施 ,因而得到世界各国普遍重视 ,并在海水淡化、化工、印染、环保、食品、生化过程等领域得到了广泛应用。
目前膜分离技术被公认为 20 世纪末至 21 世纪中期最有发展前途的高科技之一[1]。在短短的几十年里膜技术迅速发展 ,受到世界的瞩目。扩散定理、膜的渗析现象、渗透压原理、膜电势等一系列研究为膜的发展打下了坚实的理论基础。相关科学技术的突飞猛进也使得膜的实际应用成为可能。关键词：
目录
引言.................................................................................................................错误！未定义书签。第一章 膜分离过程与膜分离技术.................................................................................................4 1.1 膜分离过程.......................................................................................................................4 1.2 膜分离技术.......................................................................................................................4 第二章 膜分离技术在废水处理中的应用.....................................................................................5 2.1 超滤膜分离技术在废水处理中的应用...........................................................................5 2.2纳滤膜技术在废水处理中的应用....................................................................................5 2.3乳化液膜技术在废水处理中的应用................................................................................6 2.4膜生物反应器技术在废水处理中的应用........................................................................8 第三章 结语...................................................................................................................................10 参考文献.........................................................................................................................................10
第一章 膜分离过程与膜分离技术
1.1 膜分离过程
膜分离过程是以选择性透过膜为分离介质 ,当膜两侧存在某种推动力(如压力差、浓度差、电位差、温度差等)时 ,原料侧组分选择性地透过膜 ,以达到分离、提纯的目的。不同的膜过程使用不同的膜 ,推动力也不同。
目前已经工业化应用的膜分离过程有微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)、反渗透(RO)、渗析(D)、电渗析(ED)、气体分离(GS)、渗透汽化(PV)、乳化液膜(ELM)、膜生物反应器(MBR)等。
1.2 膜分离技术
超滤(UF)、纳滤(NF)、乳化液膜(ELM)、膜生物反应器(MBR)这四大过程在技术上已经相当成熟 ,已有大规模的工业应用 ,形成了相当规模的产业 ,有许多商品化的产品可供不同用途使用。气体分离和渗透汽化是正在发展中的技术。其中气体分离相对较为成熟一些。目前已有工业规模的气体分离体系是:空气中氧和氮的分离;合成氨厂中氨、氮、甲烷混合气中氢的分离;天然气中二氧化碳与甲烷的分离。渗透汽化是这些膜过程中唯一有相变的过程 ,在组件和过程设计中均有特殊的地方。它主要用于有机物/水 ,水/有机物 ,有机物/有机物分离 ,是最有希望取代某些高能耗的精馏技术的膜过程。20世纪80年代中期进入工业化应用阶段。
膜分离技术的水处理应用
近年来，膜分离技术应用干废水处理是一项重大的技术突破，既能对废水进行有效的净化，又能回收一些有用的物质，因此在废水处理中得到了广泛的应用并显示了广阔的发展前景。本文主要对超滤膜，纳滤膜、乳化液膜以及膜生物反应器技术在废水处理中的应用和发展进行综述。
第二章 膜分离技术在废水处理中的应用
2.1 超滤膜分离技术在废水处理中的应用
超滤膜简介
超滤(Ultra-Filtration ,UF)是一种压力驱动的膜分离过程，是根据分子的大小和形态而分离的筛选机理进行分离的。自20世纪60年代以来，超滤很快从实验规模发展成为重要的工业单元操作技术，它已广泛用于食品．医药，工业废水处理，高纯水制备及生物技术工业。在工业废水处理方面应用的最普遍的是电泳涂漆过程，城市污水处理及其他工业废水处理领域都是超滤未来的发展方向。
超滤膜在废水处理中的应用 含油废水处理
机械行业工件的润滑．清洗和石化行业的炼制及加工等会产生含油废水，其油一般为漂浮油、分散油和乳化油三种形式存在。．其中乳化油的分离难度最大，用电解或化学法破乳使油粒凝聚的费用较高，而超滤就不需要破乳直接可将油水分离，特别适用于高浓度乳化油的处理和回收。超滤处理乳化油废水时，界面活性剂大部分可透过，而超滤膜对油粒子完全阻止，随浓度增加油粒子粗粒化成为漂浮油浮于液面上，再用撇油装置即可撤除。陆晓千[ ]等用超滤膜技术处理清洗车床、设备等含油污水，颜色为乳白色，含油(1000～5000)mg/1，COD浓度高达(10000～50000)mg/l，经超滤膜处理后，颜色透明。含油低于10Ing/l，COD(1700～5000)mg/l，除油滤99％。
2.1.2.2城市污水的处理
污水再利用不仅减轻环境污染，而且也是解决水资源短缺的有效方法。城市污水经二级生化处理后进行超滤，可进一步降低水的浊度、色度及有机物。超滤出水可作为循环冷却水、造纸用水等对水质要求不太高的工业用水水源。2.1.2.3电泳涂漆水处理
电泳涂漆是对汽车．冰箱，摩托车等的壳体镶上底漆的工艺，完成后需用水漂冼去掉浮漆，为防止洗出漆的损失而且应工艺要求，必须将漆水分离以回收漆。超滤是一种十分理想的回收漆的方法。经超滤分离后，漆返回漆槽回收，清水则返回清洗水箱继续使用。这样既提高了漆的利用率由减少污水处理费用。在超滤膜运行中，应注意防止霉菌繁殖使膜变质，病毒堵塞滤膜，因此应定期在滤液中投加适量的防霉剂。
2.2纳滤膜技术在废水处理中的应用
纳滤膜的简介
纳滤膜（Nanofiltration membrane，NF）又称疏松型反渗透膜，它是介于反渗透与超滤之间的一种膜分离技术 但纳滤膜多数为荷电膜，其对无机盐的分离行为不仅受到化学势梯度控制，同时也受到电势梯度的影响，其表面由一层非对称性结构的高分子与微孔支撑体结合而成，以压力差为推动力，对水溶液中低分子量的有机溶质截留，而盐类组分则部分或 5
全部透过，从而使有机溶质得到同步浓缩和脱盐的目的。纳滤膜在废水处理中的应用 含重金属废水的处理
在金属加工和合金生产废水中，含有浓度相当高重金属离子。将这些重金属离子生成氧氧化物沉淀除去是处理含重金属的废水一般的措施。采用纳滤膜技术，不仅可以回收90％以上的废水，使之纯化，而且同时使重金属离子含量浓缩10倍左右，浓缩后的重金属具有回收利用的价值。如果条件控制适当，纳滤膜还可以分离溶液中的不同金属。
造纸废水的处理
造纸厂冲洗废水中含有大量污染物，纳滤膜可以替代传统的吸收和电化学方法高效地去除深色木质素和来自木浆漂泊过程中产生的氯化木质素。同样地，用纳滤膜处理含有硫酸木质素等有色化合物的废水，既能除去90％以上的COD，膜通量甚至比聚砜超滤膜还要高3倍。高通量可能是由于带负电性的纳滤膜截留了带负电性的硫酸木质素。L P Raman等[ ]采用纳滤膜技术对木浆漂白液进行处理，去除氯代木质素和90％的色度物质。Tomani等[ ]采用陶瓷纳滤膜处理造纸厂漂白废水，实现了造纸废水的封闭式运行。
化学工业废水的处理
处理化学工业废水的常用方法是浓缩后焚烧或曝气。而且浓缩时需要除去废水中的盐分，因为要是浓缩成高盐度的废水，这种废水会对焚烧炉或暖气装置产生更大腐蚀。另外，废水中含有许多生物不能降解的大分子有机物。这些问胚只有用纳滤膜才能有效解决。纳滤膜在浓缩水中有机成分的同时，让盐分透过，从而达到分级分别处理。经浓缩后的已脱盐废水可以去曝气．而透过液则可经生化处理成无害的排放维。
石油工业废水的处理
在石油开采和炼制过程中，会产生各种含有机物和无机盐的废水，成分非常复杂。采用纳滤膜将原油废水分离成富油的水相和无油的盐水相．然后把富油相加入到新鲜的供水中再进入洗油工序，这样既回收了原油又节约了用水。石油工业的含酚废水中酚类物质毒性很大，必须脱出后才能排放。采用纳滤技术，不仅酚的脱除率可达95%以上，而且在较低压力下就能高效地将废水中的镍，汞、钛等重金属高价离子脱除，其费用比反渗透等方法低得多。
食品工业废水的处理
袁其朋等[ ]采用超滤、纳滤组合工艺对大豆乳清废水进行了处理实验。经超滤处理后的乳清废液，再经纳滤浓缩10倍后，浓缩液中总糖约有77%被截留，其中功能性地聚糖水苏糖和棉子糖的截留率高达95%以上，浓缩液中总糖质量分数达8.72％，再经活性炭脱色和离子交换脱盐及真空浓缩，即可得到透明状大豆低聚糖糖浆。该法的优点在于既解决了废水的排放问题，同时又通过回收利用增加了经济效益。另外，纳滤膜技术在生活污水．印染废水以及酸洗废液等方面的处理也有广泛的应用。
2.3乳化液膜技术在废水处理中的应用
液膜及乳化液膜简介
液膜技术是60年代中期由美国埃克森研究与工程公司的黎念之博士提出的一种膜分离方法，直到l 986年奥地利的Marr等科学家采用液膜法，从粘胶废液中回收锌获得了成功，液膜分离技术才进入了实际应用阶段18l。液膜主要由膜溶剂(水或有机溶剂)，表面活性剂
(乳化剂)和添加剂组成，按其构型和操作方式的不同，可分为乳状液膜和支撑液膜，其中乳状液膜更为常用。乳状液膜可看成为一种。水/油/水”型(W/O/W)或“油/水/油”型(O/W/O)的双重乳状液高分散体系，将两种互不相溶的液相通过高速搅拌或其它方法(如超声波法、喷管法等)制成乳状液，然后将其分散到第三种液相(连续相)中，就形成了乳状液膜体系。乳状液膜表面积大，传质速度快，可以有目的地控制其选择性。乳状液膜处理废水的过程分3步进行：
(1)制乳
对不同废水，需选择不同的膜溶剂、表面活性剂和内保相搅拌后制成的W/O乳液；乳化型液膜的制备较为简单．直接将优选的膜配方材料加入制乳设备中即可。制乳设备的工作原理有机械搅拌、胶体磨、超声波等。(2)传质
将W/O乳液分散到待处理废水中，形成W/O/W乳液。废水中的待分离组分，通过选择性渗透、化学反应、萃取和吸附等作用进入内包相，与内包相中的特定组分发生反应，从而富集于内包相。(3)破乳
W/O/W乳液经一段时间传质后，静置，分层，水层为出水，油层为油相与内包相的乳状液，利用电场或机械力破坏油层乳状液，使油相与内包相分开，油相循环使用，富集了被分离物的内包相进行回收或处理后废弃。盘塔、搅拌柱等。
破乳的目的是为了回收使用过的乳液内相和有机相．破乳效果的优良与否。直接关系到液膜技术的技术经济可行性，因此此环节十分重要。
破乳方法分为化学破乳法和物理破乳法。通过调节pH值或投加化学破乳剂使液膜体系失稳的方法叫化学破乳法。通过加热、离心分离以及高压电场的静电引力来使液膜体系失稳的方法叫物理破乳法。
乳化液膜在废水处理中的应用 处理含酚废水旧
液膜法除酚效率高，流程简单，可处理低浓度，高浓度含酚废水。华南理工大学环境研究所采用液膜法两段逆流连续萃取除酚，将LMS-
2、煤油、表面活性剂，氢氧化钠水溶液混合搅拌制成乳状液，处理后的工业含酚废水中酚含量从1000mg/L降至0.5mg/L。破乳后可从内水相中回收酚钠盐，油相则循环利用。目前，我国在液膜处酚技术方面已进入工业应用阶段。
2.3.2.2分离废水中的有机物、无机酸
美国科罗拉多矿业大学的wang研究了用液膜法去除水溶液中的多种有机酸成分。如两种有机酸溶质体系(间甲酚、安息香酚、酚/苯基乙酸)和3种有机溶质体系(酚/安息香酚/苯基乙酸)。以总浓度为0.012mg/L的间甲酚/安息香酸溶液的分离实验为例，随膜相与外水相接触时间延长，外水相中间甲酚/安息香酸不断减少直至平衡，安息香酸可去除95%左右，间甲酚剩余较多。去除重金属离子
奥地利Graz工业大学的Marr等人采用乳状液液膜分离技术，对去除牯胶废水中的Zn2+、Cu2+、Cd2+、Pb2+、Cr3+、Ni2+等重金属离子傲了大量的实验。表明除Ni2+外，其它金属离子的去除率均高于99％．
2.4膜生物反应器技术在废水处理中的应用
膜生物反应器简介
膜生物反应器(Membrane bioreactor．MBR)废水处理技术是把膜分离技术与废水处理中的活性污泥工艺相结合，将生物反应器与膜组件联用的一项技术。其流程为：原水进入生物反应器与生物相充分反应后，再循环泵的作用下，流经膜组件，排放过滤出水，生物相回流人生物反应器。膜组件取代了传统工艺的二次沉淀池，且比之传统工艺有许多优点：(1)膜生物反应器中同时进行生物处理和过滤消毒作用，所以其出水水质良好；(2)在反应器中可获得较高的微生物浓度，提高处理负荷；
(3)水力停留时间与污泥龄完全分离，使生物处理过程易于控制且具有更高的可 靠性和灵活性；
(4)可以截留短时间难于降解的大分子有机物；(5)设备紧凑，占地少。
膜生物反应器在废水处理中的应用 城市污水处理及回用
l968年美国人smith首次提出膜生物反应器的概念并用其处理生活污水，引起了广泛的关注。90年代中期，日本有39座这样的MBR处理厂在运行，最大处理能力可达500m3/d，并且有100多处的高楼采用MBR将污水处理后回用于中水道。据报道，这些系统的出水已达到深度处理的标准，而且系统占地小。管理方便，产泥量很小。l997年，英国wassex公司在英国的Porlork建立了当时世界上最大的MBR系统，日处理量达2000m3。1999年又在Dorset的Swanage建成了l 3000m3/d的膜生物反应器污水处理厂。膜生物反应器同时硝化与反硝化作用成功的去除污水中的氮，污泥停留时间相当长，可以截留生物系统中的缓慢生长的硝化菌。粪便污水处理
粪便污水中有机物含量很高，传统的反硝化处理方法要求有很高污泥浓度，而且固液分离不稳定，影响了三级处理效果。MBR很好地解决了这一问题，并且使粪便污水不经稀释而可直接处理。到1994年，Fj本已有l200多套MBR系统用于处理4000多万人的粪便污水。工业废水处理
20世纪90年代以来，MBR的处理对象不断拓宽，在工业废水处理中的应用也得到了广泛关注，如处理食品工业废水、水产加工废水，养殖废水、化妆品生产废水、染料废水．石油化工废水，均获得了良好的处理效果。90年代初，美国在Ohio建造了一套用于处理某汽车制造厂的工业废水的MBR系统，处理规模为15lm3/d，该系统的有机负荷达6.3kgCOD/m3/d，COD去除率为94%，绝大部分的油与油脂被降解。某玉米加工厂采用厌氧消化超滤膜生物反应器处理玉米加工废水，COD去除率达到97%，膜透过液中COD的质量浓度可降低到100mg/L以下。90年代初，美国通用汽车公司采外置错流管式超滤膜生物反应器处理工业和生活混合废水，系统出水COD和BOD5的质量浓度分别低干400mg/L和100mg/L。
第三章 结语
总之,膜技术在水处理方面有着广泛的用途,城市污水回用对缓解城市供水不足,节省珍贵的水资源,减轻水污染和改善水环境的作用是非常显著的,大量的实践证明了污水回用的可行性和经济性,随着人们环境意识的增强和生活水平的提高,对污水回用要求也会越来越高,由于膜技术的特点,技术的不断进步以及处理成本的不断下降,膜技术在污水回用领域今后更将大有用武之地,发挥更大的作用.特别是随着膜技术的发展,其潜在应用领域将会不断扩大,这门新兴的膜技术将会在今后的科学技术发展中大显身手,发挥更大的作用,为我们创造一个优良的生活环境.参考文献
膜分离技术在水处理中的应用进展 篇6
摘要：黄姜皂素酸性废水的Cl-、COD高、酸性强,治理难度大,采用纳滤NF(nanofiltration)、反渗透RO(reverse osmosis)过滤组合处理黄姜皂素酸性废水的试验表明:黄姜皂素酸性废水通过石灰中和、MF保安过滤预处理,再进行NF、RO组合处理,其COD可从25 000～50 000 mg/L降至200 mg/L以下,达到国家废水综合排放二级标准,并从废水中回收部分淀粉糖用作工业碳源.同时分析了NF、RO试验过程中膜通量变化的.影响因素,为NF、RO组合处理皂素废水的膜运行参数确定提供了依据.作 者：杨志华 谢雄 王晖 李华才 YANG Zhi-hua XIE Xiong WANG Hui LI Hua-cai 作者单位：杨志华,YANG Zhi-hua(中国地质大学,研究生院,武汉,430074;中国地质大学,教育部生物地质与环境地质重点实验室,武汉,430074)
谢雄,王晖,李华才,XIE Xiong,WANG Hui,LI Hua-cai(武汉地大环保科技有限公司,武汉,430074)
反渗透技术在水处理中的应用进展 篇7
1 原理、工艺及发展
1.1 原理
反渗透(Reverse Osmosis)是利用反渗透膜的选择性,以膜两侧静压差为动力,克服溶剂(通常是水)的渗透压,允许溶剂通过而截留离子物质,对液体混合物进行分离的膜过程。进行反渗透分离过程有2个必要条件[3]:一是外加压力必须大于溶液的渗透压力(操作压力一般为1.5~10.5MPa);二是必须有一种高透水性、高选择性的半透膜。反渗透膜表面微孔孔径一般小于1nm,对绝大部分无机盐、溶解性有机物、溶解性固体、生物和胶体都有很高的去除率。
1.2 技术工艺
反渗透膜自身对进水的pH、温度以及特定的化学物质比较敏感,进水的水质严格要求pH值范围4~10,温度<40℃,淤泥密度指数SDI<5,游离氯<0.1mg·L-1,浊度<1,含铁量<0.1mg·L-1等。为了满足反渗透膜进水要求,原水在进入反渗透膜系统之前首先要进行预处理(沉降、混凝、微滤、超滤、活性炭吸收、pH调节等),然后经加压泵加压进入膜组件,在压力的作用下原水透过反渗透膜成为产水,而无机盐、有机物及微粒等被反渗透膜截留在膜的另一侧形成浓液。根据具体工艺的需求,浓液可被回收利用或者再处理。反渗透可以与超滤、纳滤等膜装置连用,组成集成膜装置。反渗透水处理简易工艺流程见图1。
1.3 发展
反渗透膜的发展大致经历了3个阶段(表1)。目前,我国常用的反渗透膜材料主要有醋酸纤维素膜(CA膜)、芳香聚酰胺膜(PA膜)和壳聚糖膜(CS膜)这3类。CA膜是运用最早的膜材料,无臭、无味、无毒,对光稳定,吸湿性强,但是CA膜的化学稳定性、热稳定性、压密性较差,而且易降解。PA膜是工业上最常用的反渗透膜,具有物化稳定性,耐强碱、油酯、有机溶剂,机械强度好等优点,但是PA膜具有带电性,水中颗粒易在膜表面沉积,形成膜污染,缩短使用寿命。CS膜是天然高分子膜材料,无毒、无副作用,能抗菌,碱土金属离子的脱除能力强,是更优越的硬水软化的反渗透膜,是一种极有潜力的膜材料,在国际受到极大的关注[9~11]。
反渗透膜的最新发展包括无机膜、杂化膜和新型有机膜[12]。理论上,无机膜离子截留性能很高,但成本高,制备条件苛刻,不利于工业化应用;杂化膜融合了有机材料与无机材料的优点,在提高膜分离性能及抗污染方面有很好的应用前景,具有很大的发展潜力,有待进一步的理论研究;新型有机膜的制备还在初级阶段,主要目的是改善膜通量及化学稳定性,目前仍未获得突破性进展。
2 在水处理中的应用
与其他传统分离工程相比,反渗透分离过程有其独特的优势:(1)压力是反渗透分离过程的主动力,不经过能量密集交换的相变,能耗低;(2)反渗透不需要大量的沉淀剂和吸附剂,运行成本低;(3)反渗透分离工程设计和操作简单,建设周期短;(4)反渗透净化效率高,环境友好。因此,反渗透技术在生活和工业水处理中已有广泛应用,如海水和苦咸水淡化、医用和工业用水的生产、纯水和超纯水的制备、工业废水处理、食品加工浓缩、气体分离等。
2.1 海水和苦咸水淡化
20世纪60年代以来,反渗透脱盐已成为一种获取饮用水的重要途径,是解决淡水资源紧缺的一种有效方法[13]。目前,反渗透脱盐技术主要应用在两个方面:海水淡化和苦咸水脱盐。
全世界海水淡化装置中约有30%是利用反渗透技术实现的,通过反渗透膜可除去海水中99%以上的盐离子[14],得到可饮用的淡水。以色列的反渗透海水淡化技术比较领先,2005年阿什克伦建造了当时世界上最大的反渗透海水淡化装置,产水量为3.3×105m3·d-1,占到以色列全部水需求量的15%,产水成本约为0.53美元·m-3[15]。我国最大的反渗透海水淡化站位于大连市长海县,日产淡水1000m3,淡水成本6元·m-3[16]。
苦咸水在我国北方地区分布较为广泛,含盐离子较多,可通过反渗透技术进行除盐淡化处理,达到饮用水标准。马莲河流域示范工程利用马莲河上游环江苦咸水资源,采用反渗透膜技术,建立1000 m3·d-1苦咸水淡化工程,出水水质达到国家生活饮用水卫生标准,有效解决了环县城区5万居民饮水问题[17]。杭州湾新区水厂[18]采用了超滤及反渗透组合设备处理当地水库的高盐水,投入运行1年多来出水水质稳定,符合国家饮水水质标准。何绪文[19]、姚永毅[20]、孙魏[21]等均对苦咸水进行过反渗透处理的实验研究,系统脱盐率>95%,出水水质优于国家饮用水标准。
海水和苦咸水淡化是反渗透技术的传统应用领域,目前存在的问题仍然是操作压力偏高,能耗较大,另外海水中的Cl-对反渗透膜也有较大的污染,阻碍了反渗透技术在该领域的进一步推广。目前,低压、低能耗、抗污染、抗氧化的反渗透膜正在积极的研发之中,以便从根本上解决现在存在的问题。
2.2 纯水和超纯水的制备
清华紫光古汉集团衡阳制药厂[22]采用反渗透+混床水处理技术改进了原来的全离子交换制水工艺,运行期间,产水增加,水质改善,大幅度降低了制水成本。此外,许多科研人员[23~27]均对反渗透+电去离子法制取纯水进行了实验研究,达到了预期结果,证实了反渗透+电去离子法制取高纯水的可行性。
通过控制反渗透的级数可制取不同纯度脱盐水。随着反渗透级数的增加,脱盐水的纯度提高,但是出水量减少,水利用率降低,因此,反渗透装置连用一般不会超过二级,通常将反渗透与电去离子技术联用,不仅克服了反渗透出水不能彻底除盐的不足,还可以提高电去离子装置的进水水质,防止电去离子设备损坏,提高整体净水效果。
2.3 工业废水处理
工业废水处理是除脱盐和纯水的制备领域外,反渗透技术应用最多的一个领域。工业废水处理具有降低生产成本,保护环境,实现废水资源化等多重意义。由于反渗透膜对进水要求较高,运用反渗透技术对废水进行深度处理时,往往还要结合沉降、混凝、微滤、超滤、活性炭吸收、pH调节等预处理工艺。
2.3.1 重金属废水处理
反渗透技术在重金属废水处理中应用较早,国内外均对此进行了大量的研究。早在20世纪70年代,反渗透技术已经在电镀废水处理中有所应用,主要是大规模用于镀镍、铬、锌漂洗水和混合重金属废水的处理。
Mohsen Niaa[28]加入Na2EDTA对Cu2+和Ni2+离子进行螯合作用,然后通过反渗透过滤,对Cu2+和Ni2+的离子截留率可以提高至99.5%。Covarrubias[29]、Bodalo[30]等采用反渗透膜处理制革废水,结果表明,反渗透膜对皮革工业废水中的铬和有机物有很高的去除率。
长沙力元新材料股份有限公司[31]采用膜分离技术浓缩电镀镍漂洗水,镍离子的截留率大于99%,经一级纳滤和两级反渗透浓缩后,浓缩液中镍离子浓度达到50g·L-1,透过液可经处理后再次回用。张连凯[32]对印制电路板加工酸洗车间产生的重金属废水调节pH至中性后采用超滤+反渗透工艺进行中试,反渗透系统对Cu2+和溶解性总固体的去除率分别为99.9%和98.9%。
2.3.2 印染废水处理
印染纺织废水不仅色度高、水量大,而且成分十分复杂,废水中含有染料、浆料、油剂、助剂、酸碱、纤维杂质以及无机盐等,染料结构中还含有很多较大生物毒性的物质,如硝基和胺类化合物以及铜、铬、锌、砷等重金属元素[33],如不经处理直接排放,必将对环境造成严重污染。
曾杭城[34]应用超滤+反渗透双膜技术处理印染废水,超滤能够有效地去除废水中大分子有机物,降低浊度,使进水水质达到反渗透膜的要求,经反渗透处理后,有机物和盐的去除率可分别达99%和93%以上,产水化学需氧量小于10mg·L-1,电导率小于80μS·cm-1,产水满足大部分印染工艺用水标准。钟璟[35]采用中空纤维超滤膜和反渗透技术处理羊毛印染废水,操作压力为0.1MPa,流速为1500L·h-1的条件下,色度、含盐量等指标均有显著的降低,COD值、色度达标排放。
2.3.3 电厂循环废水处理
电厂循环冷却水系统对水的消耗量很大,占到纯火力发电厂用水的80%,热电厂用水的50%以上[36],对循环排放水进行回收处理,产水作为循环补充水或锅炉补给水系统的水源,不仅防止了对环境造成污染,还可以有效节约水资源,降低生产成本。
北京京丰天然气燃机联合循环电厂[37]采用超滤+反渗透技术联合操作对电厂循环排污水进行处理,投运以来,反渗透系统运行良好,产水量68 m3·h-1,电导率小于35μS·cm-1,脱盐率高于97%。邯郸钢铁集团有限责任公司电厂[38]脱盐水站同样采用双膜法水处理工艺,经过超滤+二级反渗透+混床处理后的精脱盐水可供电厂锅炉及干熄焦使用,日产精脱盐水15000t。此外,郭青[39]在临沂发电有限公司,对超滤-反渗透组合工艺处理循环冷却排污水做了现场试验,反渗透系统各段运行压力平稳,产水满足回用的要求。陈颖敏[40]采用连续微滤+反渗透技术对循环排污水进行预除盐,反渗透系统脱盐率达98%以上。
2.3.4 化工废水处理
采用离子交换法生产K2CO3的生产过程中,会产生大量的NH4Cl废水,为了节约用水和彻底解决NH4Cl废水排放问题,张继臻[41]采用选择离子交换、反渗透膜分离和低温多效闪蒸相结合的方法,将低浓度NH4Cl废水进一步浓缩回收,使废水由达标排放转变为全部回收利用,达到零排放。
石油化工废水成分复杂,除含有油、硫、苯、酚、氰、环烷酸等有机物以外,还含有金属盐、反应残渣等,污染物浓度高且难降解,水量及酸碱度波动较大,传统的水处理工艺很难达到资源回收再利用的目的。兰州石化公司[42]于2006年新建的500t·h-1脱盐水装置,5年间运行稳定,脱盐率高,效果良好。李宇航[43]采用超滤+反渗透双膜法进行了石化废水再生利用的中试,超滤系统产水SDI<3,反渗透系统的脱盐率>99%,终端产水达到循环冷却补水水质要求。
反渗透一般作为工业废水终端处理,对水中的无机盐、有机物、重金属离子等都有很高的截留率,出水水质优良,可回用作冷却水或工艺用水循环利用,不仅节约了新鲜水的使用量,节约生产成本,还减少了污水的排放量,对环境保护和可持续发展都有着重要意义,对缺水地区具有巨大的经济效益。
3 存在的问题及解决方案
3.1 操作压力问题
反渗透技术较之传统分离工艺在能耗方面有着独特的优势,但是在反渗透的传统脱盐领域和废水处理领域,降低能耗仍然是人们关注的重点,尤其是海水淡化中,反渗透所需能耗远大于反渗透膜的成本。为了减小操作压力,提高通量,反渗透材料正在向皮层超薄型和低压型反渗透膜方向发展;对出水要求不是很高的工业废水处理,可选择采用纳滤膜代替反渗透膜,在产水水质满足用水要求的前提下,降低能耗。
3.2 膜污染问题
反渗透膜污染是制约反渗透技术广泛应用的另一重要因素,膜污染不仅影响了膜的稳定运行和出水水质,还缩短了膜的使用寿命。针对膜污染,主要的方法有[44]:(1)完善预处理系统,保证反渗透系统进水水质;(2)对反渗透膜进行清洗,对膜污染物进行化学分析,选择最佳的清洗剂和清洗方法;(3)定期对反渗透膜装置进行停车保养。
3.3 浓水处理问题
反渗透水处理工艺对进水进行分离后,不可避免地会产生浓水,浓水的主要特点是含盐量比较大,由于反渗透进水严格,因此浓水的色度,浊度,以及有机物的含量都比较低。根据反渗透浓水的特点,可加入阻垢剂后回用反渗透系统,调节浓水和进水比例,达到循环利用;如浓水中某贵重离子含量较高,可对该离子进一步浓缩提纯。詹金坤[45]还验证了反渗透浓水作为超滤反洗水的可行性,也是一种反渗透浓水利用的新方法。
4 总结及展望
在人口众多,水资源不断匮乏的今天,如何提高水资源利用率和降低水处理成本,对企业而言是关系到企业发展,环境保护以及社会利益的重大问题。为了解决这些问题,水处理方法也在不断地发展和成熟。20世纪60年代迅速崛起的膜分离技术,无论是在产品结构调整、降低能耗及污染防治等方面都有明显的优势。反渗透技术的净化效率高,设计和操作简单,切实解决了目前水处理面临的许多难题。
但反渗透水处理技术的发展仍将面临两个难题:一是反渗透膜材料的发展,研究开发低压超薄、抗污染、抗氧化、易清洗、高截留和高水通量的新型反渗透膜材料,从根本上解决反渗透水处理应用中存在的问题;二是反渗透水处理工艺的改进,开发反渗透膜组件与其他分离技术的联用,提高进水质量,降低膜污染,增加反渗透膜的使用寿命,优化浓水处理,提高水利用率,在现有的基础上进一步降低水处理成本,所有这些都为科研工作者在反渗透技术领域的研究提供了广阔天地。
摘要：反渗透技术是一种新兴的液体分离技术,具有分离效率高,操作简单,环境友好等优点。本文介绍了反渗透技术的原理和发展,着重探讨了反渗透技术在海水和苦咸水淡化、纯水和超纯水的制备以及工业废水处理中的应用,进一步讨论了反渗透水处理技术应用中存在的问题和解决方法,并对该技术的发展进行了展望。
膜分离技术在环境工程中的应用 篇8
环境的保护和治理是近几年来一直受到社会各界人士关注的话题。众所周知，我国的雾霾现象非常严重，对我国的大气和其他环境产生了严重的危害。不仅是我国，全世界对环境的污染和防治采取了高度的重视。膜分离技术作为一种新兴的高科技技术，其在环境工程中具有污染小、能耗低、操作简单等优点，在食品、药品、环境、能源开采等方面都有广泛的运用。本文就膜分离技术对环境工程中起到的作用进行探究，对膜分离技术在环境中的保护与污染的治理进行相关阐述。
一、膜分离技术的基本内容
1.1.膜分离技术的基本原理
膜分离技术中的“膜”是指选择性透过膜，动物细胞中的一部分细胞膜都是选择性透过膜。在动物细胞中，由于细胞内外的液体浓度差造成细胞膜两侧之间形成的渗透压，而相对分子质量不同的物质在选择性透过膜时的速率不同，速率相近的物质就会聚集在一起，进而对物质起到了提纯和分离的作用。由膜分离技术提纯净化的饮用水质量可以直接影响到人体健康，在工业废水、城市污水等方面的治理也起到关键性的作用。膜分离技术的适应性相当强，可以根据自身的属性等其他的因素采用不同的分离技术，对于各行业发展都有突出的贡献。国内外专家对于膜分离技术的评价普遍很高，认为其为二十一世纪最具发展潜力的技術之一，部分专家甚至认为膜分离技术的发展是“历史上的第二次工业革命”。
1.2.膜分离技术的特点
膜分离技术在很多领域都具有广泛的用途。相较于传统的分离技术，膜分离技术由于不会让相关物质产生化学性质的变化，换句话说，分離物质不会由于膜分离技术而产生自身属性的变化，因此膜分离技术在各个领域都具有非常强的适应性。其次，由于膜分离技术不会改变物质的属性，所以其造成的能源消耗较低，这是很多国家看重膜分离技术发展的一个重要原因。膜分离技术所需的技术设备相当简单，在对其技术设备进行检修更换时会更简便且维修成本更低。另一方面，膜分离技术原理简单，不涉及物质自身属性的改变，属于简单的物理反应。在对水进行加工处理时，其产出的水质要高于其他方式产出的水质，且由于其不会改变水分子之间的结构，其分离出来的纯净水稳定性较高，具有较长的保存期。在对水污染进行治理时，分离技术的不同会将污水内的各种物质都提纯出来进行处理。
二、膜分离技术对环境工程的作用
膜分离技术根据实际情况的不同会采取不同的分离方式，针对相关物质的相对分子质量和自身属性等其他因素，会采用微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析等分离技术。其在物质的提纯净化、污染治理等方面都起到相当重要的作用，是预治环境污染的重要先进技术。下面两个例子是膜分离技术在环境工程中起到作用的实例：
2.1.膜分离技术对水的净化作用
膜分离技术在对生活用水的净化、对工业用水的处理、对城市废水污水之间的治理方面具有重要作用。众所周知，饮用水的质量会直接影响到我们的身体健康，饮用水在进行净化提纯之前通常含有大量的细菌、微生物、悬浮物等其他对人体有害的物质。膜分离技术在对饮用水进行过滤的过程中，能杀死饮用水中含有的细菌和病毒，而起反渗透操作可以做到几乎去除饮用水内的所有杂质和微生物。目前膜分离技术已经成为海水淡化工程中的一项重要核心技术。膜分离技术对于工业用水和城市废水的处理原理基本相同，由于工业用水和废水的金属元素浓度较高，反渗透膜作为分解分子质量较大的物质具有较强的功能，常被用于处理重金属浓度较高的工业废水。在经过反渗透膜处理的工业废水中，其金属元素浓度都能达到标准废水排放水平，并且能让浓缩液得到进一步的处理，进行回收，另外，纳滤膜在进行重金属废水处理时，可以使废水中的90%转化为纯净水，对工业废水中的重金属元素能进行95%以上的去除。
2.2.膜分离技术对染料工业的作用
我国是世上著名的染料生产大国，每年的染料生产量达到数十万吨，在固体染料的生产过程中常常有着很低的效率。染料在溶液中的分离存在较为严重的问题，染料的分离一般通过盐析和压滤等技术进行操作，而盐析过程中会使得其生产出来的盐分降低溶液中染料的纯度，另一方面盐析生成的盐分会降低染料的着色效果，且耗时长，功耗大，在染料工业生产之后形成的废水会对环境造成严重的污染。膜分离技术在染料工业中的应用能够有效的解决染料工业的工作效率，并能解决传统工染料生产作业方式造成的环境污染问题。膜分离技术能够代替传统的染料生产技术，一般采用纳滤膜分离技术代替原有的盐析、压滤工艺。在用纳滤膜分离技术进行染料生产工业中，由于纳滤膜自身具有的微孔结构，溶液中的物质在纳滤膜进行穿透和扩散的过程中会受到纳滤膜自身所带电荷的电力作用。对于相对分子质量较大的多价盐和部分有机物有较强的拦截作用，纳滤膜分离技术在染料生产中的工艺简单、效率高，且对染料工业造成的污染能进行有效的解决。在提高染料质量和提高厂家的经济效益的同时，减少了染料废水对环境的污染。
结束语：膜分离技术作为一项新兴的技术，在与人类休戚相关的众多领域都具有广泛的利用价值。目前膜分离技术对于环境工程的作用还处于初级阶段，但其已经起到了良好的效果。随着人们对大气污染、水污染等环境问题的越来越重视，膜分离技术必将更加引起人们的关注，膜分离技术在环境保护方面的应用还存在很大的潜力，具备良好的发展前景。
参考文献
[1]季敬福.膜分离技术在水处理环境工程中的应用[J].装饰装修天地，2016（04）
[2]方明.膜分离技术的应用与进展探讨[J].中国高新科技企业，2016（06）