膜处理技术

膜处理技术（共12篇）

膜处理技术 篇1

一、膜分离技术

1. 膜分离技术定义

膜分离技术是一种在某种驱动力的作用下, 利用特定膜材料的透过性能, 实现对水中的离子、分子和杂质分离的技术。

主要分为反渗透 (简称RO) 、纳滤 (简称NF) 、微孔过滤 (简称MF) 、超滤 (简称UF) 和电渗析 (简称ED) 、渗透蒸发 (简称PV) 、液膜分离 (简称LM) 等。与传统的分离过程相比有着不可比拟的特点和优越性。它们的区分是根据膜层所能截留的最小粒子尺寸或分子量大小。以膜的额定孔径范围作为区分标准时, 则微孔膜 (MF) 的额定孔径范围为0.02~10μm;超滤膜 (UF) 为0.001~0.02μm;反渗透膜 (RO) 为0.0001~0.001μm。

2. 膜技术状态

(1) 反渗透膜 (Reverse Osmosis Membrane, RO) , 中文意思是逆渗透或者反渗透。一般水的流动方式是由低浓度流向高浓度, 水一旦加压后, 将由高浓度流向低浓度, 亦即所谓反渗透原理:由于RO膜的孔径是头发丝的一百万分之五 (0.0001μm) , 一般肉眼无法看到, 细菌、病毒是它的5000倍, 因此, 只有水分子及部分有益人体的矿物离子能够通过, 其他杂质及重金属均由废水管排出。

最早应用于海水淡化, 自20世纪70年代进入海水淡化市场后发展十分迅速, RO用膜和组件已相当成熟, 组件脱盐率高达99.8%以上。近年来, 应用RO反渗透膜海水淡化的本体能耗在3 k W·h/m3以下, 成为从海水制取饮用水最廉价的方法。RO还广泛用于苦咸水淡化以及纯水和超纯水的制备, 成为经济的制备工艺过程。纯水和超纯水的制备在电子、电力、化工、石化、医药、饮料、食品、冶金等各行业广泛采用;苦咸水淡化在西部大开发中将进一步发挥作用。同时RO反渗透技术已应用于电镀、矿山、放射、垃圾渗滤液等废水的浓缩处理, 以及水回用或达标排放等。

(2) 超滤膜 (Ultra Filtration Membrane, UF) 。一种孔径规格一致, 额定孔径范围为0.001~0.02μm的微孔过滤膜。采用超滤膜以压力差为推动力的膜过滤方法为超滤膜过滤。超滤膜大多由醋酯纤维或与其性能类似的高分子材料制得。最适于处理溶液中溶质的分离和增浓, 也常用于其他分离技术难以完成的胶状悬浮液的分离, 其应用领域在不断扩大。超滤膜的制膜技术, 即获得预期尺寸和窄分布微孔的技术是极其重要的。孔的控制因素较多, 如根据制膜时溶液的种类和浓度、蒸发及凝聚条件等不同可得到不同孔径及孔径分布的超滤膜。超滤膜一般为高分子分离膜, 用作超滤膜的高分子材料主要有纤维素衍生物、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺及聚碳酸酯等。超滤膜可被做成平面膜、卷式膜、管式膜或中空纤维膜等形式, 广泛用于如医药工业、食品工业、环境工程等。

(3) 纳滤膜 (Nano Filtration Membrane, NF) 。纳滤 (简称NF) 介于反渗透和超滤膜之间, 是近10年发展较快的一项膜技术, 其推动力仍是水压。纳滤膜的开发始于20世纪70年代, 最初开发目的是用膜法代替常规的石灰法和离子交换法的软化过程, 所以纳滤膜早期也被称为软化膜。目前国际上的纳滤膜多半是聚酰胺复合膜, 切割分子量100~1000。主要用于去除直径为1nm左右的溶质粒子, 对Na Cl脱除率在80%左右。RO膜几乎对所有的溶质都有较高的脱除率, 但NF膜只对特定的溶质 (如Mg SO4) 具有高脱除率。NF膜的最大特征是膜本体带有电荷, 这使它在很低操作压力下 (0.5 MPa) 仍具有较高的脱盐率。

纳滤可应用在石油平台的废水处理, 石油平台产生的废水, 经处理后, 废水排出船外, 石油送至岸上。要求排放水的有机物 (TOC) 含量必须<48 mg/kg。许多海岸平台采用重力沉降器、除沫器、气浮等设备分离油和水。这些设备根据相分离原理实现分离。在大多数情况下, 由于原水中溶解有机物含量过高, 很难降低到允许的限度。

废水中的低分子量羧酸主要是由水溶性有机物构成。它不溶于二氯二氟甲烷 (氟利昂) , 骨架上具有4个更大碳原子的羧酸溶于氟利昂。但具有4个更大碳原子的羧酸不溶于水。因而, 所选择的膜应能去除C5~C10范围内的羧酸, 以及去除其他水溶性有机物。C.Bartels采用直径76 cm、循环式纳滤装置, 在平台温度30~40℃、料液速率1.1 m/min、压力1.3 MPa条件下进行了试验。试验结果:由于C4和更大碳原子的羧酸溶于氟利昂, 因此选用己酸作为模拟有机物。废水中加入40 000 mg/kg的Na Cl模拟盐含量的影响。对这种模拟液膜的性能较差。但当p H试液从初始3.3增高时, 膜的选择性和通量增加。p H=7时, 膜的脱除率约60%, 膜A的通量为151.4 L/d, 膜B的通量为10 210 L/d。

(4) 微滤膜 (Millipore Filtration Membrane, MF) 。属于精密过滤, 其基本原理是筛孔分离过程。微滤膜的材料分为有机和无机两大类, 有机聚合物有醋酸纤维素、聚丙稀、聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺等。无机膜材料有陶瓷和金属等。鉴于微孔滤膜的分离特征, 微孔滤膜的应用范围主要是从气相和液相中截留微粒、细菌以及其他污染物, 以达到净化、分离、浓缩的目的。能截留0.1~1μm的颗粒。微滤膜允许大分子和溶解性固体 (无机盐) 等通过, 但会截留住悬浮物、细菌及大分子量胶体等物质。微滤膜的运行压力一般为0.07~0.7 MPa。

(5) 膜生物反应器 (Membrane Bioreactor, MBR) 技术。MBR是膜分离技术与传统活性污泥法相结合的新型污水处理技术。一般中水处理工艺出水中的病菌、病毒数量多, 水质不稳定, 消毒剂用量大。在生物反应器内放置0.02μm的微/超滤膜, 可过滤截留全部胶体污染物质与细菌、大部分病毒, 并通过活性污泥消化分解污染物质, 膜产水优质稳定, 只需较少的消毒剂用量就能消灭剩余的病毒:如排入城市污水处理厂也将显著减轻残余消毒剂对生物处理系统的破坏作用。优越的处理性能使MBR在工程应用中取得了相当大的成绩, 但要在应用中进一步提高竞争力和扩大市场份额, 仍面临着诸多挑战。

提升膜材料和膜组件性能。进一步开发寿命长、强度好、抗污染、价格低的膜材料, 对膜组件的研究应朝着处理能力大、能耗低的方向发展。膜污染及其控制策略。利用分子生物学、显微可视化方法等深入研究膜污染机理, 探索更为有效、简便的方法以控制和减缓膜污染的发生与发展。

MBR的经济性。与传统工艺相比, MBR费用仍偏高, 需进一步降低其能耗以增强MBR的竞争力, 因此需加强对MBR经济性的研究 (如能耗、清洗费用、劳动力成本等) 。扩大MBR的处理规模和应用领域, 尤其是对高浓度污水和难降解废水的处理, 解决MBR用于大规模工程项目中出现的新问题。

膜组件的更换与标准化。除新建项目外, 已有MBR污水处理项目中膜组件的更换, 将进一步拉动MBR市场的发展。以每年的市场增长率为10% (新建项目) 、膜组件的平均使用寿命为5年计, 膜组件的更换最终将占到每年膜销售量的40%。为进一步降低膜的成本费用, 提高MBR工艺的经济性和竞争力, 有必要对MBR的膜组件进行标准化设计。

(6) 连续膜过滤 (Continuous Membrane Filtration, CMF) 技术。连续膜过滤 (CMF) 深度水处理系统是为中水回用设计, CMF技术采用独特结构的中空纤维膜元件和气水双洗工艺。城市污水与一般有机工业废水经二级生化处理后, 再经CMF技术可去除细菌、微生物和悬浮物等杂质, 净化后的水清澈透明。CMF中水工艺设备系统采用模块化设计, 可根据处理水量大小进行组合;系统自动化控制程度高, 可以降低劳动力成本, 降低运行费用。以日处理回用10 000 m3二级生化出水为例, 总投资成本为200~400元/ (m3/日) 、运行费用为0.35~0.55元/m3、年节省费用 (按水价2.8元/m3) 为50万元左右、静态投资回收期<1年。CMF中水工艺设备的膜过滤通量大, 系统抗污染性能强。适用于污水处理厂二级生化出水的再生回用, 同时也可用于地表水、工业冷却水过滤作中水用途。适宜应用于城市污水处理厂中水直接生产。

二、膜材料

膜材料作为膜分离技术的核心越来越受到人们的关注。最早的分离膜材料是纤维素及其衍生物, 近年来, 各种高性能纤维素及高分子有机聚合物膜材料的开发层出不穷, 并出现了新型的陶瓷、多孔玻璃、氧化铝等无机膜材料和有机-无机混合膜材料。为了更好地发挥膜技术的优势, 分离膜材料成为近年来研究的热点。

1. 新型膜材料

(1) 金属膜。国外新研制的金属膜采用不对称结构, 以粗金属粉末作支撑材料, 以同种合金的细粉末喷涂作有效滤层 (厚度<200μm) , 其孔径分布集中在1~2μm, 属微滤 (MF) 范围, 颗粒物难以进入滤膜内部堵塞滤道而滞留在膜表面, 形成表面过滤。与传统多孔烧结金属滤材相比, 不对称金属膜滤通量高3~4倍, 压降较小, 反冲洗周期长达6~8个月且反冲效果较好。

(2) 有机-无机混合膜。制造有机-无机混合膜, 使之兼具有机膜及无机膜的长处。无机矿物颗粒 (如二氧化锆) 掺入有机多孔聚合物 (如聚丙烯腈) 网状结构中形成的有机-无机矿物膜, 具有机膜的柔韧性及无机膜的抗压性能、表面特性, 可显著提高表面孔隙率及通量。填料类型、粒径、比表面积对膜性能均有影响。

(3) 新型有机膜。大连理工大学研究开发出一种新型含二氮杂萘铜结构类双酚单体 (DHPZ) , 该单体具有芳环杂非共平面扭曲结构, 由其合成的含二氮杂萘铜结构的聚芳醚铜 (PPEK) 和聚芳醚砜 (PPES) 具有耐高温、可溶解的综合性能。

2. 膜材料的改性

纤维素是最早应用的膜材料, 纤维素及其衍生物作为分离膜材料具有来源广泛、价格低廉、制膜工艺简单、成膜性能良好、成膜后选择性高、亲水性好、透水量大、机械强度高、孔径分布窄和使用寿命长等突出优点。但是这类膜也存在一些不容忽视的缺点, 如目前使用最为广泛的乙酸纤维素膜 (CA) 存在p H适用范围小、不耐高温、不耐微生物腐蚀、易生物降解、抗化学腐蚀性差、易被酸碱水解、抗压实性差、易被压密等缺点。为了充分发挥纤维素及其衍生物膜材料的优点, 克服其缺点, 人们对其进行了大量的改性研究, 并开发出一些新型的高分子膜材料。

从20世纪80年代初开始, 采用耐热性、耐化学稳定性、耐细菌侵蚀和较好机械强度的特种工程高分子材料作为膜材料, 克服了用纤维素类材料所制膜易被细菌侵蚀、不适合酸碱清洗液洗、不耐高温和机械强度较差等弱点。先后出现了聚砜 (PSF) 、聚丙烯腈 (PAN) 、聚偏氟乙烯 (PVDF) 、聚醚酮 (PEK) 、聚醚砜 (PES) 等多种特种工程高分子材料, 这些材料的出现使得膜的品种和应用范围大大增加。有机膜虽然耐高温、耐酸碱、耐细菌腐蚀, 但制出的膜针孔很多, 不易制出截留分子量小、透水速度高的膜产品, 且由于特种工程高分子材料具有较强的疏水性, 用这些材料制成的膜表面亲水性差, 在实际使用中, 由于被分离物质在疏水表面产生吸附等原因, 易造成膜污染, 其后果是带来膜通量明显下降、膜使用寿命缩短、生产成本增加等一系列问题, 成为膜技术进一步推广应用的阻碍。因此, 若要保持特种工程高分子材料耐热性、耐化学稳定性、耐细菌侵蚀和较高的机械强度等优点, 又要克服其疏水、易造成膜污染的缺点, 就必须对膜材料进行改性。高分子分离膜材料的亲水改性主要有化学改性和物理改性两种方法, 化学改性可以通过膜材料化学改性和膜表面化学改性来实现;物理改性即高分子膜材料的物理共混, 也可以改善膜材料的亲水性能。膜的改性, 增大膜的透水量, 尤其是在膜表面引入亲水性基团是解决问题的关键。提高膜的亲水性, 则膜的透水量变大, 但亲水性过高后, 膜不仅易溶解, 而且会失去机械强度。因此, 巧妙地平衡膜的亲水性和疏水性是制作膜的关键。近年来研究的高分子膜的改性方法有等离子体改性法、表面活性剂改性法、紫外辐照法、高分子合金法和表面化学反应法等。

(1) 等离子体法。等离子体改性的原理是利用离子体中富集的各种活性粒子, 如离子、电子、自由基、激发态原子或分子等轰击高分子材料的表面, 使表面形成活性自由基, 利用活性自由基引发功能性单体使之在表面聚合或接枝到表面。利用等离子体处理疏水性较强的膜材料, 可以提高膜表面的能量, 同时也可方便地使膜表面带上羰基、羟基等极性基团, 以增强膜表面的极性而对材料本体损伤较小。与其他改性方法相比, 等离子体技术有其独特的优点:具有较高的能量密度;能够产生活性成分, 从而可快速、高效地引发通常条件下不能或难以实现的物理化学变化;能赋予改性层表面各种优异性能;改性层的厚度极薄 (几纳米到数百纳米) ;基体的整体性质不变;不产生大量副产品和废料, 无环境污染等。邢丹敏用氧等离子体照射改性聚氯乙烯 (PVC) 超滤膜, PVC经过等离子体处理以后, 膜表面生成的含氧基团主要是-COOH-及含羰基化合物 (-COO-) , 表面接触角明显减小, 入射功率为30 W, 处理时间为115 min, 预抽气压为1133 Pa, 工作气压为26 166 Pa时, 膜的截留特性保持不变, 纯水通量可增加10倍。

(2) 表面活性剂法。表面活性剂在膜表面的吸附改性, 是利用表面活性剂的极性或亲媒性显著不同的官能团在溶液与膜的界面上形成选择性定向吸附, 使界面的状态或性质发生显著变化, 从而达到改性目的。表面活性剂具有带电特性, 不仅可提供亲水性的膜表面, 而且表面活性剂在膜表面的吸附会增大膜的初始通量, 同时降低使用过程中通量的衰减和蛋白质在膜表面的吸附。陆晓峰等人在研究中分别选用了非离子型、阴离子型和两性离子的表面活性剂对聚砜超滤膜进行改性, 结果表明;用表面活性剂对膜改性后, 膜亲水性增强, 通量都比未改性膜有不同程度的提高;采用不同类型表面活性剂的改性效果优劣顺序为;非离子型表面活性剂, 离子型表面活性剂, 两性离子表面活性剂。但也发现随过滤时间的延长, 表面活性剂逐渐脱落, 通量下降。

(3) 紫外辐照法。辐照激发是在辐射能的作用下使膜的结构发生变化, 分子键断裂, 产生一些亲水性基团, 如羰基、乙烯基等。这些亲水性基团的增加使膜表面的亲水性基团增多, 通量增多, 但截留率和膜强度略有下降。辐照接枝聚合反应是通过γ射线、电子束、紫外线等高能辐射使聚合物分子链产生自由基, 再通过接枝聚合反应的方法在膜表面得到亲水性基团, 对制备亲水性膜是一种行之有效的方法。陆晓峰等将PVDF干膜经Co260γ源辐照, 在PVDF分子链上产生自由基, 苯乙烯基单体与之聚合接枝到PVDF膜上, 形成一定长度的支链, 再经磺化反应, 将苯乙烯基转化成具有磺酸基团的苯环。试验表明, 提高辐照剂量、延长接枝反应时间, 可提高接枝率。适当提高磺化反应温度和延长磺化反应时间, 可增加膜的交换容量。改性后的聚偏氟乙烯超滤膜, 截留率提高, 污染程度下降, 亲水性增强。

(4) 高分子合金法。高分子合金材料由多种高分子混合而成, 通过共混改性, 形成一种新的高分子多成分系统材料, 不仅可保留原有材料的优良性能, 还可克服原有材料的各自缺陷, 并产生原有材料所没有的优异性能。改性后的聚砜/聚丙烯酰胺合金膜具有良好的耐溶剂性能和耐压性能, 适用于非水体系的分离, 小试结果表明, 其具有一定的渗透通量和截留效果。在PVC分子上导入亲水基团, 对PVC材料进行物理改性, 即PVC材料合金化, 方法简单易行, 调节幅度大, 有着广阔的应用前景。以不锈钢金属纤维烧结毡作基材, 对一定浓度的PVA进行缩醛改性, 制备的金属-改性PVA亲水分相膜, 用其处理含油乳化废水, 具有操作压力小、处理量大和除油效果好等优点。

(5) 表面化学反应法。表面化学反应是在膜的表面引入另一种基团, 在表面反应的作用下改变膜的缺点。如表面磺化反应是通过引入具有负电荷的SO3-来改变膜的亲水性。目前, 在膜改性中磺化反应是应用最多的, 如磺化聚砜、磺化聚醚砜、磺化聚苯醚等。用磺化材料制得的膜亲水性好, 且抗污染性能有所提高。

(6) 其他改性方法。还有其他的一些膜材料改性方法, 如添加剂改性, 添加剂使膜表面结构永久性改变, 并使膜亲水性增强, 不易污损。这种膜的通量高、液体相容性好, 稳定性比市场上其他膜高4倍以上, 不需经常清洗, 特别适于原水预处理以减少用氯量, 对病毒的去除率达到70%~78%以上, 对细菌的去除率更高。

英国Kalsep公司在聚醚砜中加入低沾污添加剂化学改性制得一种广适性低沾污膜, 生产的Kalmen系列低沾污改性聚醚砜膜及成套设施已投放市场。也可用其他聚合物作添加剂, 形成亲水性水平不同的膜, 如水溶性聚乙烯吡咯烷酮添加剂能使聚砜膜具有亲水特性。此外, 还可以在辐照改性中引入其他物质, 如Stevens等人将水解明胶经紫外光照射固定到聚砜膜表面所得到的新膜, 其通量及抗污损能力亦显著提高。

三、国内高性能水处理膜材料上市公司

膜材料板块的上市公司包括裕兴股份 (300305) 、康得新 (002450) 、沧州明珠 (002108) 、东材科技 (601208) 、碧水源 (300070) 、万邦达、中电环保、维尔利、巴安水务、津膜科技等。其中, 从事膜生产的企业主要是碧水源 (MBR抗污染膜) 、津膜科技 (深度处理、及海水淡化) , 此外, 还有南方汇通下属的时代沃顿公司 (苦咸水淡化) 。

涉及的膜材料领域包括:高性能水处理膜材料 (高性能反渗透膜材料, 应用于海水淡化等;高通量纳滤膜材料, 应用于地下水制备饮用水等;MBR专用膜材料, 应用于大型市政污水处理等) 。面向过程工业的特种分离膜材料:高性能陶瓷膜及膜反应器, 应用于工业高精度分离等;气体分离膜材料, 应用于开发高纯气体等;气体净化膜材料, 应用于高温气体净化等;渗透汽化膜材料, 应用于溶剂分离等。离子交换膜材料:全氟离子交换膜, 应用于氯碱行业等;固体氧化物燃料电池膜材料, 应用于燃料电池等;双极膜和扩散渗析膜, 应用于废酸碱处理等。

1. 碧水源 (300070)

碧水源成立于2001年7月, 并于2010年4月在创业板上市, 是至今创业板募集资金最多的企业, 公司依托自身先进的膜生物技术, 为客户提供污水处理和和资源化整体解决方案, 并拥有较强的品牌与资金实力, 在自主创新与业务发展走在国际同行业前列, 成为我国环保新型产业的龙头企业。

公司从事的主营业务是作为MBR技术整体解决方案提供商, 为客户一揽子提供应用MBR技术建造污水处理厂或再生水厂的整体技术解决方案, 主要业务领域是城市污水处理与再生利用, 同时还承担新农村建设及水源保护区水环境治理等业务。

公司经过多年不断的技术研发与创新, 已在国际公认的MBRR工艺技术、膜组器设备技术和膜材料制造技术3大关键领域, 全面拥有核心技术与知识产权, 并成功地投入了商业化应用, 关键性的核心技术处于行业领先水平。公司与清华大学等合作研发的"低能耗膜--生物反应器污水资源化新技术与工程应用"获国家科学技术进步奖二等奖。公司研发的污水资源化膜生物反应器 (MBRU) 荣获“国家自主创新产品证书”;MBR-120型成套膜组器和节能降耗大型膜生物反应器组器, 先后荣获“国家重点新产品证书”;公司膜生物反应器技术核心设备产业化研发荣获“国家火炬计划项目证书”;公司承建的北京密云再生水厂工程荣获“国家重点环境保护实用技术示范工程”。为促进公司业务发展, 公司研发费用逐年增加, 占营业收入的比例也相应提高。

在研发与自主创新方面, 公司在超/微滤膜制造技术、新一代节能降耗、新型膜组组器设备技术、MBR与CMF应用工艺技术等以膜技术为核心的技术开发领域进一步取得进展, 并处于行业领先地位。同时, 公司开始利用自身的技术进入工业污水领域, 形成了综合技术实力。另外, 公司作为牵头人承担了国家水专项、863等多个国家级科研项目, 成功实现了公司研发方向与国家科研规划的完全融合;在膜材料生产方面展, 公司在北京怀柔基地继续扩大产能、在昆明开建新的基地, 并在无锡与日本三菱丽阳株式会社成立合资企业生产膜材料, 以满足公司日益增长的市场需求。公司目前已成成为全球最大的超/微滤膜制造商之一, 并实现了用膜的完全自给;同时, 公司在管理、品牌、人力资源等领域均取得进展, 公司的管理水平不断提升, 员工数量大幅增加, 公司品牌已成为行业内的著名品牌。

碧水源承建工程中的自产膜均来自北京碧水源膜科技公司, 年产能合计230万平米。公司承建的污水一体化处理工程, 已实现膜材料的完全自给。湖南碧水源 (100万平米) 、无锡丽阳 (超滤膜100万平米) 、内蒙古东源水务 (超微滤膜100万平米) 公司先后成立, 均设计建设膜生产线。

2. 津膜科技 (300334)

2012年07月05日上市, 从事超, 微滤膜及膜组件的研发, 生产和销售, 并以此为基础向客户提, 供专业膜法水资源化整体解决方案, 包括技术方案设计, 工艺设计与实施, 膜单元装备集成及系统集成, 运营技术支持与售后服务等.作为国内最早从事膜法水处理相关设备制造的企业之一, 津膜科技在技术储备、不同类型项目经验上较为丰富。

公司膜法水处理业务范围已从污水处理及回用 (市政污水处理及回用、工业废水处理及回用) 逐步扩展到给水净化、海水淡化领域和少量工业特种分离领域。公司为国内膜法水处理领先企业。目前公司拥有溶液法中空纤维膜年产能百万平方米。公司的核心竞争优势在于拥有完整的膜制造和膜应用技术体系, 包括:系列化的配方技术和纺丝技术 (溶液纺丝、熔融纺丝、涂覆纺丝) 、系列化的膜应用技术 (CMF、SMF、MBR、TWF) 以及上述工艺技术的耦合技术。藉此, 公司膜法水处理已在市政污水/工业废水处理、市政/工业给水净化、海水淡化等领域积累了丰富的项目经验与领先的市场份额, 如公司的已建和在建市政污水处理规模每日40万吨、市政给水净化规模每日11万吨, 分别约占国内膜法水处理总规模的21%、10%。

膜法水处理资源化技术出众, 应用前景广阔。随着污水排放与给水水质标准的日益提高, 膜法水资源化技术因具有处理过程自动化、出水水质高且稳定性好等特点, 逐渐成为水资源化主流技术之一。目前全球膜组件、膜工程的市场规模约达110亿美元、400亿美元, 国内膜组件及膜工程市场规模约达320亿元。在近期我国明确提出水资源开发利用控制、用水效率控制和水功能区限制纳污“三条红线”的2030年水资源管理主要目标推动下, 预计我国膜市场年均增长25%~30%。

公司建设年产135万平方米复合热致相分离法高性能PVDF中空纤维膜产业化、日处理量135万吨的海水淡化预处理膜及成套装备产业化、技术研发中心及营销网络建设等项目。

截至目前, 津膜科技已投产的膜生产线年产能为110万平米, 生产的膜同时用于工程项目自用及外销。公司在建产能包括复合热致相分离法高性能PVDF中空纤维膜生产线 (135万平米) 、溶液法中空纤维膜生产线 (180万平米) , 目前产品已出口销售。同时, 公司在积极研发海水淡化相关反渗透膜等。

3. 南方汇通 (000920)

旗下公司贵阳沃顿申报的抗污染符合反渗透膜及组件产业化项目, 成为2011年全国16个获得中央资金支持的战略性新兴产业 (节能环保) 项目之一, 抗污染反渗透膜及组件产业化项目, 是在863计划课题成果基础上链接的产业化项目, 项目的实施将推进国产反渗透膜市场占有率及拓展环保应用领域等方面的步伐。

北京时代沃顿科技公司 (占42%) 及其控股子公司贵阳时代沃顿科技公司 (占95%) 主营复合反渗透膜生产, 其膜元件产品可用于海水淡化等水处理工程。北京时代沃顿由公司与南车集团株洲电力机车研究所共同组建, 是国内规模最大, 技术最强的复合反渗透膜生产厂商。目前拥有反渗透膜产能300万平米, 年产量超280万平米。占据海水淡化反渗透膜市场4%~5%份额, 占全国国内企业供给量的50%。

北京时代沃顿公司全套引进美国复合膜大规模生产线和工业化工艺技术, 通过全面对膜生产技术进行消化, 吸收, 提高和创新, 使得时代汇通直接进入反渗透膜生产的相当高的技术层次。公司旗下的VONTRON反渗透膜产品已通过美国NSF认证, 广泛应用于海水淡化, 饮用水纯化, 污水净化, 浓缩提纯等领域, 并远销海外。2012年9月4日, 科技部, 发改委发布《海水淡化科技发展“十二五”专项规划》, 控股子公司贵阳沃顿所生产的复合反渗透膜为膜法海水淡化的关键核心部件之一, 《规划》的实施可能对贵阳沃顿的外部市场环境产生积极影响。

膜处理技术 篇2

概述了上世纪90年代以来膜材料、膜类型以及膜滤技术的发展现状.在膜滤技术的应用上,国内外对中空纤维膜和陶瓷膜滤除污水中的污油和悬浮固体方面进行了大量的室内及现场试验.结果表明,滤后水可满足低渗透油田的注水水质要求.进入新世纪后,随着外排水水质标准的提高,国外进一步加大了对膜滤处理含油污水技术的.研发力度.经预测,全球反渗透、超滤、微滤设备和膜件市场规模将从的59亿美元增长到的82亿美元.

作 者：蔺爱国  作者单位：东营福斯特石油技术有限公司 刊 名：油气田地面工程  ISTIC PKU英文刊名：OIL-GASFIELD SURFACE ENGINEERING 年，卷(期)： 24(1) 分类号：X3 关键词：采出水   污水处理   膜滤   微滤   超滤   纳滤   反渗透  

放射性废水的膜处理技术研究进展 篇3

关键词：放射性废水：膜处理技术；研究

前言：膜分离技术因其自身的高效率、节能、不产生二次污染等优势被广泛的应用在水处理行业中，得到了显著的效果。随着核能应用市场的开发，在膜处理技术的使用中，国内外均开展了使用于放射性废水的研究，现阶段已经有部分装置开始投入使用，通过大量的研究与实践表明，膜分离技术在放射性废水处理中的使用非常具有发展前景。国内核电站的发展计划有指出，截止2020年核电站装机容量将达到4000万KW，对于放射性废水处理的问题，加深了对膜分离技术研究的关注。

一、膜分离技术分析

（一）膜分离技术概念。20世纪60年代美国某公司研发了第一章工业用膜，至此膜技术得到了快速的发展。至今膜技术经历了几十年的发展历程，以其自身的优势，被广泛的应用到各种工业领域。膜分离技术所指的是一选择性透过膜为分离截止，当膜两侧存在推动了使，工业原料的组分可透过选择膜进行对混合物的分离、提取、浓缩的一种分离技术。膜分离的过程属于物理反应过程，不需要发生变化与化学试剂的添加，所以不会产生其他有害物质，根据膜的孔径可将膜分为位滤膜、超滤膜、反渗透膜等几种。

（二）膜分离技术特点。膜分离技术的科学理论是，同种元素的同为素化学性质基本相同。膜分离技术包含了电渗析、微滤、超滤、反渗透等几种形式，需要以及放射性核元素的存在形态与不同膜技术的分离特征选择适合的处理技术。使用膜分离技术处理放射性废水时需要结合传统的废水处理技术进行，对不能够溶解的颗粒与悬浮物等核元素，需要使用常用的废水处理技术进行处理，为膜处理技术的实施进行基础处理。

二、放射性废水分析

（一）放射性废水来源。放射性废水主要指的是核电站与核燃料前处理以及放射性同位素应用过程中所排放的各种废水，所排放出的废水中含有的放射性核元素种类与浓度等化学成分均有不一致性。核电厂是放射性废水的主要来源，由于其不同的堆型设计，所排放出的放射性废水量与种类均有不同，反应堆运行时所出现的放射性废水源自于循环冷却水。另外部分医疗机构、同位素的生产与使用过程中、核动力运用过程中都会形成放射性废水的出现，这些都是放射性废水的主要来源。

（二）放射性废水危害。放射性废水根据放射性活度高低被归类为高、中、低放射废水，主要来自于科研、医疗、核研究等几个方面。其中核电站的废水主要涵盖了主设备与辅助设备排空水、反应堆排水、清洗排水等，主要是中低型放射性废水。乏燃料后处理废水的危险系数最高，主要包括了铀、超铀元等，放射性废水的浓度极高。放射性危害具有隐蔽的特性，不容易被发现，一旦放射性废水直接进行排放，将极大的影响到水资源与土地资源，放射性元素经由多种渠道进入到人体，威胁到生命健康。

三、放射性废水膜处理技术应用

（一）膜分离技术处理废水概况。不同的环境下所产生的放射性废水元素含量均有不同，需要按其实际情况进行处理技术的选择，所以选择的膜分离技术的组合与措施也都不同。膜分离技术的微滤与超滤以及反渗透技术多被运用在低放射性废水处理中，其中反渗透技术在发达国家被得到广泛的应用。进行放射性废水处理的膜分离技术包括单一的膜处理技术、多种膜处理技术组合使用等，同时在发展过程中也不断在出现新型的技术，例如纳滤、膜蒸馏等技术。膜分离技术在放射性废水处理领域的应用，得到了极大的发展。

（二）微滤处理。微滤膜的孔径范围在0.1到10之间，其主要的职能是过滤掉废水中的悬浮物质，微滤膜的孔径较大，不能够对放射性核素进行截流，所以微滤技术通常被作为反射性废水的预处理工作。微滤技术处理放射性废水于上世纪80年代开始被投入到工业领域中，在1988年加拿大的研究学者研究使用微滤膜技术处理放射性污染地下水，研究中部分受污染的水被净化，后期经过不断的研究与优化，在1996年出现了一套微滤系统，用来处理含有铀、重金属等有机毒物的污染废水处理。

（三）反渗透处理。反渗透膜的孔径较小，可以过滤出多数的离子，去污系数较高，所以通常被使用在反射性废水处理的研究与应用中。其中加拿大的研究实验室与1970年开始进行反渗透处理放射性废水的研究，使用微滤与反渗透技术相结合的方式对放射性废水进行浓缩处理，浓缩液通过蒸发处理后进行沥青固化，将固化体放置钢桶中进行处理，通过此技术的使用后排放出的废水水质达到国家要求标准。我国在进行反渗透处理技术的研究也得到了很大的进展，在反渗透处理含钚模拟废水的研究中得到了顯著的处理效果。

结论：现代工业的发展中会形成大量的放射性废水，同时医疗事业与核研究事业等领域也均有放射性废水的形成，放射性废水含有大量的危害元素.直接进行排放将造成水资源与土地资源的严重污染，也会严重威胁到人类的生命健康，所以加强放射性废水的处理是现阶段必要进行的工作。传统的放射性废水处理主要是通过蒸发、过滤等形式，通过多年的研究发现膜分离技术对于放射性废水处理有极强的功效，所以需要各个会形成放射性废水的行业有效的进行膜分离技术的使用，使其形成的反射性废水经过处理后符合国标准，严格控制放射性废水排放的水质。

膜处理技术 篇4

1.1 把空间域处理转变成为变幻域处理

对于这一点, 我们知道, 图像列阵通常都比较大, 而且是在空间域中直接实行处理, 所以, 这里所涉及到的计算量会比较大, 在这样的情况下, 一般采用多种图像变换的方式来进行, 通过这些方式来把空间域的处理转斌成为变换域的处理, 从而使得计算量大大减少。

1.2 把图像编码压缩

对于图像的编码压缩技术来讲, 它主要就是用来把描述图像的数据量减少, 通过这一处理来使图像传输和处理的时间大大减少, 同时把所占用的存储器的容量大大减少。

1.3 通过图像的增强和复原来提升图像的质量

所谓的图像增强和复原主要包含了除去噪声以及把图像的清晰度提升等等, 对于图像的增强来讲, 在不对图像降质的原因进行考虑的情况下, 来把图像中所感兴趣的部分显现出来。对于图像的复原来讲, 相对就比较细致了, 它必须要对原图像降质的原因有一个大体的了解, 并建立起相关的降质模型, 通过此来使其恢复成原本的图像。

1.4 通过图像的分割来把特征部分提取出来

在数字图像处理技术中, 图像的分割是不容忽视的一个关键技术, 所谓的图像分割也就是把图像当中比较有意义的特征部分提取出来。

1.5 图像的描述

对于图像的描述来讲, 它主要就是为图像的识别做铺垫的, 它是对于简单的二维图像来讲, 我们可以通过其几何特征来对物体的特性进行描述, 通常有两种方式, 也就是边界描述以及区域描述。

1.6 图像的识别

对于图像的识别来讲, 主要就是图像在经过了某一些预处理之后, 在进行了图像的分割以及特征的提取之后, 来最终对图像作出分类。

2 膜图像处理中数字图像处理技术的应用

2.1 图像数字化预处理

图像数字化预处理是针对图片对比对不够强而提出来的, 它的具体流程是图像的剪切、图片灰度的变换、高斯滤波处理、中值滤波处理以及图像边缘的检测。那么, 具体来讲: (1) 第一步, 图像的剪切。我们知道, 对于膜结构来讲, 时存在相似性的, 所以, 在后续的分离过程当中, 只需要选择膜图片当中的一小块就行了, 通过Matlab图像处理当中的imcrop函数, 来实行图像的剪切。 (2) 第二步, 灰度的变换。通过灰度变化, 能够使得图像的动态范围得到大大的扩宽, 能够使得图像对比度得到扩展, 使得模糊的图像变得清晰化, 从而体现出明显的特征。 (3) 第三步, 图像的高斯滤波。对于滤波处理来讲主要就是针对膜断面的扫描电镜图像中存在噪声问题而提出来的, 采用滤波器进行滤波处理可以说是一种最直接的方式。 (4) 第四步, 图像的中值波滤波。我们知道, 对于膜断面的扫描电镜图像来讲, 总是存在有十分多的椒盐噪声, 在这时需要对其采用中值滤波处理的方式, 这是因为, 在一定的条件之下, 中值滤波能够把线性滤波所造成的图像细节模糊的这种现象解决掉, 从而不仅能够对图像的边缘起到保护作用, 而且还能够把噪声去除。 (5) 第五步, 图像边缘的检测。对于图像边缘的检测来讲, 这是图像的一个最最基本的特征, 我们额可以把边缘当中所包含的具有价值的目标边界信息用, 来进行图像的分析和识别。

2.2 标量图像矢量化

对于矢量图的绘制来讲, 我们知道, 膜断面的扫描电镜图像主要就是位图, 也就是说不能够直接用其来进行模型的建立, 所以, 需要进行矢量图的绘制, 对于矢量图的绘制来讲, 主要采用CAD就能够完成。

2.3 膜孔隙率及图像标尺的计算

首先, 对于膜孔隙率的计算来讲, 其主要公式就是:φ=Vp/Vb×100%, 其中Vp所表示的事多孔介质内的那些微小空隙的总体积, Vb所表示的事文章选取的多孔介质的总体积, 两者之间的比值也就是膜孔隙率。通过图像处理技术来把孔隙率计算出来, 这一步骤主要采用的是图像处理当中的二值化操作, 也就是把图像中的孔和图像的背景相脱离, 之后对孔的像素数进行统计, 计算孔隙率。

其次, 对于图像标尺的计算来讲, 主要公式就是:

标尺=像素点的个数

线段的实际长度

对于这一步, 我们需要做的就是先对膜的扫描电镜图像当中的线段实行而知化处理, 在得到了二值图像之后, 我们把横向灰度值为1的像素点的总个数统计出来, 从而, 根据公式把标尺计算出来。

膜处理技术 篇5

针对膜生物反应器对难生化降解物质去除率不高,出水中仍残留部分污染物,对水安全和回用造成一定影响这一不足,综述了膜生物反应器出水深度处理及回用技术,并指出了今后的发展方向.

作 者：冯美丽 陆继来 张利民 王为木 王小平夏明芳 吴志超 FENG Mei-li LU Ji-lai ZHANG Li-min WANG Wei-mu WANG Xiao-ping XIA Ming-fang WU Zhi-chao 作者单位：冯美丽,王为木,FENG Mei-li,WANG Wei-mu(河海大学农业工程学院,南京,210098)

陆继来,张利民,王小平,夏明芳,LU Ji-lai,ZHANG Li-min,WANG Xiao-ping,XIA Ming-fang(江苏省环境科学研究院,南京,210036)

吴志超,WU Zhi-chao(同济大学环境科学与工程学院,上海,92)

陶瓷膜在油田污水处理的应用 篇6

【关键词】陶瓷膜；浓差极化；膜面污染

1、陶瓷膜现状

陶瓷膜也称GT膜，是以无机陶瓷原料经特殊工艺制备而成的非对称膜，呈管状或多通道状。陶瓷膜管壁密布微孔，在压力作用下，原料液在膜管内或膜管外侧流动，小分子物质（或液体）透过膜，大分子物质（或固体颗粒、液体液滴）被膜截留从而达到固液分离、浓缩纯化的目的。

2、应用概况

A联合站污水处理流程为：游离水脱除器、电脱水器防水，经污水沉降罐沉降，沉降后由气浮选微泡气浮出油，升压进入一次、二次石英砂磁铁矿双层滤料滤罐，出水即为“8.3.2”深度污水，经缓冲罐后去往陶瓷膜，陶瓷膜将由污水滤罐处理后的污水进一步进行处理，最终达到油田规定的“5.1.1”水質要求，高一联深度水处理工艺采用陶瓷膜过滤装置，多孔陶瓷膜由4根H=1178mm、Φ=350mm的不锈钢陶瓷膜筒构成，每根陶瓷膜筒内有99根相同管径的陶瓷膜管，膜罐内径为15mm，膜的平均孔径为40nm。

2.1工艺流程

深处理污水先经过多孔陶瓷颗粒滤罐，通过陶瓷颗粒滤料将深处理污水中的相对大粒径颗粒过滤出去，通过供水水泵将原水压力从0.02MPa～0.03MPa提高到0.35MPa，再经过兰式过滤器将杂质截留后，进入循环装置，深处理污水从膜管内壁渗透到膜管外壁，杂质被截留在膜管内，与循环水一同循环，滤后水分别从高压端、低压端出口流出，输送到储罐；另外，为了降低循环水的污染程度，在循环的尾部设置排污水管线，将其排入回收水罐循环回收。

2.2运行情况

（1）连续运行阶段

从投产以来，平均运行碱清洗周期为5.5天，平均出水量为22m3/h，每8次碱洗后进行1次酸洗，酸洗周期约为45天。

我们发现，每次碱洗后出水量相对上次碱洗后都有一定程度衰减，在4-6m3/h区间范围内，而当清洗后出水量低于30m3/h时，膜的污染程度已经很严重，需要连续清洗来使膜通量恢复到40m3/h以上。

（2）间歇运行阶段

根据运行情况可以看出，运行碱洗周期为15天～20天，平均出水量约为25m3/h，运行周期的延长主要原因有以下两点，一、日运行时间缩短，使得膜孔连续污染强度降低，从停机到重新起机膜通量略有回升；二、每次停机时均将膜筒内、管线内污水排净，这样既能减轻膜停运时间内污水内细菌的滋生堵塞膜孔，又能将来水的冲击力转化为对膜管的一次清洗，膜通量有一定的恢复。

3、膜污染控制方法

3.1污水预处理

A联合站预处理方式为，向游离水脱除器、脱水器脱除的含油污水中加入净水剂，经过污水沉降罐沉降，再通过气浮选后加入絮凝剂、杀菌剂等药剂，进入双层滤料滤罐，为含油污水的基本处理方式，即为陶瓷膜的原水。

3.2气动脉冲反冲洗

无反冲洗出水量从43m3/h降至27m3/h仅用约20h。而有反冲洗系统后经过128h。

3.3药剂清洗

在由于油田采出水的成分复杂，经过试验，化学方法分为碱清洗法和酸清洗法，碱清洗能出去膜管壁的层状结构，酸清洗是为了出去膜孔内的铁离子，并与碱清洗后残留的碱垢中和。

碱洗方式：清洗时，碱液由50℃升至80℃，循环清洗后自然冷却，冷却到40℃正常生产；采用无渗透与渗透交替进行，间隔为10min，清洗时间90min。

4、结论

膜处理技术 篇7

膜处理技术由于高效、实用、可调、节能和工艺简便, 在污水回用领域也有普遍的应用。膜处理成为规模水处理设施的重要技术之一, 膜技术作为深度处理中的新兴方法, 是近10年来水处理领域最重要的技术突破。随着制造工艺的提高, 曾被认为是十分昂贵的膜处理技术如今变得越来越经济, 具有很强的竞争力。

1 膜处理技术的技术特点

污水处理一直都是我国市政部门面临的一个重要问题。随着科学技术的发展, 污水的处理技术已经有了一些方法, 而膜处理技术在这些处理方法中属于比较新的一种技术。该技术主要是利用外界的压力, 并且通过膜的选择透过性来达到除污的效果。膜处理技术中使用的膜有很多种类, 并且大体可以分为两个类型:一种是有机膜, 而另一种是无机膜。与其他种类的污水处理技术下相比, 膜处理技术有着自身多方方面的特点:首先, 膜处理技术不会对污水中各种物质的物理性质或者是化学性质产生改变, 其污水中的物质还保持着原有的物理性质和化学性质。其次, 膜处理技术相比于其他的污水处理技术, 更要洁净的多, 这主要是因为膜处理技术是依靠自身膜的选择透过性来进行排污, 所以, 无需使用任何化学药品。再次, 膜处理技术是一种新型的污水处理技术, 并且这种处理技术更加高效, 还能够对污水中的一些物质进行分离。最后, 膜处理技术以其自身多方方面的优点而被广泛的应用在污水处理中, 主要是由于其技术方法相比于其他的方法在操作和维修方面要简单的多。

2 膜处理技术中存在的问题

将膜处理技术引入到市政污水处理中后, 虽然取得了不错的成绩, 但是我们不得不承认的是, 在膜处理技术应用的过程中, 还存在着一些问题, 并且有待进一步解决。膜处理技术应用中的问题主要体现在膜的自身方面。一方面, 膜处理技术是利用自身的膜孔来处理污染物, 但是长时间的使用后, 很容易将膜孔堵塞, 随着膜使用时间的增长, 膜处理技术对于污水的处理效果就越来越差, 污水处理的效率也就越来越低。然而, 膜处理技术总体来说, 是一种比较好的污水处理方法。所以, 在今后的研究中, 要针对膜处理技术中存在的问题进行研究, 从而有效的解决这一问题, 为膜处理技术更好的应用奠定坚实的基础。

3 膜处理技术在市政污水处理中的应用

以上污水处理中存在的问题是我国城市中污水处理的普遍问题。这些问题的存在不利于城市的发展, 同时也给居民的生活水平带来了一定的影响。因此, 在今后的市政发展中, 要加强对膜处理技术应用的研究, 从而在最大程度上解决当下污水处理的普遍问题。本文在此提出了几点膜处理技术在市政污水处理中运用的研究, 希望能够为膜处理技术的运用而提出一些借鉴。

3.1 膜处理技术处理污水

膜处理技术不同于生物处理技术, 对温度等没有严格要求, 且不会改变污染物处理前后的理化性质, 因此在市政污水中处理潜力巨大。膜处理技术处理在市政污水处理中的应用价值主要体现在中水回用上, 近年来国内外均有许多成功利用膜处理技术达到中水回用目的的应用实例。

3.2 膜处理技术处理含油污水

在石油采集过程中往往会产生大量超过国家排放标准的污水, 其中油的含量高达100~1000mg/L, 这类污水必须经过适当处理才能进行排放。传统的处理技术如隔油技术、气浮技术及生化处理技术由于成本较高或处理效率较低等原因均不能达到理想的处理效果。膜处理技术处理含油污水已有几十年的实践。刘福琼曾用由中空纤维膜处理含油污水, 已能将污水中的油含量控制在国家排放标准以内, 上世纪80年代出现了折叠滤膜筒处理含油污水 , 也具有较好的处理效果 ;UF和MF的中空纤维是近年来研究较多的用于含油污水处理的膜处理介质, 李永发利用中空纤维UF处理含油污水, 能将污水中的油含量降到较低的含量, 但由于中空纤维UF处理效率较低、水质不稳定且膜本身易被污染。

3.3 膜处理技术处理印染废水

纺织和印染工厂中排放的工业废水中含盐量高、化学需氧量和色度也很高, 并且难以用生物化学方法处理。传统的处理工艺如活性污泥法、沉降法等难以将水质处理到排放标准。即使膜处理中的超滤技术也不能将污水中的小分子污染物去除。比较高效的处理方式为先用活性污泥等生物降解, 再采用纳滤。此技术可以将印染污水处理到可回用水质, 处理后水质各方面指标接近地下水。该处理技术能将印染污水的80%~90%重新回收利用。

3.4 膜处理技术用于饮用水处理

自来水厂的水处理技术通常为絮凝沉淀、过滤及加氯等, 水质虽能达到饮用标准, 氮其在长途输送管道中容易滋生细菌、病毒, 水管锈蚀后的铁锈也会进入自来水中;且自来水中添加的氯, 本身也可能转变成卤乙酸等致畸物质, 因此有必要对日常的饮用水作进一步处理。现在常用的净水器中含有纤维棉、活性炭等基本水处理介质, 更有陶瓷膜、纤维膜、离子交换树脂和杀菌装置等, 能将饮用水中污染物质及细菌病毒等进一步去除。如天津膜天膜公司利用PVDF滤膜制作的净水器, 不但净水性能比较稳定, 而且使用寿命长 (可达3年) 。并且膜处理过程只依靠自来水本身压力即可达到水质处理目的, 处理效率较高, 能去除水中的异味、病菌及其他污染物。

膜处理技术是一种难度比较高的技术, 所以, 以上仅仅只是对膜处理技术在市政污水处理中的几点探讨。然而, 事实上, 膜处理技术在市政污水处理的应用中还有许多问题需要研究, 而仅仅凭借这几点研究来加强膜处理技术的应用是远远不够的。

4 膜技术发展趋势

膜技术现已形成相当的规模和产业。在海水和苦咸水淡化、纯化和超纯水制备、污水处理和回用、废水 (液) 处理、物料分离和浓缩等方面已成为单元操作, 并被广泛应用于电力、电子、化工、医药、食品和饮料等行业, 取得了明显的社会和经济效益。新型膜材料和膜过程的改进与开发将开辟膜技术更为广泛的应用空间。今后的膜产业将围绕水源开发、气体分离、有用组分的回收以及医药、电子等市场的需求, 建立节能环保的新工艺和新技术。

为保证可持续发展的要求, 进一步提高生产效率, 使资源得以有效利用, 集成膜技术是膜发展趋势中最为关键的环节。集成膜过程是将超滤-微滤与反渗透 (纳滤) 结合使用, 形成能够满足各种回用目的的污水深度处理工艺。膜集成污水再生工艺具有系统稳定、维护少、占地小、化学品用量少、流程简单和运行费用低等优点。集成膜技术是与传统工艺相结合, 极大地发挥了各种膜处理技术的优势 , 充分体现膜技术的节能、低耗、高效 等优越性 , 有效地降低生产成本, 使膜技术有更广阔的发展空间。

5 结束语

总之, 伴随着国内的膜处理优势上深入的认知, 膜处理技术在我国的市政污水处理方面得到了非常更为广泛的应用和推广。

参考文献

[1]谢玉茹, 沈阳, 徐云.关于膜处理技术在水处理中的一些探讨[J].科技与企业, 2014 (06) .

膜分离技术在水处理方面的应用 篇8

1.1 膜分离技术原理

膜分离技术的原理是基于膜的选择透过性来工作的。在液体或是气体 (一般为混合成分) 中, 膜对不同的液体成分的透过性能是有差别的。就可以将某些物质阻隔在膜的一侧, 而让另一部分物质通过, 达到分离的目的[1]。工作的动力是化学位差或是外界能量, 该技术广泛的应用于工业以及居民生活中。

1.2 膜分离技术种类

膜分离技术的工作原理大体相同, 但也是有差别的, 根据不同的构造和功能分为以下几类:

1.2.1 超滤膜

超滤膜技术的动力来源于压力差, 可以而非常精确的对不同分子量的物质进行分离, 该技术的优点在于可对胶体或是大分子物质同时进行分离, 该技术具有低耗能、操作简便、而且工作时压力较低、设备维护费用低以及效率高等优点, 应用广泛, 涉及到的领域包括石化工业、电子制造、纺织、食品行业医药领域等等[2]。

1.2.2 渗透蒸发膜

该技术的动力是压力, 由压力作为动力迫使膜分离的流程。利用摸两侧的浓度差以及扩散系数的不同, 进行蒸发来发到分离的目的。这种膜投资小, 维护费用低, 虽然该技术也在大力的研发改进, 但是该技术的效率并不是很高, 产生的经济价值也有限。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。

1.2.3 反渗透膜

反渗透膜的工作原理就是渗透过程的反作用。其动力来源于压力差, 在膜的一端施加压力, 促使混合物通过滤过膜, 以便使原液里的溶剂被挤压到半透膜的另外一侧。将不同物质进行分离。该项技术的有点在于效率较高、操作简便、维护成本低。

1.2.4 微滤膜

这个膜的动力是静压差, 将混合体 (液体或是气体) 经过过滤具有滤过作用的膜质, 将大小不同的物质进行分离, 这种膜表面附有均匀的孔状结构, 它的优点是效率高, 速度快, 而且介质不易脱落吸附物质极少等。在食品药品行业中, 主要用于过滤微生物以及细微的杂质, 在其他工业中用于产物的发酵物质的浓缩, 方便快捷。

2 膜分离技术在水处理中的应用

2.1 处理工业废水

随着工业的发展和人民生活节奏的加快。污水的产生量逐年增加, 已成为城市的负担, 尤其是工业废水的量巨大, 一时难以消化。为了节约能源与资源, 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。为此膜分离技术也彰显了它的作用, 在处理废水中, 不但使污水达到排放的标准, 而且可选择性的回收污水中的一些有效的功能成分, 对物质的在利用和循环利用做出了巨大的贡献[3]。

2.2 处理饮用水

人们对饮用水的要求越来越高, 对于饮用水的处理一般是要去除悬浮颗粒物、细菌以及重金属离子等有毒有害成分。在饮用水的处理上, 膜分离技术发挥的淋漓尽致, 处理方法也是多种多样的, 包括微滤、超滤和纳滤等。膜技术在水资源的重复利用处理方面, 有着其他技术无法匹敌的优势。对于水中的杂质以及有毒物质的过滤的彻底性、操作简便、效率高等优势都现实了该技术未来发展的巨大潜力。在与常规的净水方式中, 膜技术可对水进行纳米阶层的处理, 有效的去除病菌等有毒有害的物质, 提高饮水的健康性。

2.3 在特殊领域水处理方面的应用

运用膜分离技术处理放射性废水以及开发超滤反渗透膜。采用的技术类型为电渗析技术, 随着相关技术的研发和技术的不断更新进步, 超滤与反渗透技术逐渐应用于生产的方方面面[4]。膜技术感觉离我们日常生活很遥远, 其实就在我们身边, 利用膜技术的原理, 对于垃圾的填埋和渗滤液体的处理、富含重金属离子的工业废水 (锌、镉等) 在生活中都有着较为广泛的应用。涉及到的领域包括石化工业、电子制造、纺织、食品行业医药领域等等。随着该项技术的不断成熟, 应用的深度和使用的科技水平也不断攀升, 在目前全人类面临水资源紧张的情况下, 对于水资源的再利用格外的关注, 人们期望通过膜技术以及相关科技的发展, 从根本上解决水资源以及其他资源充分利用的问题。

3 结语

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具有工艺简单、能耗低、无二次污染而且分离净化的效果较好等优点。在目前全人类面临水资源紧张的情况下, 对于水资源的再利用格外的关注, 人们期望通过膜技术以及相关科技的发展, 从根本上解决水资源以及其他资源充分利用的问题。但在膜分离技术的完备性方面还有待于进一步研究, 其中也存在一定的问题, 如成本的控制, 膜的寿命以及耐受性等方面, 因此, 对于膜技术的深入研发将是人类水资源充分利用的福祉, 结合传统的工艺加之以新型的材料, 将会是未来很长一段时间的主要研究方向。

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具有工艺简单、能耗低、无二次污染而且分离净化的效果较好等优点。广泛的应用于水处理的各个方面, 本文对膜分离技术以及原理进行概述, 并介绍该技术在水处理方面的应用, 旨在促进该技术在水处理方面的推广。

关键词：膜分离技术,水处理,技术研究, 技术应用

参考文献

[1]曾欣.膜分离技术在水处理中的应用[J].科技信息, 2007, 12 (10) :25.

[2]徐新阳, 马铮铮.膜过滤在污水处理中的应用研究进展[J].气象与环境学报, 2007, 23 (4) :53-54.

[3]王建黎, 计建炳, 徐又一.膜分离技术在水处理领域的应用[J].膜科学与技术, 2005, 23 (5) :65-68.

膜分离技术在水处理中的应用 篇9

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

参考文献

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[5]王建黎, 计建炳, 徐又一.膜分离技术在水处理领域的应用[J].膜科学与技术, 2005, 23 (5) :65-68.

膜处理技术 篇10

关键词：膜蒸馏法,处理,甲醇,废水,技术

甲醇是一种常见的化工材料, 其在石油化工企业废水中放排量比较大, 会对周围环境造成影响, 为了加强对石油工业废水的处理, 必须采用合理的技术, 膜蒸馏法是一种常见的废水处理技术, 其在甲醇废水处理中发挥着重要的作用, 可以有效降低废水中的甲醇含量。甲醇有着刺激性气味, 具有毒性, 还具有易挥发的特性, 如果人体摄入过量的甲醇, 会导致失明。我国环保部门对石油化工行业的废水排放有着规定与要求, 要减少排放, 还要安装废水过滤设备, 避免废水对农田或者地下水造成污染。

1 膜蒸馏法处理含甲醇废水中应用的技术与方法

1.1 应用前的实验准备工作。

膜器由多孔纤维管和玻璃管组成, 实验所用膜器参数如表1。泵用LZ-1000型流动注射泵;温度控制仪采用LZ-1000型流动注射仪配件;测试仪器用WFJ80-1分光光度计。试剂:亚硫酸品红溶液;亚硫酸钠溶液 (10%) ;草酸溶液;高锰酸钾—磷酸溶液;无水乙醇;含甲醇水溶液。以上试剂均为分析纯。

1.2 实验操作方法。

将一定体积的蒸馏水和含甲醇水溶液分别装入各自料液瓶中, 料液和吸收液通过泵管分别与中空纤维的内管和膜器的壳体相连接。同时打开加热器, 将温度调到所需温度。实验时先开泵, 使两相分别充满膜器及管路, 待稳定后, 每隔一定时间, 取一定量的料液于25m1比色管中, 用亚硫酸品红分光光度法测定其含量。

1.3 甲醇分析方法

1.3.1绘制标准曲线。于6支25m1比色管中分别加入1.0mg/ml的甲醇工作液0.0m1, 0.2m1, 0.4m1, 0.6m1, 0.8m1, 1.0m1;依次加入0.3ml无水乙醇, 加水至5.0ml, 摇匀, 加2.0m1高锰酸钾—磷酸混合液, 摇匀, 于20℃下放置l0min;再加入2.0ml草酸溶液, 摇匀, 褪色后加S.0m I品红溶液, 摇匀, 于20℃下放置30min。于波长580nm处测定其吸光值, 绘制标准曲线。1.3.2样品分析。按实验方法取样品溶液 (本实验取1.0m1) 于25m1比色管中, 操作同标准曲线操作并测定吸光值, 然后在标准曲线上查出其含量, 用以计算通量和甲醇的回收率。

2 影响通量的因数及结果分析

2.1 膜的孔径。

在石油化工行业中应用膜蒸馏技术, 需要选择好膜的孔径, 如果孔径较大, 则无法发挥出锅炉的作用, 而孔径较小, 又会延长过滤的时间, 不利于提高工作的效率。甲醇是一种易挥发的物质, 而膜蒸馏技术可以将废水中易挥发的物质排进膜的另一侧, 可以实现废水中甲醇的分离。膜的孔径大小对处理效果有着直接影响, 当膜的孔径过大, 还可能引起膜两侧的渗透现象。研究人员在实验的过程中, 选择了两种孔径的膜材料 (表1) , 通过对比发现, A材料的性能优于B材料, 其稳定性更高, 可以控制膜的渗透效果。

2.2 料液温度。

在实验的过程中, 发现温度对实验结果也有着较大的影响, 甲醇通量与料液温度呈现出了正比的关系, 当料液的温度升高后, 甲醇的通量也会增加, 这主要是因为温度影响了料液相甲醇的蒸汽压。料液温度与通量的关系如图1所示。

2.3 料液相甲醇浓度。

料液浓度与膜蒸馏通量呈正比关系, 当甲醇的浓度增加后, 膜蒸馏通量也大大增加了。这主要是料液相甲醇浓度升高, 甲醇的蒸汽压也增加了, 所以, 加速了甲醇的扩散。料液相甲醇浓度与甲醇膜蒸馏通量的关系如图2所示。

2.4 膜两侧温差。

在石油化工生产中应用膜蒸馏技术时, 膜的两侧会出现温差, 这对膜蒸馏提供了推动力, 可以加速甲醇蒸扩散的效率, 可以提高通量。在模两侧出现温差后, 有利于提高甲醇废水的处理效果。模两侧温差与通量的关系如图3所示。

2.5 料液相流量。

通过实验发现, 料液相的流量提高后, 料液膜界面的浓度会降低, 这会使界面层变薄, 会使膜两侧产生温差, 可以控制甲醇的浓度。在膜的冷侧, 温度不会产生较大的变化, 而暖侧的温度会大大升高, 这一温差的产生, 使得通量增加了, 料液的相流量出现了明显的提升, 通量的增长量达到了一倍以上。

2.6 吸收液流量。

当吸收液流量增加后, 甲醇通量也会相应的增大, 这主要是因为吸收液流量增加, 使得膜冷侧界面层变薄, 促进了冷侧面甲醇的扩散, 当甲醇的浓度降低后, 膜冷侧温度比较比较接近甲醇本液的温度, 当膜的两侧出现较大温差后, 会使甲醇通量大大增加。载液流量与通量的关系如图4所示。

结束语

通过本文的介绍可以发现, 应用膜蒸馏技术, 可以有效降低石油工业废水中甲醇的含量, 这主要是因为蒸馏技术采用了空纤维, 这种材料在与聚乙烯结合后, 有着较强的稳定性, 还有着良好的渗透能力。在蒸馏的过程中, 还要考虑甲醇通量的影响, 比如温度、相流量、甲醇浓度等, 这些因素对膜蒸馏法的应用有着一定影响。当石油工业废水中甲醇的浓度过高, 可能会影响地下水的质量, 会影响周围的农田, 甲醇废水有着一定毒性, 只有降低甲醇的含量, 才能保证周围湖泊不受到影响。应用膜蒸馏法有着较多的优点, 其流程比较简单, 而且灵活性高, 可以调节装置的参数, 应用这项技术, 有利于降低废水的甲醇浓度, 实现石油生产废水的循环利用。

参考文献

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[3]马玖彤, 张凤君, 吴浩宇.膜蒸馏法处理甲醇水溶液的研究[J].水处理技术, 2008 (1) .

浅析膜分离技术内容 篇11

关键词: 现代分离技术;膜分离技术;前景;

DOI:10.3969/j.issn.1672-8289.2010.08.026

一、前言

在人类生活和生产实践中,人们早已经不自觉地接触和应用了膜过程。20多年前,Nolet在1748年就注意到了水能自发地扩散穿过猪膀肤而进入到酒精的渗透现象,过了10多年后,1564年J丫aube才成功研制了人类历史上第一片人造膜— 亚铁氰化铜膜。但直到20 世纪中叶,随着物理化学、聚合物化学、生物学、医学和生理学等学科的深入发展,新型膜材料及制膜技术的不断开拓,各种膜分离技术才相继出现,并深入研究应用到工业生产的各个领域。20 世纪60年代以后,当时在大规模生产高通量、无缺陷的膜和紧凑的、高面积/体积比的膜分离器上取得突破,开发了水中脱盐的反渗透过程。七八十年代又将这些进展转移至其他膜分离过程,获得巨大的经济效益和社会效益。近几年来膜分离技术发展相当迅速,应用也越来越广泛。在国际膜会议上曾将“在21世纪多数工业中膜过程所扮演的战略角色”列为专题,进行深入讨论,并认为它是20 世纪末到21 世纪中期最有发展前途的高新技术之一。

二、膜分离过程的定义、分类及膜的基本理论

膜分离是以膜作为分离介质,以外界能量或化学位差作为推动力,对双组分或多组分的流体进行分离、分级、纯化和浓缩的方法。1984年,Lakshinarayanaiah把膜广义地定义为:起栅栏作用,阻止块体移动而允许一个或几个物类有序通过的相。国际理论与应用化学联合会(R理Ac)将膜定义为“一种三维结构,三维中的一度(如厚度方向)尺寸要比其余两度小得多,并可通过多种推动力进行质量传递”,该定义在原来定义(’膜”是两相之间的不连续区间周)的基础上强调了维度的相对大小和功能(质量传递)。

定义中强调膜的“三维”或“区间”以与通常所说的两互不相溶液体之间或一种气体和一种液体之间的相界面或一种气体和一种固体之间的相界面相区别。按照这个定义,根据膜结构可分为固膜和液膜。固膜又分为对称膜(柱状孔膜、多孔膜、均质膜)和不对称膜(多孔膜、具有皮层的多孔膜、复合膜);液膜又分为存在于固体多孔支撑层中的液膜和以乳液形式存在的液膜。按化学组成分为有机材料的纤维素类、聚酞胺类、芳香杂环类、聚讽类、聚烯烃类、硅橡胶类、含氟聚合物;无机材料的陶瓷(A1203、氧化硅、氧化错等)、硼酸盐玻璃、金属(铝、把、银等);天然物质改性或再生而制成的天然膜。按作用机理分为吸附性膜(多孔膜、反应膜)、扩散性膜(高聚物膜、金属膜、玻璃膜)、离子交换膜、选择渗透膜(渗透膜、反渗透膜、电渗析膜)、非选择性膜(加热处理的微孔玻璃、过滤型的微孔膜)。以压力差为推动力的膜分离过程根据分离对象通常可分为微滤(MF)、超滤(饰)、纳滤(NF)和反渗透(R0)。

微滤用于截留直径为0.02一10?m的微粒、细菌等,常用做超滤的预处理过程。超滤可分离相对分子质量为数千至数百万的物质,如蛋白质、胶体、病毒、热原、酶、多糖等,膜孔径约为2～20 nm。纳滤用于分离溶液中相对分子质量为200～1000的低分子量物质,如抗生素、氨基酸等,允许水、无机盐、小分子有机物等透过,膜孔径约1～2nm ,其分离性能介于超滤与反渗透之间。反渗透因膜的致密结构对离子实现有效截留,仅允许溶剂水分子通过,主要用于海水脱盐、纯水制造以及小分子产品的浓缩等。膜分离过程的工作原理为:一是根据混合物物质的质量、体积、大小和几何形态的不同,用过筛的方法将其分离;二是根据混合物的不同化学性质分离开物质。物质通过分离膜的速度(溶解速度)取决于进入膜内的速度和进入膜的表面扩散到膜的另一表面的速度(扩散速度)。而溶解速度完全取决于被分离物与膜材料之间化学性质的差异,扩散速度除与化学性质相关外还与物质的分子量有关。速度愈大,透过膜所需的时间愈短。

混合物透过膜的速度相差愈大,则分离效率愈高。微滤 膜 的 分离机理普遍认为类似于“筛分”。过程主要通过三种方式实现:1、比膜孔大的颗粒的机械截留;2、颗粒之间的相互作用(如聚集、吸附)及颗粒与膜表面的吸附;3、颗粒之间的架桥作用。主要分离截留直径为住0.01～10?m以上的粒子。超滤同微滤相似,也是利用膜的“筛分”作用进行分离的膜分离过程,只是其过滤精度更高,膜孔更小。膜表面实际存在着不同孔径的微孔就像“筛子”一样,可以截住比孔径大的溶质和颗粒。超滤对大分子溶质较容易截留的原因是:a在膜面及微孔内的吸附〔一次吸附):b.在孔中的停留而被除去(堵塞);c.在膜面的机械截留(筛分)。

在实际操作中,要尽量避免一次吸附和堵塞的发生.纳滤 分 离 技术主要基于筛分效应和电荷效应13]。其孔径范围在纳米级,其截留相对分子质量范围为200一100道尔顿,其对大分子的分离机理与超滤相似,但对无机盐粒子的分离行为不仅由化学势梯度控制(溶解扩散机理)也受电势梯度的影响,即纳滤膜的分离行为与其荷电特性、溶质荷电状态以及二者的相互作用均有关系。人们往往将它和其它分离及生产过程相结合,起到降低处理费用、提高分离效果的作用。NF 膜在某些方面可替代传统的费用高、工艺烦琐的分离方法。与其他压力驱动型膜分离相比,反渗透是最精细的过程,因此又称“高滤”(h即erfiltration),它是利用反渗透膜选择性地只能透过溶剂而截留离子物质的性质,以膜两侧净压差为推动力,克服溶剂的渗透压,是溶剂通过反渗透膜而实现对液体混合物进行分离的膜分离过程。

现已工业化的主要膜分离过程均为被动传递过程,物质通过膜的分离过程较为复杂。不同物理、化学性质(如粒度大小、分子量、溶解情况等)和传递属性(如扩散系数)的分离物质,对于各种不同的膜(如多孔型、非多孔型)其渗透情况不同,机理各异,因此,建立在不同传质机理基础上的传递模型也有多种,在应用上各有其局限性,不论哪类模型都涉及物质在膜中的传递性质。膜分离过程的基本传质形式:

1、 促进传递过程,各组分通过膜的推动力仍是膜两侧的化学势梯度。组分由特定的载体带入膜中,是一种具有高选择的被动传递

2、 主动传递,其推动力是由膜内某化学反应提供,主要存在于生命膜

3、 被动传递,为热力学“下坡”过程,其中膜的作用就象是一物理的平板屏障。所有通过膜的组分均以化学势梯度为推动力,组分在膜中化学势梯度可以是膜两侧的压力差、浓度差或电逝差。

膜材料的性质

膜材料的性质主要受到其化学组成、膜表面的性质(如表面电荷,粗糙度,亲、疏水性等膜的形态(膜表面的孔隙率、孔径分布)等方面的影响。有些膜材料带有极性基团或可离解的基团,因而在与溶液接触后会由于溶剂分子极性或离解作用而使膜表面带有荷电,并与溶液中带有电荷的溶质产生相互作用。当这一作用为相互排斥时,膜表面不易污染;而为相互吸引时,膜面易吸附溶质而被污染。据Guell等的研究报道,蛋白质对亲水性超滤膜主要表现为膜面的吸附或沉积;对疏水性膜主要表现为膜孔内的堵塞。聚偏氟乙烯膜由于有较多的开孔,呈筛状形态而呈现较低的污染率。陆晓峰等用振荡吸附的方法研究了蛋白质对5种材质膜的污染情况,各种膜材料接触角与蛋白质污染度〔FR)的关系见下表

结果表明 :各种膜的污染度随接触角值的增大(疏水性增大)而增加,即膜表面亲水性越好,它受蛋白质的污染越小。显然 ,膜面光滑,易污染,膜面粗糙,容易吸附溶质而污染。膜自身的结构也是影响膜污染的一个重要方面。膜的制造经历了从对称膜到不对称膜、复合膜的发展阶段。在同样的条件下,非对称膜比对称膜具有。

减轻膜污染的方法:

1、 料液的有效处理:对料液(原水)采取有效的预处理,以达到膜组件进水的水质指标,除去易形成污染的蛋白质等物质或改变溶液PH值的方法,以脱除一些能与膜相互作用的盐等溶质

2、 改善膜的性质:改善膜的表面性质如表面极性或电荷性。

3、 改变操作步骤:适当提高水温加速分子扩散,增大滤速;或降低膜两侧的压差或料液浓度;调节PH,远离引起蛋白质沉淀吸附的等电点等,使吸附作用减弱。

4、 膜结构的选择:膜的制造经历了从对称到不对称的过程, 目前,复合膜的制造也进入了一个新的阶段。不对称膜、复合膜的耐污染性能要比对称膜要强得多。

5、膜组件结构选择:这主要考虑到料液中固含量的大小,平板、管式、卷式等膜组件的流道差别比较大,对于流动性差、固含量高的料液时应该选择大流道的膜组件,如管式等。除此之外 ,料液的pH值、盐浓度、温度以及流动速率、压力均会对膜面的污染有很大的影响。

三、膜分离过程的特点与优势

膜分离过程一般具有过程较简单,经济性较好,往往没有相变,分离系数较大,节能,高效,无二次污染,可在常温下连续操作,可直接放大,工艺简便,可专一配膜,投资回收高,再污染小等优点,特别是在对于热敏性物质(如食品、药品或生物工程产品)的处理上显示出极大的优越性。选择适当的膜分离过程,可替代真空旋转蒸发、板框压滤、袋式过滤、离心分离、静电除尘、絮凝、沉淀、离子交换、溶媒抽提、吸附和再生、蒸发、结晶等多种传统的分离与过滤方法。

3.1膜分离过程与传统的粒子过滤技术的比较

3.1.1.过滤介质

传统的粒子过滤采用较厚的、开放结构的深层过滤滤材、膜分离过程采用控制孔径的,表面过滤的薄分离膜。

3.1.2.操作压力

传统的粒子过滤施加的压力旨在促进过滤过程;膜分离过程的操作压力为分离过程的推动力。

3.1.3.过程设计

传统的粒子过滤中,进料液的流向垂直于滤材表面,可在开敞系统下操作;在一些膜分离过程中,采用错流技术,即进料液平行于膜表面流动,透过流垂直膜表面流动,分离操作须在密封系统中进行。

3.1.4.分离程度传统的粒子过滤将悬浮固体(粒径10?m)与液体分离:不同孔径的分离膜构成自离子至粒子的完整的分离谱图。

3.2、膜分离过程与蒸发、冷冻浓缩和离心分离等传统脱水过程的比较优势:无相变化,节省能源,没有复杂的传热设备,仅用电能驱动泵。与蒸发器相比,无冷凝器,无需提供大量冷却水,因而避免热污染问题。大多数膜分离过程在室温附近操作,特别适宜热敏物质的处理。小分子自由通过膜,过滤期间它们的浓度在膜两侧相等,且大体与它们在进料液中的浓度相同。因此,膜过滤期间微观环境变化很小,即PH、离子强度等几乎不变,这对离析和净化蛋白质十分有益。

四、膜分离过程的应用

4.1、饮料、化妆品、无菌水制备

4.2、电子产品---反渗透膜

4.3、引用水生产、与生物反应器结合进行的各种废水处理

4.4、淀粉废水处理和日用含糖废水处理与回收,电镀废水处理

4.5、含原油废水处理

4.6、乳化油废水处理

4.7、含油脱脂废水处理与回用

4.8、现代农牧产品加工中的应用等等

五、前景与展望

含铬废水高效膜处理新技术的应用 篇12

1 含铬废水的传统处理技术

电镀废水中的六价铬主要以Cr O42-和Cr2O72-两种形式存在, 在酸性条件下, 六价铬主要以Cr2O72-形式存在, 碱性条件下则以Cr O42-形式存在。对含铬废水的治理一般可分为两大类[3]:一类是以达到排放标准为目的, 如化学还原法、电解法等;另一类是以回用废水或者回收铬资源为目的, 如钡盐法、离子交换法和活性炭吸附法、膜分离法等。

传统的含铬废水处理技术主要包括化学法 (化学沉淀法、铁氧体法、二氧化硫法) 、电解法、离子交换法等。化学还原法、沉淀法处理含铬废水虽然工艺简单, 但是废水中Cr6+含量容易出现反弹现象。电化学法处理含铬废水的主要优点是离子选择性高, 便于对处理产物回收利用, 克服了沉淀法处理含铬废水的不足。但是电化学法耗电量大, 处理费用高, 处理时间长, 而且产生的大量沉渣容易结块, 影响处理系统运行。铁氧体法处理含铬废水虽然处理量大、净化效果好、去除率高, 并最终能得到回收产物铁氧体, 但是铁氧体的回收利用价值不高。离子交换法主要应用于处理电镀含铬废水, 出水水质好, 可回收有用物质, 便于实现自动化。但该法的树脂易被氧化和污染, 对预处理要求较高。

2 超滤膜分离技术对含铬废水处理的优缺点

膜分离法是一种新型隔膜分离技术, 利用一种特殊的半透膜使溶液中的某些组分隔开, 某些溶质和溶剂渗透而达到分离、纯化、浓缩的目的[4]。它具有分离效率高、无相变、无二次污染、能耗低、等优点, 被誉为本世纪最具有应用前景的六大新技术之一。

超滤膜技术作为膜分离技术中的一种也迅速的发展起来, 它是一种以机械筛分原理为基础, 以膜两侧压差 (100 KPa~100KPa) 为驱动力的膜分离技术。它可分离液相中分子量大于500道尔顿、粒径大于2 nm~20 nm的颗粒。用超滤技术去除实验室废液中Cr6+, 处理后的废液中Cr6+浓度符合国家一级污染物排放标准。银玉容等[5]用抗污染超滤膜 (聚偏氟乙烯合金膜) 、高压纳滤膜 (聚芳香酰胺膜) 处理含Cr6+, Ni2+, Cu2+等重金属离子的电镀废水, 工艺流程为:电镀废水—预处理 (加入Na2SO3先将Cr6+还原为Cr3+, 然后将电镀废水PH值调节至碱性, 金属离子与OH-结合生成沉淀, 再加入絮凝剂絮凝沉淀) —抗污染膜超滤—高压纳滤, 实验结果显示采用抗污染膜超滤—纳滤多级膜处理后Cr6+去除率可达93.8%, 电镀废水可达电镀清洗水标准, 回用率达到85%。易琼[6]通过向实验室废液中加入Na OH调节p H值, 采用微滤+超滤工艺对水的浊度却具有很好的去除效果。与传统含铬废水处理技术相比, 超滤膜技术具有高效、快捷、处理效果好等优点, 但在运行过程中膜的堵塞、污染一直未得到良好的解决。

3 含铬废水高效膜处理新技术的应用

采用超滤膜在含铬废水处理运行的过程中经常会遭遇颗粒、胶体污染, 为解决这一难题, 以往膜处理工艺需添加大量的絮凝剂[7], 从而保证进膜设备的废液浓度低于50ppm来减少膜的污染。对于膜污染问题, 我们设计的高效膜处理新技术采用双循环的运行模式, 并将超滤膜技术与气浮技术[8]相结合连接特制的分离装置, 有效地解决了膜污染问题, 延长了膜的清洗周期及使用寿命, 提高了膜的工作效率。根据实验证明, 该技术不仅可允许进膜装置的废液浓度最高可达20000 ppm, 而且出水水质更好。

含铬废水高效膜处理新技术是将传统的化学还原法与超滤膜污染控制技术相结合, 本技术不仅解决了膜污染问题, 还打破了繁琐且操作困难的传统技术[9], 从全新的角度出发, 设计出适合重金属污染企业较为实用的新技术, 从而简化了处理流程, 降低了工程投资, 减少占地面积, 节约了大量时间, 同时也增强了可操作性, 在后续处理过程中以纯物理的方法处理废水, 避免了投加化学药剂所带来的二次污染, 不仅能够实现水资源的重复利用, 还提高了铬渣的纯度, 可实现资源化利用。

整套含铬废水高效膜处理新技术系统由含铬废水预处理 (调节、反应、沉淀) 、高效膜处理装置、板框收渣三大部分组成。

处理工艺图如下:

3.1 含铬废水 (含Cr6+、Cr3+等重金属离子) 进入调节池, 调节水质水量后进入反应池, 调节PH并加入还原剂, 将Cr6+还原成Cr3+, 然后废水进入沉淀池, 加入氢氧化钠调节废水篇p H值至7~8, 使废水中的Cr3+沉淀, 化学反应方程式如下:

3.2 沉淀后的上层清液进入高效膜处理装置, 下层沉淀废水先进入污泥浓缩池之后被打入板框压滤机内, 经板框压滤后的压滤液进入反应池进行循环过滤, 而滤渣则为高纯度的铬渣, 干化后回收利用;

3.3 将膜装置与气浮技术相叠加, 通过曝气作用, 使Cr3+更容易析出, 而膜过滤所得的滤液为主要含有亚硫酸氢钠的清水, 由于含铬量已优于国家《生活饮用水卫生标准》 (GB5749-2006) 标准中铬含量的规定:铬 (六价) 含量不得超过0.05mg/L, 因此可工艺回用:作为电镀冲洗工艺用水回用, 相当于传统的槽边处理技术, 可优化废水处理效果缩短处理时间, 减少处理费用;作为酸碱冲洗水, 可防止硫酸钠的富集, 从而保证处理工艺的完整性、可靠性。

此工艺已在河南多家企业应用, 当地环保部门及企业的连续两年的跟踪说明其运行可靠, 部分检测结果如下:

4 结语

随着全球可持续发展战略的实施和工业绿色化生产进程的加快, 循环经济和绿色生产技术越来越受到人们关注, 电镀含铬废水已进入综合防治、回收利用与总量控制阶段。含铬废水治理将从治本开始, 防治结合, 采用综合防治技术, 避免二次污染, 向多回收、多利用, 变废为宝发展。含铬废水高效膜处理新技术作为含铬废水处理技术的一种新选择, 具有其他处理方法无可比拟的优点, 不仅可实现水的回用还可实现铬渣的回收, 具有良好的经济效益及社会效益, 其应用具有跨时代的意义。

摘要：本文对含铬废水的传统处理技术进行了简要论述, 并介绍了超滤膜分离技术在含铬废水处理中的优缺点, 着重阐述了高效膜处理新技术对膜污染的控制及在含铬废水处理中的应用与资源化综合利用。

关键词：含铬废水,传统方法,膜分离技术,资源化综合利用

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