水处理膜（通用10篇）
水处理膜 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。
水处理膜 篇2
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
水处理膜 篇3
【关键词】水处理过程；膜分离技术；应用实践
1.膜分离技术概述
水资源十分重要，地球生命不能离开水，它更加与人们的生活密不可分。针对海水淡化的问题，不同时期的人们提出相应的解决方法，比如：反渗透法，从不同程度上解决了问题，随着社会科技的不断进步，出现膜分离技术。它作为一种新型的分离技术，节能且高效。其中，采用的纳滤作为新型分离膜，它所截流下的物质分子量在反渗透与超滤之间，并且其膜的表面具有电荷。
2.几种常见的膜分离技术
2.1膜分离技术的原理
膜分离技术的分离原理包含两个方面，一方面是在物理性质的筛选分离，在混合溶液中，不同的分子具有不同的体积、质量，对同一生物膜的选择透过能力不一样，因此，在膜的筛选下可以对混合物中不同物理性质的组成部分进行分类，另一方面则是在化学性质的筛选分离，当混合物中各种组分对膜的选择透过性差异性较小时，通常利用其对膜的渗透速度来进行分离，如溶解速度和扩撒速度。通常情况下，利用化学性质进行分离的材料膜的化学性质会影响到分离效果。
2.2膜分离技术分类
目前已经深入研究和开发的膜分离法主要有反渗透（RO）、电渗析（ED）、渗析（D）、微滤（MF）、渗透蒸发（PV）、超滤（UF）、气体分离（GS）等等。根据膜分离的不同原理，可以将以上膜分离技术分为两大类。
2.2.1是反渗透膜分离技术。
例如纳滤、超滤以及微滤都是采用的反渗透原理，反渗透技术是膜用于分离的最直接应用之一，以外界压力作为驱动力将溶液中的组分进行分离。反渗透膜分离技术被广泛应用于工业污水处理、含盐废水处理工艺中。反渗透分离设备的核心组成为反渗透的膜组件，反渗透膜本身的物理结构和化学材料的相关特性对于反渗透性能有着重要的影响。目前在工业生产中最为广泛应用的反渗透膜为复合膜以及不对称醋酸纤维素膜，相对而言，复合膜的水通量较高、pH适用范围广等优势，但不对称醋酸纤维素膜的经济性更强，价格相对低廉，并且具备较高的抗氧化能力，使用广泛。
2.2.2电渗析分离技术。
电渗析技术是在电场作用的驱动下，由于离子交换膜的选择透过性使溶液最终实现浓缩和淡化的一种膜分离技术。电渗析的基本原理是根据电场中，阴阳离子相互吸引的法则来进行分离。
3.水处理过程中的膜分离技术
在水处理过程中，膜分离技术需要在一定压力下作用，分离掉液体中的无机盐以及分子量较大的物质。水透过膜的同时，水中的污染物会被分离出来，反渗透膜的使用度较高，可以适用于几乎所有物质，纳滤膜相对使用度较低，并且它具有一定的电荷，仅可以用于单价无机离子，在进行水处理的过程中，需要减小压力，以实现分离作用。通过了解清楚了二者在不同领域都具有一定的使用价值。
一方面，膜分离技术应用于海水与苦咸水领域。生活中所需的饮用水均需要对海水及苦咸水进行脱盐作用，反渗透脱盐法成为获得淡水的主要方法。在对水进行软化的处理过程中，纳滤膜发挥了重要作用。它可以软化水质、除去颜色以及有机化合物，由于自身选择透过性特征广泛使用于水处理过程，但是，值得注意的是，此膜需要在较低的压力下工作。
另一方面，膜分离技术应用于废水处理领域。随着工业的不断发展，工业废水随之增多，工业废水涉及不同方面领域，比如：电镀废水、纺织印染污水、食品废水、化工废水等。电镀过程中使用水，所产生的污染物中含有大量的单一或者混合的重金属元素，比如：铜、铁、锌等，如果不能很好地对其进行处理，将会造成人类生活的困扰。为了获得干净的水资源，对其进行水处理操作，通过沉降、调整pH值来等方法改善水质。纺织印染行业所产生的废水中，会产生毒性重金属污染物，对环境造成影响。食品加工厂在生产过程中，会产生大量含有有机物的废水，例如：蛋白质等。化工厂排放的污水更是为环境带来极大负担。
还有就是海水淡化处理。地球上具有丰富的水资源，但是其中约97%的水资源都是海水，海水的盐含量很高，要想对海水进行使用，就必须对其进行淡化处理。海水淡化可以通过RO、MED（多级蒸发）、VC（压力蒸馏）完成。RO在应用过程中具有以下优势，如能耗低、费用低、建造周期短等，因此其已经成为了目前海水淡化的一项主要手段。中东地区的一些国家在海水淡化过程中已经开展了对RO的应用，其中沙特具有多家海水淡化工程。目前，我国辽宁省和浙江省也兴建了反渗透化装置。
4.膜分离技术存在问题
第一，膜受污染。在实践应用时，膜会遇到污染的问题，其原因在于膜所截留下的物质堵塞，从而对膜造成污染，这样的情况会影响到膜的分离能力。因此，在使用膜的过程中，需要了解具体的使用环境，从而避免出现损坏膜的现象，造成浪费。
第二，成本问题。采用反渗透与纳滤膜，其成本是比较高的。由于我国生产的膜不具备高标准的条件，目前使用的是进口膜，性能较好，在膜分离技术中得到很好的应用，但是它的成本较高。在对水进行处理的过程中，消耗是一定存在的，如果不能提高膜的利用度和延长膜的使用寿命，将会一笔较大的支出。所以，根据实际情况，需要结合所用膜的性质进行工作，提高膜的利用度，延长使用寿命。膜分离技术作为一种新型的分离技术分支，既高效又节能，为人们生活带来好处。可以应用于水处理过程，具有很好的发展前景。
第三，浓差极化。采用膜分离技术的过程中，由于膜自身具有选择透过性特点，多数溶质会被分离出来，并且留在压力较大的一侧，这样的状况会形成浓度差，通常称之为浓差极化。膜分离技术操作的过程中，这样的现象不能避免，随着渗透压的增加，使膜分离下降，导致膜孔堵塞的结果。针对这种浓差极化的现象，可以通过改善表面流动，以解决浓差极化的问题。一方面，膜自身结构的优化，通过设计适合的膜元件，进而改变膜结构，从而解决浓差极化问题；另一方面，在膜分离过程中，统一规范使用方法和操作步骤，严格遵循，杜绝出现随意操作或者使用的现象。
5.结论
膜分离技术具有设备简单、分离效率高、节能等诸多优点，其在水处理领域中的应用有着巨大潜能。但是对膜分离技术的应用要理性，为了扩大膜技术应用范围，促进膜技术的发展，在日后研究过程中更应当降低膜的成本、提高其抗污染能力、延长膜的使用寿命，对膜分离技术进行组合应用，提高分离效果，从而扩大膜分离技术的应用范围，促进膜分离技术的发展。
参考文献：
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水处理膜 篇4
1 工程概况
本工程为600 m3/h除盐水站新建工程,为北京赛恩斯特水技术有限公司设计、调试;中冶天工建设有限公司进行施工。所产除盐水供太钢自备电厂2×300 MW亚临界锅炉补给水及新炼钢、新焦化高压锅炉补给水。微滤部分共六套,采用日本旭化成公司Microza╋ UNA-620A膜元件;一级RO装置(共六套)、二级RO装置(共六套)采用DOW公司的BW30-400/34i。EDI装置共六套,采用IONPURE的IP-LX-Z膜组件。
2 太钢全膜法水处理工艺流程简述
山西太钢热电厂全膜法水处理系统为太钢150万t不锈钢改造工程配套的项目,采用黄河水以及工业、生活回用废水作为制备工业纯水的水源,通过在线絮凝自清洗过滤工艺、微滤膜处理工艺、一、二级反渗透膜处理工艺、EDI处理工艺制备工业纯水供锅炉、钢厂工艺使用,纯水(EDI产水)产量6×100 m3/hr。
3 膜处理装置安装问题
膜处理装置是整个工艺流程中的核心工作执行机构。在现场安装中经常出现反渗透膜过滤失效或局部渗水现象,由于反渗透膜处理装置与微滤装置、EDI装置、加药冲洗等各种工艺管道形成了一整套庞大的流水线式作业系统,反渗透作为其中重要环节之一,因膜失效无法达到设计成水回收率——一级75%、二级90%,只能维持在60%左右,严重影响后续EDI装置安装和冲洗调试工作的进行,同时因为拆除失效膜元件、二次安装和进口元件的更换也增加了施工和生产成本。
4 反渗透膜过滤失效和局部渗水现象原因分析
在对出现问题的部位进行拆修时,发现个别反渗透膜已经受到污堵且不同程度的变形。这是由于两侧压力差过大,膜元件受应力变形,微滤水从膜元件周围变形的缝隙流出,从而导致过滤失效和局部渗水现象的发生。另外,膜元件的安装方法不当,也是引起上述问题的重要原因之一。膜元件压力容器与膜元件未达到过盈配合,膜元件在压力外壳内的轴向间隙不合理,在系统开机、停机时,膜元件受到冲击载荷,导致变形破坏密封结构,这时即使在系统反洗时也会因反洗水从变形处流出,而失去反洗效果,让膜污堵更加严重。因此,正确的安装方法至关重要。
5 过滤失效预防和处理办法
5.1 消除水中污物及杂质
首先是对反渗透以前的工艺设备及管道的冲洗程度进行确认,达到设计要求即TSS值不大于1 mg/L,浊度值小于0.2 NTU,短时小于0.1 NTU,SDI值不大于3且工作性能趋于稳定后,方可进行反渗透压力容空壳冲洗、膜元件的安装及其系统冲洗试车,另外在膜处理装置的阀门安装时,未对卡涩现象进行检查排除,也会因为手动及气动阀门的非正常开合而将耐腐层碎片及阀门卡住的污物通过水流进入反渗透膜内,造成膜元件的污染。同时,值得注意的是,微滤装置的膜元件和反渗透的膜元件安装按照一般惯例的依次顺序安装是十分不当的。因为前期工艺管道安装时难免管内污物很多,由于整个管道系统的一线性,无法循环冲洗,而使管道内残存一部分污物。微滤装置必须按照先安装1号,再安装6号,再安装2号,5号,3号,4号的顺序进行。这是为了让1号,6号两端的微滤装置先运行起来后,进水母管内两侧不会有死水滞留,从而保证管内杂质全部通过微滤装置过滤、排除,不会将大的固态颗粒流入下道工序反渗透装置。
5.2 膜元件的安装改进
5.2.1 安装前注意事项
首先在膜元件安装前,设计一张用于辨别压力容器和膜元件安装位置的示意图,记录每支压力容器和膜元件所处的相对位置,以跟踪系统中的每一支元件运行情况,在局部失效时,可以迅速找出问题所在。元件安装前,应该让经预处理系统的合格水流过膜压力外壳30 min,同时检查进入反渗透的水质是否符合膜元件进水规范要求,检查管路是否有泄漏。仅当计划马上投运系统,才可打开包装,安装膜元件,否则应在原包装内密封存放膜元件。
5.2.2 调整膜元件在压力外壳内的轴向间隙
1)膜元件压力容器其内部长度会有一定的过盈尺寸允许元件长度的微小变化,由于过盈的存在,开机和停机时膜元件会在压力容器内前后滑动,加速密封件的磨损,此外升压时压力容器也将伸长,在极端情况下,与进水或浓水相邻的元件可能会从端板上脱离开来,从而产生严重的产水渗漏。在装配膜元件时调整膜元件在压力容器内的轴向间隙就可减少装置开停机时元件的窜动,保证内接头与最前面和最后面的元件均能牢固的接触密封。
调整间隙片可采用垫片状塑料环,通常为5 mm厚,其内孔直径略比端板内接头外径大。图1是安装多个间隙片的示意图,它能保证将所有元件紧紧地顶住止推环和压力容器的浓水端板。
2)按以下步骤安装膜元件调整间隙片:a.取走内接头上的“O”形密封圈和压力容器进水端板上与外壳间的密封圈,这样能够保证不会有任何来自密封件的干扰,并尽可能降低所需的预推入进水端板的压力。b.在连接膜元件产水口接头上装入8个5 mm厚的垫片,装上进水端板,装入足够多的垫片直至无法装上端板外的卡环为止。c.此时去掉一只垫片直到正好可以装上端板及其卡环。d.再拿出进水端板,重新装上内接头“O”形圈和端板密封圈。e.再按设备厂家指导书完成压力容器的安装即可。
5.3注意事项
一、二级反渗透压力容器有7.8 m长,而膜元件相对较短,需要同时调整进水及浓水端的间隙。特别需要注意的是,在浓水端产水内接头上加装调整垫片的同时还必须在止推环上加装同等数量和厚度的调整垫片。如果在浓水端加入调整垫片而未在止推环上安装调整垫片,膜元件就会发生“望远镜”型破坏的后果。
6结语
化学水处理装置经过这几点的改进、调整安装后,整个系统安全稳定经济运行,完全保证了外供水———锅炉、喷淋、钢厂生产的正常供水,同时降低了安装生产成本,一、二级反渗透水回收率稳定达到75%和90%以上,整套生产线高品质除盐水回收率达到设计要求。
摘要：对膜处理装置安装中的几点不足和不合理进行了分析,并提出了相应的预防和处理方法,从安装角度解决了反渗透膜污堵失效等问题,保证了电厂的正常供水,同时水的回收率达到设计要求。
关键词：膜处理,安装,反渗透,失效,间隙,调整
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水处理膜 篇5
综合论述了膜生物反应器的分类、结构、特点,介绍了近年来各国学者应用膜生物反应器去除废水中有机物、氮、磷等污染物所取得的研究成果、面临的问题以及膜生物系统在实际废水处理中的应用.简要阐述了膜污染的成因、机理及其对策,并指出了现阶段限制膜生物技术在我国发展的`原因,展望了未来膜生物技术在我国广阔的发展前景.
作 者：李凤亭 王亮 刘华 刘岩 作者单位：李凤亭,王亮(同济大学环境科学与工程学院,上海,92)
刘华(上海市环境工程设计研究院,上海,200071)
刘岩(青岛市环境监测站,山东,青岛,266003)
膜分离技术在水处理中的应用 篇6
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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水处理膜 篇7
1膜处理技术的特点
1.1膜处理技术的应用原理
膜处理技术是一种结合了生物处理技术和膜分离技术的新型水处理方式, 该种技术能够利用分离设备将水中的大分子物质和活性污泥加以阻拦, 减少过滤的步骤。利用反应器可以完成对污泥停留时间的控制, 难降解的大分子物质也会不断的完成反应。当前, 膜处理技术在工业领域和污水净化领域已经成为一种不可缺少的重要技术, 具有十分广阔的发展前景。
1.2膜处理技术的优点
在膜处理技术的应用中, 膜组件代替了传统的二沉池, 这就使固液分离能够更加高效的进行。同时膜处理技术也克服了传统工艺中水质稳定度差、污泥易膨胀等问题, 提高了污水处理的效率。污水处理技术的有点可以从以下几个方面体现出来: (1) 该技术能够高效的完成固液分离, 保证了水质的稳定, 应用该技术处理的水质能够达到国家A级排放标准的要求。 (2) 该技术能够实现再生水的回收, 为实现可持续性发展创造了条件。 (3) 该技术能够降解工业废水中的有机物, 克服了传统工艺的局限性。 (4) 该技术所应用的生物反应器能够保证微生物的浓度, 且容积的负荷较高, 实现了对空间的合理利用。 (5) 该技术能够保证微生物的生长繁殖, 提高了系统的有效作用率。
2膜处理技术在新水处理站扩建工程中的应用
2.1技术运用
新水处理站扩建工程中, 可运用超滤技术和一级反渗透技术来生产脱盐水, 再应用二级反渗透技术将脱盐水净化为除盐水, 除盐水在经EDI处理后可成为精除盐水。这就形成了一种“超滤+EDI+ 反渗透”的膜处理技术。其基本流程为:一次水过滤- 换热器- 过滤器- 超滤膜- 加压泵- 保安过滤器- 高压泵- 一级反渗透装置- 脱盐装置- 加压泵- 保安过滤器- 高压泵- 二级反渗透装置- 除盐装置- 加压泵- EDI装置- 精除盐装置- 水泵- 供水点。
2.2工程设计
以黄河为例, 由于黄河水源在每年的1~3月时水质较为浑浊, CODMn、色度、温度均较低, 水质具有明显的低温低浊特征。 在4~7月期间, 黄河迎来了枯水期, 在这一阶段水质的CODMn、色度、温度均较高, 水处理的难度也相对较大。在8~10月时黄河迎来了枯水期, 在这一阶段水质的浑浊度较高, 但CODMn、色度均较低, 这一阶段的水质属于高浊水。在12月时, 水质的浑浊度和温度均较低, 但CODMn相对较高, 这一阶段水的处理难度较大。在以往的水处理工作中, 多使用活性炭来对污水进行处理, 但由于活性炭的吸附力度较小, 很容易出现饱和, 往往达不到水处理的客观要求, 经活性炭处理后, 很容易出现CODMn超标的现象。在黄河水处于低温时期时, 其对反渗透膜和超滤膜的出水量会有一定的影响。当水中的钠离子浓度达到150 mg/L~314mg/L, 氯离子的浓度达到100mg/L~290mg/L时, 使用反渗透膜进行过滤很容易造成钠钾离子的泄露, 电导率难以得到保证。研究显示, 在超滤膜系统中加入板式换热器能够起到加热低温水的作用, 保证了超滤膜的出水量, 解决了CODMn超标的问题。在提取精制盐的过程中加入EDI系统能够使氯离子的含量保持在正常的范围。
2.3超滤膜取代活性炭
将活性炭应用于水处理的过程中虽然能够起到一定的过滤效果, 但随着系统运行时间的不断延长, 活性炭的过滤作用会受到很大的抑制, 其自身也会成为主要的污染源。因此必须要建立反渗透膜预处理系统, 以此来取代活性炭的应用。超滤膜的应用能够使预处理水达到反渗透膜的要求, 为水的进一步过滤提供了必要的条件。在系统运行过程中, 要对其进行短期清洗和长期清洗, 在系统运行一段时间后要对其进行短期清洗工作, 保证膜的透过性。在系统运行4个月后, 要对其进行长期清洗, 此次清洗为化学清洗, 去除水中的胶体、细菌和有机物, 保证出水的SDI在4以内, 保证浊度在0.3NTU以内。超滤膜工艺具有如下优势, (1) 该技术能够有效去除大分子的有机物, 解决了普通过滤工艺所面临的重大问题。 (2) 黄河水的水质具有很大的稳定性, 出水可保持在CODMn<1.5mg/L, SDI<4的范围内, 减少了反渗透装置发生堵塞的次数, 在系统运行4个月后对其实施清洗即可。这也是反渗透膜的应用时间得以延长, 降低了工程的投资。 (3) 反渗透技术具有经济环保的特点, 能够将水中的助凝剂、絮凝剂等有害物质彻底清除。 (4) 超滤膜具有良好的稳定性和抗菌能力, 相对于其它的处理工艺能够发挥出更大的作用。
2.4两级反渗透技术
在水处理过程中, 采用两级反渗透技术如图1, 即一级、二级并用的反渗透技术。在具体应用中, 可将一段与二段按照10:5的比例进行排列。具体做法为选用一级反渗透装置4套, 装置的产水量要达到70m3/h, 回收率要达到75%, 脱盐率要达到97%以上。选用二级反渗透装置2套, 装置的单套产水量要达到70t/h, 回收率要达到85%, 脱盐率要达到97%。
2.5 EDI取代混床
在除盐的过程中, 要使用一级除盐加混床的方式来进行。研究表明, 这种工艺具有出水优良、水质稳定、交换终点明确、出水电导率上升较快等特点, 能够保证失效的监控。但该种技术也有其自身的缺点, 其缺点为再生剂的运用量大、树脂层的利用率较低、树脂易遭到破坏、树脂补充量较大, 树脂再生的过程十分复杂, 在树脂再生的过程中要现将阴阳树脂进行分离, 再分别对两种树脂清洗和再生, 所需时间较长。目前, 混床技术的应用已经相对成熟, 但由于其应用成本相对较高, 维护工作较为复杂, 在实际应用中还面临着很多的困难。对于本次研究来说, 精除盐水要达到氯离子浓度小于0.1mg/L的标准, 出水量要达到7t/h的标准, 如果将混床技术应用于精除盐水的处理中, 不仅需要多台设备, 还需要大量的再生酸和碱中和设备来作为技术的支撑, 投资过大, 可见在实际操作中应用这种技术并不合理。
在水的精除盐处理中, 可使用EDI取代混床。EDI电渗析、电化学再生和离子交换的结合体, 在的精除盐处理中能够发挥极大的作用。在EDI完成水处理的过程中, 由电极极化所产生的氢离子和氢氧离子能够与离子能交换剂一同完成连续再生, 减少了酸碱化学单独再生的操作。在此过程中, 只需要使用加压泵将经过除盐处理的水打入到EDI模块中即可, 浓度过高的水还可被回收再利用, 大大降低的制水成本。在具体设计中, 可使用两套EDI, 单套的出水量要达到7.5m3/L, 回收率要达到90%以上。
2.6经济效益分析
从技术的选择上来看, 膜处理技术、EDI技术、离子交换技术的应用为工程的建设节省了大量的资金, 这些技术具有占地空间小、运行成本少等特点, 将技术运用于水处理的工作中, 大大降低了工作的复杂性, 提高了水处理的效率。由于膜处理技术能够起到全面过滤水中杂质的作用, 降低了水质受到二次污染的概率。 由于黄河水质的特点, 至技术实施过程中无需对系统进行过于频繁的清理, 降低了成本的投入, 增加了经济效益。
从水处理站的建设上来说, 水站的规模一般较大, 所需的设备较多, 膜处理技术的应用即减少了单个设备的投入, 也减少了工程的总投入, 且水站的规模越大, 其节省的资金越多, 获得的效益也就越多。
从技术的发展上来看, 近年来, 膜处理技术被广泛的应用于工业生产和污水的处理中, 应用的范围也在不断的扩大, 新的技术不断的笨哦研发出来, 为水处理工作的进行带来了崭新的发展空间。新技术的研发不仅是为了提升工作的效率, 也是为了在最大程度上节约运行的成本。在未来几年中, 膜技术和膜处理技术都将得到更好的发展, 使水处理工作能够更好的开展。
3结语
膜处理技术作为一种新型水处理方式, 能够利用分离设备将水中的大分子物质和活性污泥加以阻拦, 减少过滤的步骤。当前, 膜处理技术在工业领域和污水净化领域已经成为一种不可缺少的重要技术。在具体应用中, 可以采用“超滤+EDI+ 反渗透” 的膜处理技术对污水进行处理。运用超滤膜取代活性炭、实施两级反渗透技术、EDI取代混床, 使膜工艺能够在污水处理工作中发挥更大的作用。应用膜技术不仅能够减少资金的投入, 也能提升处理的效率。可以说该技术的应用为水处理工作提供了更大的空间。
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水处理膜 篇8
锅炉除尘器是减少或降低燃煤锅炉排放污染物的主要装置, 分干式和湿式两大类。传统的干式除尘器存在除尘效率不稳定、不具备脱硫功能等弊端。而湿式除尘麻石水膜式除尘器处理烟气量大、适用广泛、性能稳定、除尘效率高。广丰卷烟厂采用湿式除尘器处理3台燃煤锅炉排放的烟尘, 因诸多原因, 处理后废水粉尘浓度及p H值超标, 废水利用率不足11%, 年平均水消耗量大约5万吨。造成对环境的二次污染, 浪费大量的水资源。
二、问题分析
1. 水循环系统碳素钢管抗酸性腐蚀能力差
水膜除尘器的循环水输送管采用碳素钢管, 正常运行情况下, 一般短则2~3年, 长则4~5年, 输送管就会因腐蚀、磨损等原因无法继续使用, 广丰卷烟厂水膜除尘给水系统管线采用碳素钢管, 2010年安装投入运行, 2013年起给水管道陆续出现损坏现象。
2. 沉淀池有效处理容积小
受场地限制, 灰水沉清池整体较短, 废水通过时间偏短造成其中夹带的颗粒物无法完全沉淀, 导致水膜除尘循环水一般循环10次左右, 粉尘浓度已达到700 mg/L以上, 水中粉尘处于饱和状态, 如不更换清水, 除尘效果将下降。图1为2014年3月5日对沉淀池注入清水进行10 h测试结果。
从测试数据可知, 经过3次循环 (废水完成一次循环需1h左右) 使用后, 废水粉尘含量已高于300 mg/L (国家工业废水二级排放标准) 。
3. 人工投加石灰量精确性难以控制
石灰是工业锅炉污水处理过程中重要的水处理药剂之一, 对降低水中的p H值及悬浮物具有一定的作用。在人工投加过程中, 因投加点位置和投加量多少等因素的影响, 对后续设备的处理效果会产生不良影响。
三、改造措施
1. 循环系统管道由碳素钢管更换成不锈钢管
碳素钢管、不锈钢管、HPVC管材料属性对比见表1。
从表1中可看出不锈钢管及HPVC管抗腐蚀性强, 但由于锅炉水膜除尘循环管道有外露, 如选用HPVC管容易受外力挤压损坏, 增加更换机率。因此选用耐腐蚀不锈钢管。
2. 重新设计沉淀池
重建新沉淀, 沉淀池有效容积由原来30 m3增加到98 m3 (含备用沉淀池部分容积) 。延长沉淀时间。按水膜除尘沉淀池处理量Q=20 m3/h进行重新设计, 主要设计参数见表2、表3。
为保证生产期间随时对沉淀池进行清灰作业, 新建系统采用2套沉淀池, 1备1用。可保证对其中一套沉淀清灰而不影响另一套沉淀运行。
3. 安装p H值监测仪和自动加药装置
原废水中和处理过程中, 操作工凭经验控制加药量, 改造时增加一套p H值自动加药装置, 通过该装置控制变频器改变加药泵电机的转速, 达到控制加药量的目的, 使被控对象的参数运行在最佳状态。把锅炉排污管接入循环池内, 利用锅炉排污水的碱性中和废水部分酸性。锅炉每天定期排污量约为0.24 t炉水。炉水p H值10~12, 这部分炉水可以中和一定量p H值2~4废水酸性。
四、改造效果
1. 处理后废水水质符合湿式除尘器用水标。悬浮物浓度低于300 mg/L (符合国家工业废水二级排放标准) , 见图2。
2. 处理后p H值控制在6~9。
为防止改造后循环水水质超标, 规定每1 h记录一次p H值, 每天按10 h共抽取5天p H值数据, 见图3。
3. 改造实施后, 年直接经济效益103 280元。
锅炉烟尘的黑度及SO2浓度大幅度下降, 达到了《锅炉大气污染物排放标准》 (GB 13271-2001) , 处理后废水实现零外排放。
摘要：针对锅炉湿式除尘废水处理及回收利用系统存在的水循环系统管线抗酸性腐蚀能力差、沉淀池有效处理容积小、人工投加石灰量精确性难以控制等问题, 通过重新设计沉淀池、安装p H值监测仪和自动加药装置等改造措施, 提高湿式除尘废水处理效果及利用率。
水处理膜 篇9
随着我国环保事业的发展和对污水处理的高度重视, 传统的生物处理方法已难以满足日益严格的排放要求。膜生物反应器是膜分离技术与生物处理的高效结合, 其具有占地面积小、处理效果好、剩余污泥产量低的特点, 在近年来被广泛推广, 尤其适用于小水量的污水处理和再生。1954年国外开始研究膜生物反应器技术, 这种技术从发现到发展经历了很短的时间, 随着这种技术的发展, 目前出现了很多种类的膜生物反应器。膜生物反应器作为一种新型的水处理技术, 被大众所理解和接受, 越来越多的学者将该技术进行推广和发展, 促进了膜生物反应技术在水处理领域的发展和应用。
1 膜生物反应器的原理及分类
1.1 膜生物反应器的原理
膜生物反应器主要是结合了膜处理技术和高效的生物反应器处理技术;其中, 生物反应器通过一定的条件可以使得微生物获得污水中的有用物质, 从而进行一系列的产生和生长, 经过一段时间的累积, 微生物会逐渐形成一个体系, 这个体系又叫做微生物链, 从而促进有机污染物进行科学的降解, 降解之后膜会将污染物和微生物进行分离, 达到净化水的作用。膜作为一种有机的分离材料能够增加反应器中的活性污泥浓度, 在一定程度上也能够提高污水的处理效率和出水水质, 应用膜生物反应器能够有效的降低运行能耗, 提高了产量。
1.2 膜生物反应器的分类
膜生物反应器技术的两大要素分别为生物反应器和生物膜。生物反应器的主要作用是进行污染物的降解, 而生物膜是一种并不固定的装置, 在实际的水处理中我们往往会根据水处理的具体类型而选择具有不同作用的膜, 不同的反应器和膜的组成是区分各种膜生物反应器的主要因素。目前开发出来的膜生物反应器可分为三类: (1) 膜分离生物反应器, 用于污水处理中的固液分离; (2) 膜曝气生物反应器, 用于气体传递, 通常为好氧工艺, 可实现生物反应器的无泡曝气, 可对有害物质较多的高浓度废水进行处理; (3) 萃取膜生物反应器, 用于污染物的萃取和生物降解处理。应用最为广泛的膜生物反应器是膜分离生物反应器, 这也是大众所熟知的膜生物反应器技术。膜生物反应器还会根据两种主要元素的组合方式来进行划分, 主要包括:一体式膜生物反应器、分离式膜生物反应器和隔离式膜生物反应器等。另外, 根据膜生物反应器中各种微生物需氧量的不同也可以将膜生物反应器划分为好氧膜生物反应器和厌氧膜生物反应器等。
2 膜生物反应器在水处理中的应用现状及研究热点
2.1 应用现状
通过研究我们发现, 国外的膜生物反应器技术发展速度较快, 他们已近开始实际的使用这项技术应用于污染废水的大量处理, 同时由于应用的增多技术提高较快, 国外甚至用这项技术来处理饮用水。
结合现有的应用水平我们可以发现, 国外的膜生物反应器应用已经取得了不少的成绩, 同时在不同的领域中效果也不同, 主要包括生活废水处理和工业废水处理等。20世纪70年代美国就有部分的水处理公司就开始建立工业化或者是商用的膜生物反应器, 刚开始使用时膜生物反应器的每天处理量不超过20吨。20世纪80年代法国开始进行水处理膜反应器的研究, 同时建立了著名的建筑物生活水循环系统;20世纪90年代英国开始在建筑物内安装膜生物反应器;21世纪法国利用先进的膜生物反应器技术来处理饮用水和被各种杀虫剂污染的情况较为严重的生活用水, 处理中发现这种技术能够保证优良的出水水质, 而且能够达到饮用水标准。中国在膜生物反应器方面的发展还不是很先进, 研究的资料也相对较少, 不过我们已经逐渐地认识到膜生物反应器的重要作用, 开始进行一系列的研究。目前, 国内学者已经将膜生物反应器应用于各种废水的处理, 处理对象主要包括焦化废水、炼油废水、橡胶合成废水以及印染废水等。而应用的方式主要为:利用膜生物反应器对生化处理后的出水进行深度处理, 经过膜生物处理后的出水可直接进入超滤、纳滤或反渗透处理系统后进行中水回用, 甚至可进一步经过杀菌或消毒, 制备饮用水。由此可见, 膜生物反应器技术在目前水资源越来越匮乏的情况下, 是一种极为优越和有效的废水回用技术。
2.2 研究热点
膜生物反应器目前研究的关注点集中在膜组件的材料和结构、膜污染等。膜生物反应器一般采用浸没式膜组件, 而应用最为广泛的则是浸没式中空纤维膜组件和浸没式板式膜组件。中空纤维膜组件目前主要有帘式膜组件、U型帘式膜组件、海藻式膜组件等。
制约膜生物反应器在水处理中应用的原因为目前大部分膜生物反应器均存在运行一段时间后膜通量下降的问题, 而造成该问题的原因是污水中的活性污泥、分解或半分解废水中的油脂类成分以及微生物分泌的糖类物质在膜上吸附, 在膜表面形成污染层, 从而导致膜生物反应器效果下降。对此, 目前主要采用物理清洗和化学清洗两种方式, 化学清洗的方法是通过向生物反应器内加入能够溶解膜污染物的化学药品, 但其可能会造成二次污染;物理清洗则是以机械方法从膜表面脱除污染物, 常用的为水清洗或水气清洗, 主要通过水或气体高速通过膜表面形成剪切力将沉积物冲刷下来。目前, 由于物理清洗不存在二次污染而得到广泛应用。
3 膜生物反应器在水处理中应用的发展趋势
通过研究我们发现, 膜生物反应器技术集合了膜处理技术和生物反应器的所有的优点, 能够低成本高效地进行水处理, 只需简单方便的设备条件, 在水处理中具有巨大的发展前景。在今后的发展过程中, 我们应该关注以下几方面:进行工艺的改良和优化;通过对膜材料和结构的改进提高膜分离的效果、降低运行成本;此外, 还应优化膜清洗方法, 减少化学清洗的二次污染, 研发出不造成二次污染的化学药剂, 同时改进目前广泛使用的物理清洗方法, 提高清洗效率、降低清洗水的使用量。
4 结束语
膜生物反应器技术已经实现了飞速的发展, 它具有高效、节能、环保的重要作用, 是新时代进行水处理的重要技术。我国要继续进行研究, 同时参考国外的发展模式, 进行膜生物反应器的经验借鉴, 将膜生物反应器应用于更多类型的污水的处理, 尤其是在废水回用方面, 通过技术的革新促进膜生物反应器在我国的发展, 缓解我国水资源紧缺区域的困境。
参考文献
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[2]邢传宏, 无机膜-生物反应器处理生活污水试验研究[J].环境科学, 2011, 18 (3) .
水处理膜 篇10
羟基磷灰石(HA)具有良好的骨传导性,被广泛用作骨修复材料。制备HA涂层的方法有多种,但都存在一定缺陷,如等离子喷涂工艺过程中的高温会导致HA分解、在生物体内稳定性不理想;而溶胶凝胶法等低温下制备的涂层与基体结合强度不高,容易剥离、溶解等[1,2]。利用含有Ca,P的电解质溶液对钛合金进行微弧氧化(MAO),再经水热处理可以得到原位生长的HA层[3,4],其呈多孔结构,结合强度高,结晶较完整,具有优良的生物活性和良好的临床应用前景。之前的相关研究多集中于对HA涂层物相、形貌和模拟人体环境中的耐腐蚀性能方面,而对水热处理工艺的影响报道较少[3,4,5]。本工作考察了不同pH值NaOH溶液水热处理HA/TiO2微弧氧化膜后的结构、成分及性能,优化了工艺参数,以期制得具备较好医用性能的复合膜层。
1试验
1.1 MAO陶瓷膜的制备
以TA2纯钛为基材,尺寸为50 mm×20 mm×2mm,依次用200,400,800,1 200号水砂纸打磨,再以丙酮和去离子水超声波清洗后,烘干,然后在0.06 mol/L CaC3H5(OH)2PO4,0.3 mol/L Ca(CH3COO)2的混合溶液中对其微弧氧化,电压为500 V,时间为10 min。氧化完成后经蒸馏水超声清洗后干燥备用。
1.2氧化膜的水热处理
水热处理温度对氧化膜有较大的影响,试验发现,210℃下水热处理后膜层最为均均致密。为此,利用FYX-1型高压釜,以pH=9.0～13.5的NaOH溶液对氧化膜进行210℃水热处理,保温时间4 h。在温度降低至室温后取出,用自来水冲洗,再经蒸馏水超声清洗后烘干备用。
1.3测试表征
利用D/MAX-3BX型X射线衍射仪(XRD)对微弧氧化陶瓷膜及其水热处理后的物相组成进行分析,利用S-3000N型扫描电镜(SEM)观察其微观形貌,用能谱仪(EDS)分析其化学成分。用JC2000B静滴接触角/界面张力测量仪测量水热处理试样对水的接触角。利用HXD-1000TM/LCD数字式显微硬度仪测试基材,MAO试样及其水热处理后的显微硬度(HV),加载压力为0.98 N,保压10 s。
2结果与讨论
2.1微弧氧化膜的表面形貌与成分
图1为微弧氧化陶瓷膜的微观形貌与成分。由图1a可以看出:陶瓷膜表面凹凸不平,带有类似火山口的微米级和亚微米级的孔洞,部分大孔洞中嵌套了尺寸较小的孔,这是因为在微弧氧化过程中等离子放电通道内的温度达2 000℃[6],被熔融的氧化物在气压作用下沿通道喷出并在电解质溶液环境中迅速冷却固化,形成了等离子体的通道,故氧化膜表面呈多孔结构。由图1 b可知:氧化膜中分别含40.76%Ti,35.11%Ca,24.13%P,Ca/P为1.455;陶瓷膜主要由金红石和锐钛矿型的TiO2和非晶相组成。
2.2水热处理pH值对微弧氧化膜形貌的影响
图2是微弧氧化膜在不同pH值NaOH溶液中水热处理4 h后的表面形貌。由图2可知,水热处理后氧化膜试样表面被大量棒状六边形的HA颗粒覆盖,随着pH值增加,晶粒数量逐渐增多,但长度不断减小,使整个膜逐渐细化和均匀,pH值为9.0时HA晶粒的平均长度约为1.0μm,pH值为10.5时平均长度为0.6
现了许多新峰,其中2θ=25.954°,31.773°,32.196°,32.902°处分别对应HA (002),(211),(112)和(300)的衍射峰,与HA的标准卡片(JCPDS 09-432)对应良好,随着pH值增加衍射峰逐渐尖锐,表明其结晶完整。XRD谱中无定型相的比例明显减少,说明HA是由这部分无定型相转变而来;当pH值高于7.0时,HA是磷灰石最稳定的存在状态,因而在碱性溶液加热条件下,无定型的Ca-P化合物能被合成为HA。
当NaOH溶液pH值分别为9.0,10.5,12.0和13.5时,对应的I(002)/I(300)依次为0.829,0.817,0.796,0.706,说明HA在生长过程中优先沿C轴生长,pH值升高,棒状晶粒的长度减少,端面的尺寸无明显变化,HA晶粒数目逐渐增多,说明高pH值对HA晶核的形成与生长有促进作用,这是因为pH值升高,Ca和P的过饱和度增大,降低了形核能垒。
当溶液pH值达到12.0时,基体Ti的衍射峰开始变得明显,说明TiO2氧化膜层遭到了破坏;pH值达到13.5时,TiO2及HA的衍射峰强度已经较弱,而基体的衍射峰强度则突然增大,结合SEM形貌可知,此时TiO2氧化膜已发生严重的破坏并明显剥落。综上,为提高HA形成量并避免微弧氧化膜形貌、结构受到破坏,水热处理的最佳pH值应为10.5左右。
2.4微弧氧化膜及其水热处理后的润湿性能
基体经1 200号砂纸打磨后与水接触角为46.0°,微弧氧化处理后接触角为15.8°,微弧氧化膜再经不同pH值NaOH溶液水热处理后的接触角均为0°,实现了超亲水性,这主要是由于去除了表面的碳氢污染层及表面微观结构的变化所致[7]。
2.5基材、微弧氧化膜及其水热处理后的显微硬度
图4为钛材、微弧氧化膜及其经不同pH值水热处理后的显微硬度。由图4可知:微弧氧化膜经水热处理后的显微硬度明显下降,且pH值越高下降幅度越大,当pH值为13.5时,其显微硬度已经十分接近钛材。这是因为非均匀形核和择优取向的氧化膜导致HA晶体以针状或棒状形式交错生长,形成一层松散的涂层;随着pH值增大,TiO2氧化膜逐渐发生破坏,是硬度下降的另一原因。尽管经NaOH溶液水热处理后试样表面硬度下降,但仍高于基体,对提高植入体后的耐磨性有利[8]。
3结论
对钛材表面含Ca,P的微弧氧化膜以不同pH值的NaOH溶液进行水热处理,可以在微弧氧化膜表面制备出结晶度较高的棒状HA层。随NaOH溶液的pH值升高,HA晶粒数量增多,HA晶粒长度逐渐减小,HA层逐渐细化和均匀,但pH值过高会致使微弧氧化膜破坏进而使HA层剥落。当水热处理pH值为10.5、温度为210℃时水热处理的效果最好。
参考文献
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