ISSUU - My Hawaii - Pacific Journey China (2013 Winter) by Dave Erdman
My Hawaii - Pacific Journey China (2013 Winter)
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水处理中，膜分离技术应用，应用中注意的问题...
　　1、引言
　　水是人类赖以生存的重要自然资源。全球水环境质量的严重恶化和经济的高速发展，迫切要求适合时代发展的污水资源化技术，以缓解水资源的短缺状况，水资源短缺已成为制约社会发展的瓶颈。因此，近年来各种新型、改良型的高效废水处理技术应运而生。其中，膜技术以其高效、节能、设备简单、操作方便等特点，在水处理领域中的应用越来越广泛。比如2008年，北京要实现绿色奥运的几项举措都将应用到膜技术。国外有专家把膜技术的发展称为“第三次工业革命”，作为21世纪最有前途的高新技术之一。
　　2、膜分离技术的工作原理
　　膜分离技术，是利用一张特殊制造的，有选择透过性的薄膜，在外力推动下对混合物进行分离、提纯、浓缩的一种新型分离技术，是根据混合物的物理性质的不同用过筛的方法将其分离，或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）取决于进入膜的速度和进入膜的表面扩散到膜的龙眼、另一表面的速度（扩散速度）。而溶解速度完全取决于被分离于膜材料之间化学性质的差异，扩散速度除化学性质外还与物质的分子量有关，速度越大，透过膜所需的时间越短，混合物中各组分透过膜的速度相差越大，则分离效率越高。
　　3、膜分离技术在水处理中的应用
　　3.1膜分离技术在城市污水深度处理中的应用
　　城市污水深度处理和回用开始于20世纪60年代。城市污水具有量大、集中、水质较为稳定的特点，是一种潜在的水资源。城市污水深度处理通常以污水处理厂的二级或三级排放液为水源，用反渗透（RO）对它进行最后的脱盐，脱COD、BOD以及微量有机物和重金属离子的脱除，出水水质可达到饮用水。但由于某些主观原因，目前大多不直接用作饮用水。国外常将其注入地下蓄水层或淡水水库进行自然净化（通常需存放两年），也有用作工业冷却水，锅炉用水等非饮用目的。城市缺水制约着经济的发展，把城市的二级出水进行处理后再生回用是解决水源短缺的一条途径。二级排放液在进RO装置前需进行预处理，以使进水水质符合RO装置的使用要求。预处理的好坏是RO技术应用成败的关键。现在，RO前采用MF或UF预处理的深度水处理过程已成为非直接饮用水回用工程中城市废水处理的工业标准，国内外都在积极地采用膜技术大规模地把城市污水开发为新的水资源。我国采用“微絮凝纤维过滤+膜滤”对洗浴废水进行了研究，试验表明，此具有出水稳定、占地面积小的特点。天津经济技术开发区污水处理厂引进挪威SBR序批式活性污泥法先进工艺，每天可提供10万吨二级生化处理出水作为水源，使污水深度处理后回用成为可能。我国的城市污水再生回用并不普及，膜技术在深度处理的应用相对也很少，今后我们还需在污水的再生回用和深度处理技术上进行研究。
　　3.2膜分离技术在工业废水处理中的应用
　　由于工业的发展，大量工业废水排入水体，这些工业废水，面广量大、危害深，大多含有不同浓度的化学物质，其中有些具有较高的经济价值，而有些则具有毒性，对人类环境有害。为保护环境不受污染，并回收有用物质，在工业废水排放之前必须进行净化处理，膜分离技术既能对工业废水进行有效的净化，又能回用其中的有用物质，同时还可节省能源。膜技术在处理电镀废水、造纸废水、重金属废水、含油废水和印染废水这五大类主要工业废水中都得到了广泛的应用。
　　3.3膜分离技术在饮用水处理中的应用
　　随着人们生活水平的提高，对饮用水的水质要求也越来越高，加上传统工艺中的某些弊端，如加氯杀菌会使氯与水中的某些有机物反应生成新的危害巨大的三致（致癌、致突变、致畸变）化合物。膜技术用于饮用水处理是一个重大突破。水的净化与纯化是从水中去除悬浮物、细菌、病毒、无机物、农药、有机物和溶解气体等，在这方面，膜分离技术发挥了其独特的作用。膜分离中的微滤、超滤和纳滤所组成的水处理方法，对去除水中的微米级的颗粒优于常规水处理技术中的过滤能力，而且还具有去除过滤所不具备的纳米级微粒的能力，可有效去除水中的悬浮物、细菌、病毒、无机物、农药、有机物和溶解气体等杂质。符合饮用水水质不提高的要求。
　　3.4膜分离技术在海水淡化中的应用
　　我国是水资源大国，同时也是水资源贫国。海水作为水资源的重要组成部分，有效利用是解决我国水资源危机的重要措施之一。目前用于海水淡化的膜技术主要有反渗透、电渗透（ED）和膜蒸馏（MD）等。2002年，万吨级反渗透海水淡化及其组器技术产业化示范工程被列入国家高技术产业发展计划项目。海水淡化用发渗透膜的脱盐率高达99.6%.反渗透技术的出现和发展大大降低了海水淡化的成本，现在反渗透已成为海水淡化制取饮用水最经济的手段。电渗析技术可直接将海水淡化为饮用水，但其过程对不带电荷的物质，如有机物、胶体、细菌、悬浮物等无脱除能力，并且能耗高，水回收率低。所以，由于反渗透海水淡化技术的出现，电渗析法海水淡化的比例正在逐渐降低。膜蒸馏技术具有很高的脱盐率，可达到99.7%以上，被用于小型海水淡化，对离子、胶体、大分子等不挥发组分和无法扩散透过膜的组分的截留可到100%，并且具有设备简单，操作容易，膜使用寿命长，能耗低等优点。
　　3.5膜分离技术在苦咸水脱盐中的应用
　　我国西部省区严重缺水问题在中国这个缺水国家尤为突出，苦咸水淡化是解决我国西部省区缺水的一个有效途径。目前，用于苦咸水淡化的膜技术主要有：电渗析技术、反渗透技术、纳滤技术。我国西部油田几乎都用电渗析法制取生活饮用水。电渗析不能去除水中的有机物和细菌，设备运行能耗大，这使其在苦咸水淡化工程的应用受到限制。苦咸水也可用一级反渗透装置脱盐制得饮用水。反渗透系统淡化苦咸水，其出水水质优于我国饮用水卫生标准。对含高氟、低矿化度苦咸水通过反渗透淡化，出水水质可达到我国饮用水卫生标准。反渗透法比电析法生产成本低，无污染，是苦咸水淡化最经济的方法。纳滤是一种低压反渗透技术，在较低的压力下具有较高的脱盐性能。对特定溶质，尤其是苦咸水的表征离子，具有很好的脱盐效果。对苦咸水较多的西部省区，纳滤将是制取优质饮用水的有效途径。
　　4、问题及展望
　　膜分离技术是21世纪最有发展潜力的高新技术之一，但还存在膜组件价格高与膜污染等问题。膜组件的价格高与膜污染制约了膜分离技术在废水处理中的广泛应用。虽然经过了40年的开拓与发展，目前我国的分离膜品种还很少，性能低，规格不全，且我国市场上采用的膜组器绝大部分都是从国外进口的，膜材料也都来自国外，应用的深度和广度与世界发达国家相比还有一定的距离。因此，我们必须奋起直追，加速发展我国膜工业。致力于将膜分离技术应用于更广阔的应用领域。要加强高性能膜和组器的开发，以期尽快代替进口的膜组器。若能利用天然物质或生物物质制备各种新型膜，则既经济又能消除二次污染的威胁。必须加强将膜处理技术与其它处理工艺相结合的研究，发挥各种技术的优势，形成废水处理的新工艺。可以预料，随着膜材料的改进和膜工艺的完善，在21世纪，我国膜工业和膜法水处理技术将会出现突飞猛进的发展，而应用也将会进入一个新的高潮，特别是在提高饮用水水质，海水及苦咸水淡化，工业纯水和高纯水制备，水污染控制，废水的回收再利用等方面将会得到更迅速更全面的发展。
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水处理中膜分离技术应用的研究
发布时间： 10:30:29&&中国污水处理工程网
自从1748年法国科学家Abble Nallet发现了膜分离现象，即水能自然扩散到装有酒精溶液的猪膀胱膜内，各国学者就开始了对膜的研究[1]。膜分离技术与传统的分离过程如过滤、精馏、萃取、蒸发、重结晶、脱色、吸附等相比，具有操作简便，设备紧凑，工作环境安全，节约能耗和化学试剂，无相变，无污染等特点，被认为是21世纪最有发展前途的高新技术之一，将在21世纪的工业技术改造中起决定性的作用[2]。目前，膜分离技术已广泛应用于各行各业，尤其在水处理的领域，现已遍布生活污水、工业废水(电厂废水、重金属废水、造纸工业、印染废水、石化工业废水和医药废水)、生活饮用水等方面。
二．膜分离原理及其特点
膜分离技术是在外力推动下，利用一种具有选择透过性能的特制薄膜作为选择障碍层使混合物中某些组分易透过，其他组分难透过被截留，来达到分离、提纯、浓缩作用的技术[3]，其工作原理为：一是根据混合物中组分质量、体积、大小和几何形态的不同，用过筛的方法将其分离；二是根据混合物不同化学性质进行分离，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表面扩散到膜另一表面的速度(扩散速度)，其中溶解速度完全取决于被分离物与膜材料之间化学性质。一般，膜的形态结构决定其分离机理及应用方式。根据结构的不同，膜可分为固膜和液膜，固膜又可分为对称膜(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)，液膜可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两种。
目前，常用膜分离技术可分为反渗透(RO)、超滤(UF)、微滤(MF)、纳滤(NF)、电渗析(ED)和膜接触器(MC)等。在使用过程中，膜都需制成组件形式作为膜分离装置的分离单元，工业上常用的膜组件形式有板框式、圆管式、螺旋卷式和中空纤维式。后三种皆为管状膜，差别主要是直径不同：直径大干10mm的为管式膜，直径在0．5～10mm之间的是毛细管式膜，直径小于0．5mm的为中空纤维膜。管状膜直径越小，则单位体积里的膜面积越大。废水处理中常用膜分离法如表所示[4]。
与传统分离技术相比，膜分离技术具有以下特点：①膜分离是可分离相对分子量为几千甚至几百物质的高效分离过程。②膜分离过程基本不发生“相”的变化，耗能低，能量转化率高。③膜分离过程可在常温下进行，适用于热敏性物料如果汁、酶、药物等的分离、分级和浓缩。④膜分离设备的运动部件少，结构简单，操作、控制、维修方便。⑤膜分离效率高，设备体积小，占地少，适用范围广。
三、膜分离技术在生活污水处理方面的应用
1．超滤在生活污水处理方面的应用
超滤以压力为驱动力，利用超滤膜的高精度截留性能进行固液分离或使不同分子量物质分级的膜分离技术。广泛应用于生活污水处理中的超滤膜过滤精度为0．01 m，对胶体、藻类、病毒、有机大分子等有很好的去除率。山西大唐国际云冈热电有限责任公司的生活污水处理系统[6]，就是采用生物处理+超滤的处理方案，经过长时间运行，结果证明在生活污水处理回用系统中采用超滤技术是可行的，处理后水质稳定且出水完全满足回用要求。
周李鑫、濮文虹等[7]以北京市郊某市政污水处理厂一期(氧化沟处理工艺)工程二沉池出水和二期(SBR处理工艺)工程二沉池出水为原水，分别采用絮凝一砂滤一超滤和直流一混凝一超滤的预处理工艺，结果表明，两种工艺出水的SDI,'b于2，浊度达No．04-0．1NTU，COD 去除率20%～60%，一定程度上还降低了氨氮、总磷等污染物浓度，SDI、浊度与产水量均达到了反渗透进水水质的要求。
蔡虹、金同轨[8]使用孔径为0．25 μm的中空纤维聚丙烯腈微滤膜和切割分子量为10 000的中空纤维的聚砜超滤膜对经二级生物处理后的机场污水进行处理，结果浊度去除率达到99%，有机物去除率达到55%～85%，符合生活杂用水指标要求，达到污水回用的目的。
刘静伟等[9]设计了以超滤装置为主的水处理回用流程，如洗浴水一前处理一超滤处理一后处理一回用，可有效去除洗浴水中含有的大量皮肤分泌物、合成洗涤剂、污垢和香料等物质以及水中的细菌、真菌、大肠杆菌和病毒等物质，处理水水质满足回用要求。
2．纳滤在生活污水处理方面的应用
纳滤(NF)是近20年发展起来的介于反渗透(RO)和超滤(UF)之间的新型膜分离技术，对二价或多价离子及分子量介于200～500之间的有机物有较高脱除率。由于其特殊的孔径范围和制备时的特殊处理(如复合化、荷电化)，使得纳滤膜具有较特殊的分离性能。生活污水一般用生物降解／化学氧化法结合处理，但氧化剂用量太大，残留物多[10]，若在它们之间加上纳滤环节，使可被微生物降解的小分子(Mw&100)透过，截留住不可生物降解的大分子(Mw&100)，然后大分子物质在化学氧化器处理后再进行生物降解，这样就可节约氧化剂和活性炭的用量，降低最终残留物的含量，其工艺流程见图1。
刘研萍、王琳等[11]慢用新型抗污染滤膜对主要成分为某高校家属院区化粪池上清液的生活污水进行处理，结果经纳滤中试设备过滤的处理水的水质完全达到建设部颁布的生活杂用水标准，除不能饮用外，可满足浇花、洗车、洗衣、洗浴等各种生活杂用，回用率达75%。
四、膜分离技术在工业废水处理方面的应用
随着膜分离技术的发展，其在生活污水和工业废水方面的应用越来越广泛，如循环冷却排污水、重金属废水、造纸废水、印染废水、制药废水等。
1．膜分离技术在循环冷却排污水处理方面的应用
火力发电厂一直是工业用水大户，其耗水量约占工业用水总量的20%左右。火电厂用水中循环冷却水的用量最大，因此许多火电厂把节水工作的重点放在循环冷却排污水回用上。于是，采用反渗透技术处理循环冷却水达到回用目的就显得十分重要[12]。河北某电厂共有6台发电机组，总循环冷却水量6．3万m3／h。循环水浓缩3倍左右，排污水约为900m3／h。该电厂地处北方缺水地区，淡水资源紧缺，为缓解供水矛盾，电厂投资建设了200m3/h，l1反渗透除盐水项目，以循环冷却排污水为水源，反渗透出水作为锅炉预脱盐补充水，通过泵打到煤场和输煤栈桥做喷淋水[13]，结果实现回用及综合利用目的。其工艺流程如图2示。
聂锦旭[14]用纳滤膜处理电厂冷却循环冷却排污水，经过强化微絮凝、强化过滤等预处理后，再通过纳滤膜出水，结果出水水质达到循环冷却水补充水的要求。在此基础上，以3×10m3／d规模为例，分析纳滤膜处理工艺的投资和运行费用可知，纳滤膜处理系统是一种经济、可行的循环冷却排污水处理工艺。
2．膜分离技术在重金属废水处理方面的应用
含硒的农业排放废水已在世界范围内成为一个新的污染源，如美国加利福尼亚州的San Joaquin谷，盐化污水含硒量已达到4 200mg／L。湿地环境受该废水污染，出现高比率的水鸟胚胎畸形和死亡的硒中毒现象。Kharaka等人[15]试验得出，采用纳滤技术处理加利福尼亚卅[San Joaquin谷的重污染废水，可截留95%以上的硒和90%以上的其他多价阴离子。
纳滤膜处理大量污水且所需压力低，预处理步骤少，成本低，处理含硒的农业排放废水为其他含硒废水提供了突破性的处理方法。在金属加工和电镀工业中清洗水和电镀液中常含有浓度较高的重金属离子，如铜、镉、镍、铁等，采用纳滤膜可使这些金属离子浓缩10倍，并回收90%以上的废水。利用某些金属离子在一定氯离子浓度下可形成荷电和非荷电络合物的性质，用荷电纳滤膜可将它们分离开，如镉和镍在氯化纳浓度为0．5mo1／L时，前者以电中性络合物的形式存在，而后者形成荷正电络合物，于是带正电的纳滤膜可截留镍离子，实现两种离子的分离”[16]。
3．膜分离技术在造纸废水处理方面的应用
造纸废水是造成环境污染的重要因素，膜分离技术处理制浆造纸工业废水在国外已较成熟，主要使用纳滤和超滤处理制浆废水及回收有用副产品。纳滤膜可以代替吸收和电化学方法除去深色木质素和木浆漂白过程中产生的氯化木质素，因污染物中许多有色的物质都带有负电荷，易被负电荷的纳滤膜截留，且对膜不产生污染。Pontius EW．[17]采用纳滤膜处理造纸厂的废水，得到无色、透明，不含阴离子废物的渗透水。且渗透水COD、TOC和无机物含量的去除率均可达到80%以上。De Pinho和Geraldes等采用纳滤与电渗析组合处理红麻制浆厂漂洗出水，结果阴离子几乎全部除去，NaCI量降低到60×10 -6，基本可回用于造纸工艺。
杨友强、李友明等采用SPK100超滤膜对化机浆废水进行处理，超滤浓缩液的燃烧热为15．54kJ／g，固形物含量为188．9g／L，达到了碱回收工段的要求[18]。采用能耐介质pH值为1～14的无机分离膜处理碱性造纸黑液，不必调整黑夜pH值，就可以回收其中有用组分，分离过程为纯物理过程，流程简单，易于管理和维护。利用不同孔径的膜可分别回收纤维素、胶体SiO2、木质素和还原糖，最终透过液中主要含烧碱，调整其浓度，即可回用于蒸煮制糖。
除此之外，膜分离技术还可以与生物处理工艺相结合，即膜生物反应器。膜生物反应器是将膜分离技术与生物处理工艺相结合而开发的新型系统，是近年发展较快的高效废水处理技术，在处理难降解有机物废水方面有明显的优越性。采用中空纤维膜组件和活性污泥反应器组成的分置式膜生物反应器，对造纸废水的CODcr的去除率较高，处理后的水可回用，且出水稳定性好，一般稳定度可达到85%以上。
4．膜分离技术在印染废水处理方面的应用
&染料工业生产过程中，会产生大量的高盐度(质量分数&5%)，高色度(数万倍以上)，高COD ，(高达数万mg／L)的废水，且还混有相当数量的异构体。由于该类废水的BOD 5 与CODcr的比值通常低于0．3，可生物降解性差，同时废水中所含无机盐还将进一步降低废水的生物降解性。高浓度的染料废水对环境造成严重污染，直接影响染料工业的可持续发展。
刘梅红等[19]采用纳滤技术对上海某染料厂提供的蓝色染料废水进行处理，结果表明：纳滤膜对染料的截留率和色度的去除率保持在100%左右，即使过程回收率达到80%(浓缩5倍)情况下，膜对废水中色度和CODcr的去除率仍高达99%以上。陈国华等[20]采用ATF50型纳滤膜对香港的印染废水进行处理，COD分别为14 000mg／L和5 430mg／L的两股废水经纳滤后，COD截留率分别达到95%和80%～85%，出水达到香港排放标准。
膜技术不仅可以处理印染废水也可以回收其有用成分。董波等人[21]采用聚丙烯腈超滤膜进行了涂料废稀料的回收。结果表明，用超滤法可以回收涂料稀料中的溶剂，且回收的混合溶剂组成与原稀料溶剂组成基本相同，可用于洗罐和部分涂料的掺和料。
5．膜分离技术在石油化工废水处理方面的应用
石油工业废水主要包括石油开采和炼制过程中产生的含各种无机盐和有机物的废水，其成分复杂，处理难度大，一般方法难以取得理想的处理效果。膜技术可有效处理废水及回收有用物质。含酚的石油工业废水毒性很大，必须脱除后才能排放，若采用纳滤技术，不仅酚的脱除率可达95%以上，且在较低压力下就能高效地将废水中的镍、汞等重金属高价离子脱除，其费用比反渗透等方法低得多。Ohya等[22]成功地制备出一种聚酰亚胺纳滤膜，该纳滤膜具有高通量并耐高压、高温及耐有机溶剂的特点，截留相对分子质量为170～400，能有效地分离汽油和煤油。张裕卿等[23]研制出聚砜一A1 0，复合膜超滤技术，并用该复合膜对华北油田北大站外排水砂滤后水样进行了超滤处理，原水油的质量浓度为640mg／L，处理后油质量浓度小于0．5mg／L，完全符合回注水的要求，截留率皆在99%以上，复合膜运行一定时间后，清洗后水通量恢复率较高。李发永等[24\25]在国内最早采用膜技术处理采油污水，先用外管式聚砜(Ps)超滤膜处理采油污水；然后采用磺化聚砜(SPS)平板式和外管式超滤膜再次处理含油污水，结果表明SPS膜通量随磺化度的增加而提高，且优于Ps膜，透过液基本达到国家排放标准及低渗透油田注水标准。
6．膜分离技术在其他工业废水处理方面的应用
随着医药行业的发展，制药废水越来越多，已成为工业废水中的重要部分，膜分离技术是处理该类废水的新技术。近年来，超滤法在中药制剂领域内的应用也逐渐开展。任冬伟等人 采用超滤法对生物农药新型苏云金杆菌(Bt)杀虫剂进行了工业性生产试验，结果对每釜6t发酵罐生产的料液，只须2h时即可浓缩完，细菌数由60(L／mL浓缩到150(L／mL，镜检观察细菌无伤害，且非常活跃，取得了满意的结果。张茂林等人[27]在东北制药厂采用超滤技术对传统的维生素c (Vc)生产工艺进行改造，使Vc收率提高5%，且节汽，节水，节能和减少环境污染。膜使用寿命达3年以上。除此之外，超滤和其他技术联用的处理效果更理想。刘路等[28]采用超滤与纳滤组合进行林可霉素发酵液的分离浓缩，超滤截留除去固体颗粒及蛋白质等大分子物质，起净化作用，纳滤基本截留全部的可林可霉素。
五．膜分离技术在生活饮用水处理方面的应用
膜分离技术在水的净化与纯化方面即从水中去除悬浮物、细菌、病毒、无机物、农药、有机物和溶解气体等发挥了独特的分离作用。微滤可去除悬浮物和细菌，超滤可分离大分子和病毒，纳滤可去除部分硬度、重金属和农药等有毒化合物，反渗透几乎可除去各种杂质，电渗析可除氟，电化膜过程可对水消毒及产生酸性水和碱性水，膜接触器可去除水中挥发性有害物质，因此欧、美、日等国家和地区将膜分离技术作为21世纪饮用水净化的优选技术[29]。我国反渗透应用始于20世纪70年代，90年代起在饮用水处理方面获得普及， 目前已应用于家庭饮用纯水的处理。1999年l1月18日正式投产运行的秦皇岛热电纯净水公司的饮用水制水设备采用加拿大格兰特科技有限公司GRT―WP一13K型反渗透净水设备，由前处理、反渗透、杀菌处理系统等部分组成，净水产量2t／h 。
六．结束语
半个世纪以来，膜分离完成了从实验室到大规模工业应用的转变，成为一项高效节能的新分离技术。膜分离技术在水处理方面的应用既保护环境，又回收有用物资。除上述应用外，膜分离技术在电镀废水、电泳漆废水、纤维工业废水、食品加工、医疗医药、摄影废水和放射性废水等方面也都有很多应用。但是膜技术毕竟还是一门年轻的发展中的综合性学科，膜分离技术正处于发展上升阶段，无论是理论上还是应用上都还有很多工作要做，所以还需要不断探索，不断开发新的过程，研制新的材料，将膜技术进一步发展和完善，使它在各个领域发挥更大的作用。
参考文献[1]张杰．纳滤膜分离技术的发展与工业应用[J]．化学工程师．～42．[2]程艳辉，王志红．反渗透膜分离技术中的膜污染及控制[J]．中氮肥．～16．[3]刘茉娥．膜分离技术应用手册[M]．北京：化学工业出版社，2001．[4]邵刚．膜法水处理技术及工程实例[M]．北京：化学工业出版社，2003．[5]郑领英，王学松．膜技术[M]．北京：化学工业出版社，2000．[6]彭日亮，陈泽萍．超滤技术在生活污水处理回用系统中的应用[J]．华北电力技术．―27．[7]周李鑫，濮文虹，杨昌柱，等．混凝超滤组合工艺深度处理市政污水试验[J]．工业用水与废水．)：36～38．[8]蔡虹，金同轨．超滤膜和微滤膜在生活污水回用处理中的应用研究[J]．给水排水．)：96．[9]刘静伟，王宝清．超滤法处理宾馆洗浴废水及超滤装置化的研制开发[J]．膜科学与技术．1998，l8(5)：35～37．[10]何毅，李光明，王华，等．纳滤膜分离技术在废水中的应用[J]．工业水处理．)：2～4．[11]刘研萍．王琳，王宝贞，等．一体化纳滤设备处理生活污水的中试研究[J]．水处理技术．2O05，31(1)：43～45．[12]尹连庆，关新玉．石灰软化法处理循环冷却水系统排污水[J]．工业用水与废水．)：32～35．[I3]陈颖敏，莫莉萍，苏金坡．膜技术应用于循环冷却排污水的再生回厢[J]．华东电力．)：50～53．[14]聂锦旭，肖贤明．纳滤膜在火电厂循环冷却水处理中的应用[J]．工业水处理．)：72～73．&来源：谷腾水网水处理中膜分离技术的研究与应用80
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水处理中膜分离技术的研究与应用80
膜分离技术及其在水处理中的应用与研究；陈月；（河北联合大学研究生学院，河北唐山，063009；摘要：与传统的水处理技术相比，由于膜分离技术自身；关键词：膜分离技术；水处理；应用；1引言；膜分离技术是借助膜的选择渗透作用,以外界能量或化；2发展概况；人类对于膜现象的研究源于1748年，然而认识到膜；其发展的历史大致为：20世纪30年代微孔过滤，4；3膜分离技术
　膜分离技术及其在水处理中的应用与研究陈 月（河北联合大学研究生学院，河北 唐山，063009）摘要：与传统的水处理技术相比，由于膜分离技术自身的优点，其在水处理领域得到了越来越广泛的应用。本文首先对膜分离技术的发展与基本情况作了简要概述，然后基础上着重分析了其在废水处理、海水淡化和超纯水制备中的应用。最后对膜分离技术中现存问题进行了探讨，对该技术的应用前景进行了展望。关键词：膜分离技术；水处理；应用1 引言膜分离技术是借助膜的选择渗透作用, 以外界能量或化学位差为推动力，对混合物中溶质和溶剂进行分离, 分级, 提纯和富集的方法。与传统的分离操作（如蒸发、萃取、沉淀、混凝和离子交换等）相比较，膜分离技术作为一种新的分离净化和浓缩方法，具有能耗低、效率高、工艺简单、投资小和污染轻等优点。由于其自身的优点，膜分离技术的发展相当迅速，在污水处理、食品生产、医药合成和化工生产等领域有广泛的应用。而近几十年，将膜分离技术应用到水处理领域，形成了新的水处理方法，包括微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)、电渗析(ED)和反渗透(RO)、渗透蒸发(PV)、液膜(LM)等膜分离技术，为水处理提供了新的出路和研究方向。2 发展概况人类对于膜现象的研究源于1748年，然而认识到膜的功能并用于为人类服务，却经历了200多年的漫长过程。人们对膜进行科学研究则是近几十年来的事。1950年W.Juda试制出选择透过性能的离子交换膜，奠定了电渗析的实用化基础。1960年洛布(Loeb)和索里拉简(Souriringan)首次研制成世界上具有历史意义的非对称反渗透膜，这在膜分离技术发展中是一个重要的突破，使膜分离技术进入了大规模工业化应用的时代。其发展的历史大致为：20世纪30年代微孔过滤，40年代透析；50年代电渗析；60年代反渗透；70年代超滤和液膜；80年代气体分离；90年代渗透汽化。此外以膜为基础的其它新型分离过程以及膜分离与其它分离过程结合的集成过程也日益得到重视和发展。[1]3 膜分离技术概述3.1 膜分离技术类型目前己经深入研究和开发的膜分离技术有微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析、渗透汽化和气体分离等。正在开发研究中新的膜过程有: 膜蒸馏、支撑液膜、膜萃取、膜生物反应器、控制释放膜、仿生膜以及生物膜等过程。[2]3.2 膜分离技术特点膜分离技术作为一门新型的高效分离、浓缩、提纯及净化技术, 由于其多学科性特点, 膜技术可应用于大量的分离过程。各种膜过程具有不同的机理, 适用于不同的对象和要求，但有其共同的优点。(1)膜分离技术能耗低。因为膜分离过程不发生相变化，其中以反渗透耗能最低，这对于克服国家的能源危机有相当的意义。(2)膜分离过程是在常温下进行的，因而特别适于对热敏感的物质，如对废水中有价值的重金属、化学药品、生产原料等的分离、分级、浓缩与富集过程。而用膜法处理饮用水，其出水水质只取决于膜自身的性质， 如膜孔径、 膜的选择性等，与原水水质无关。(3)膜分离技术适用的范围广，反应过程不会改变物质的属性，不需要添加剂参加反应，不会带来新的污染物和浪费其它物质，可用于多种类型的废水处理过程。(4)膜分离法分离装置简单，操作容易且易控制，便于维修且分离效率高。与常规水处理方法相比，具有占地面积小，处理效率高等特点。(5)膜分离技术设备可实现定型化，自控性强，便于管理和运行，也有利于产业化发展。[3]4 膜分离技术的应用膜分离技术已经在国民经济各个领域得到广泛的应用。尤其在一些发达国家。据统计，全世界膜和膜组件的销售额每年以14%~30%的幅度递增，并膜与光纤、超导等技术一样将成为主导未来工业的六大新技术之一。显示出这一新兴产业的广阔前景。其工业应用见表1。 表1 膜分离技术的工业应用项目化学工业水处理 应用 有机物除去或回收、污染控制、气体分离、药剂回收和再利用 海水和苦咸水淡化、超纯水制备、电厂锅炉水净化、废水处理 食品及生化工业 净化、浓缩、消毒、代替蒸馏、副产品回收金属工业 金属回收、污染控制、富氧燃烧纺织及制革工业 余热回收、药剂回收、污染控制造纸工业医药工业国防工业 代替蒸馏、污染控制、纤维及药剂回收 人造器官、控释释放、血液分离、消毒 舰艇淡水供应、战地污染水源净化、野战供水目前，环境问题日趋严重，其中较为突出的是废水的处理。尽管废水治理达标排放的方法很多。但不容置疑，膜技术应用是最为常用的一种。我国水资源很贫乏，不少城市都存在用水严重紧张的问题，同时随着人民生活水平的提高，对水质也提出更高的要求，希望能够饮用到更优质的水。此外。海水的淡化处理和高纯水的生产，这些都是社会发展的需要，以上问题都可以通过膜分离技术来解决。4.1 废水处理废水处理一直是我国乃至世界在环保方面一直关注和亟待解决的问题，而利用膜技术处理废水，既能得到可达标的水源，又能有效地利用废水中的有价成分。4.1.1 重金属废水的处理金属加工废水中含有浓度相当高的镍、铁和锌等重金属离子。采用纳滤技术，不仅可以使90％以上的废水纯化，而且可同时使重金属离子含量浓缩10倍，浓缩后的重金属具有回收利用的价值[4]。纳滤膜处理重金属废水具有操作压力低、水通量大等优势，因而在废水处理领域得到逐步的应用。但是由于目前我国的纳滤膜大部分还依赖于进口，限制了其大批量应用。随着我国材料科学、分析检测手段和制备工艺等的发展和改进，当一些关键技术得到很好的解决后，我国的纳滤膜分离技术将在废水处理中发挥更大的作用。4.1.2 印染废水的处理纺织印染业工艺过程中会产生大量高盐度 (&5％)、高色度(数万至十几万)、高化学需氧量(CODcr数万至十几万)、可生化性差的废水[5]，经过超滤只能部分去除色度、不能被去除小分子有机染料。所以超滤处理后还不能循环使用，不过经过超滤后的渗透液可以达标排放。但如果再通过纳滤处理就可以使废水达到回用标准，纳滤处理后，水在硬度、有机物浓度和色度等可以接近地下水的水平[6]。4.1.3 含油废水的处理在钢铁工业的压延、金属切削、研磨以及石油炼制及管道运输等产业经常产生含油废水，其特点是数量大，杂质多。处理含油废水的目的主要是除油同时去除COD及BOD。对含油废水的膜处理主要是采用不同材质的超滤膜和微滤膜进行。唐燕辉等设计、组装的膜处理装置，考察了多种制膜方法，实验表明用加压制膜法制备的超滤膜(A4膜)，分离机械加工排放的含油污水时，可以使COD及BOD从728．64 mg/L降至87．8mg/L，含油质量浓度从5000 mg/L降至2．5 mg/L，脱除率分别达到87.95%和99．95%，分离后排水已达到国家规定的排放标准[7]。4.2 海水淡化海水淡化主要是去除海水中所含的无机盐，通过一系列的过程转变为低盐度的淡水。利用海水淡化技术从海水中制取淡水。缓解目趋严重的世界性水危机，不仅已在全球科技界形成共识，成为人们取得淡水的一种重要手段。也已成为各临海国家的政府主张与开发新水源的对策。我国研究海水淡化技术起步较早，也是世界上少数几个掌握海水淡化等资源利用先进技术的国家之一。海水淡化使用最多的是反渗透技术，而反渗透技术也是海水淡化最经济的一种方法。反渗透分离法是一种广谱脱除法，在淡化过程中不仅把海水中大部分的盐截留在浓缩海水中，而且也把水中大部分的致畸致癌致突变的有机物和氯气消毒过程产物的卤代烃、病毒、细菌等均截留下来，淡化水中也无农药、除草剂、洗涤剂等。因而淡化水水质非常优良，由于一般的自来水水质[8]。黄英[9]等人报道了用反渗透法将海水和苦咸水淡化的技术，通过该方法，使反渗透系统回收率达75%。将NaCl含量从13000mg/L左右的苦咸水脱盐至500 mg/L。淡水质量符合国家标准。4.3 超纯水制备超纯水在电子工业主要是用于电子元器件的生产，其品质已成为影响电子元器件产品质量、生产成品率及生产成本的重要因素之一。膜技术，特别是反渗透技术技术在纯水、超纯水系统的应用成功，大大地改进了以往单一离子交换纯水系统的复杂性，降低了制造成本，水质更纯更稳定，节省酸碱95%以上，环境污染得到极大改善。国家海洋局二所与中科院上海冶金研究所合作开发的采用反渗透技术制各超纯水刚。使超纯水水质由7×106~7×107Ω?cm提高到1.5×106~1.7×107Ω?cm达到了国家ASTM―EM级水质标准。电去离子 (Eleetrodeionization，简称EDI)技术是国际上20世纪90年代才逐步成熟的纯水生产技术，是一项纯水生产领域具有革命性的技术突破。王冬云[10]等人在制备高纯水过程中通过EDI的实验研究，表明提高EDI膜堆的操作电流可以得到高质量的纯水。EDI膜堆进水电导率越低，产水水质越好。5 有待研究问题探讨在用膜技术处理水的应用过程中．产生膜的污染是在所难免的，产生膜的污染的原因很多。膜污染原因比较复杂。但究其主要原因是浓差极化和膜污染。浓差极化是膜表面局部浓度增加引起边界层流体阻力增加，导致传质推动力下降的现象，而膜污染是指料液中的微粒、胶体粒子或溶质分子由于与膜之间存在物理化学作用而在膜表面及膜孔中沉积。使膜孔堵塞或变小，膜阻增大，膜的渗透速率下降的现象闭。多年来，国内外在膜污染的理论研究和应用实践的基础上，积累了不少行之有效的经验和方法。主要有以下几种方法。5.1 改变膜材料质量及其表面性能研究发现膜的亲水性越好，膜污染越轻。因此选择亲水性强膜组件可以减轻膜污染。5.2 减小水中盐浓度水中溶解度小的金属氢氧化物或盐会直接在膜表面沉积，引起膜污染；生由铁锰等引起的污染，用HCl等酸性药剂进行清洗，可使膜通量得到较好的恢复效果。包含各类专业文献、行业资料、应用写作文书、外语学习资料、中学教育、生活休闲娱乐、文学作品欣赏、幼儿教育、小学教育、水处理中膜分离技术的研究与应用80等内容。　
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