膜分離技術在水處理中的應用
1、引言
水是人類賴以生存的重要自然資源。全球水環境質量的嚴重惡化和經濟的高速發展, 迫切要求適合時代發展的污水資源化技術, 以緩解水資源的短缺狀況, 水資源短缺已成為制約社會發展的瓶頸。因此, 近年來各種新型、改良型的高效廢水處理技術應運而生。其中, 膜技術以其高效、節能、設備簡單、操作方便等特點, 在水處理領域中的應用越來越廣泛。比如2008 年, 北京要實現綠色奧運的幾項舉措都將應用到膜技術。國外有專家把膜技術的發展稱為“第三次工業革命”, 作為21 世紀最有前途的高新技術之一。
2、膜分離技術的工作原理
膜分離技術, 是利用一張特殊制造的, 有選擇透過性的薄膜, 在外力推動下對混合物進行分離、提純、濃縮的一種新型分離技術, 是根據混合物的物理性質的不同用過篩的方法將其分離, 或根據混合物的不同化學性質分離開物質。物質通過分離膜的速度(溶解速度) 取決于進入膜的速度和進入膜的表面擴散到膜的龍眼、另一表面的速度(擴散速度)。而溶解速度完全取決于被分離于膜材料之間化學性質的差異, 擴散速度除化學性質外還與物質的分子量有關, 速度越大, 透過膜所需的時間越短, 混合物中各組分透過膜的速度相差越大, 則分離效率越高。
3、膜分離技術在水處理中的應用
3. 1 膜分離技術在城市污水深度處理中的應用
城市污水深度處理和回用開始于20 世紀60 年代。城市污水具有量大、集中、水質較為穩定的特點, 是一種潛在的水資源。城市污水深度處理通常以污水處理廠的二級或三級排放液為水源, 用反滲透(RO ) 對它進行最后的脫鹽, 脫COD、BOD 以及微量有機物和重金屬離子的脫除, 出水水質可達到飲用水標準。但由于某些主觀原因, 目前大多不直接用作飲用水。國外常將其注入地下蓄水層或淡水水庫進行自然凈化(通常需存放兩年) , 也有用作工業冷卻水, 鍋爐用水等非飲用目的。城市缺水制約著經濟的發展, 把城市的二級出水進行處理后再生回用是解決水源短缺的一條途徑。二級排放液在進RO 裝置前需進行預處理, 以使進水水質符合RO 裝置的使用要求。預處理的好壞是RO 技術應用成敗的關鍵。現在, RO 前采用M F 或U F 預處理的深度水處理過程已成為非直接飲用水回用工程中城市廢水處理的工業標準, 國內外都在積極地采用膜技術大規模地把城市污水開發為新的水資源。我國采用“微絮凝纖維過濾+ 膜濾”對洗浴廢水進行了研究, 試驗表明, 此工藝具有出水穩定、占地面積小的特點。天津經濟技術開發區污水處理廠引進挪威SBR 序批式活性污泥法先進工藝, 每天可提供10 萬噸二級生化處理出水作為水源, 使污水深度處理后回用成為可能。我國的城市污水再生回用并不普及, 膜技術在深度處理的應用相對也很少, 今后我們還需在污水的再生回用和深度處理技術上進行研究。
3. 2 膜分離技術在工業廢水處理中的應用
由于工業的發展, 大量工業廢水排入水體, 這些工業廢水,面廣量大、危害深, 大多含有不同濃度的化學物質, 其中有些具有較高的經濟價值, 而有些則具有毒性, 對人類環境有害。為保護環境不受污染, 并回收有用物質, 在工業廢水排放之前必須進行凈化處理, 膜分離技術既能對工業廢水進行有效的凈化, 又能回用其中的有用物質, 同時還可節省能源。膜技術在處理電鍍廢水、造紙廢水、重金屬廢水、含油廢水和印染廢水這五大類主要工業廢水中都得到了廣泛的應用。
3. 3 膜分離技術在飲用水處理中的應用
隨著人們生活水平的提高, 對飲用水的水質要求也越來越高, 加上傳統工藝中的某些弊端, 如加氯殺菌會使氯與水中的某些有機物反應生成新的危害巨大的三致(致癌、致突變、致畸變)化合物。膜技術用于飲用水處理是一個重大突破。水的凈化與純化是從水中去除懸浮物、細菌、病毒、無機物、農藥、有機物和溶解氣體等, 在這方面, 膜分離技術發揮了其獨特的作用。膜分離中的微濾、超濾和納濾所組成的水處理方法, 對去除水中的微米級的顆粒優于常規水處理技術中的過濾能力, 而且還具有去除過濾所不具備的納米級微粒的能力, 可有效去除水中的懸浮物、細菌、病毒、無機物、農藥、有機物和溶解氣體等雜質。符合飲用水水質不提高的要求。
3. 4 膜分離技術在海水淡化中的應用
我國是水資源大國, 同時也是水資源貧國。海水作為水資源的重要組成部分, 有效利用是解決我國水資源危機的重要措施之一。目前用于海水淡化的膜技術主要有反滲透、電滲透(ED) 和膜蒸餾(MD) 等。2002 年, 萬噸級反滲透海水淡化及其組器技術產業化示范工程被列入國家高技術產業發展計劃項目。海水淡化用發滲透膜的脫鹽率高達99. 6%。反滲透技術的出現和發展大大降低了海水淡化的成本, 現在反滲透已成為海水淡化制取飲用水最經濟的手段。電滲析技術可直接將海水淡化為飲用水, 但其過程對不帶電荷的物質, 如有機物、膠體、細菌、懸浮物等無脫除能力, 并且能耗高, 水回收率低。所以, 由于反滲透海水淡化技術的出現, 電滲析法海水淡化的比例正在逐漸降低。膜蒸餾技術具有很高的脫鹽率, 可達到99. 7%以上, 被用于小型海水淡化, 對離子、膠體、大分子等不揮發組分和無法擴散透過膜的組分的截留可到100% , 并且具有設備簡單, 操作容易, 膜使用壽命長, 能耗低等優點。
3. 5 膜分離技術在苦咸水脫鹽中的應用
我國西部省區嚴重缺水問題在中國這個缺水國家尤為突出, 苦咸水淡化是解決我國西部省區缺水的一個有效途徑。目前, 用于苦咸水淡化的膜技術主要有: 電滲析技術、反滲透技術、納濾技術。我國西部油田幾乎都用電滲析法制取生活飲用水。電滲析不能去除水中的有機物和細菌, 設備運行能耗大, 這使其在苦咸水淡化工程的應用受到限制。苦咸水也可用一級反滲透裝置脫鹽制得飲用水。反滲透系統淡化苦咸水, 其出水水質優于我國飲用水衛生標準。對含高氟、低礦化度苦咸水通過反滲透淡化, 出水水質可達到我國飲用水衛生標準。反滲透法比電析法生產成本低, 無污染, 是苦咸水淡化最經濟的方法。納濾是一種低壓反滲透技術, 在較低的壓力下具有較高的脫鹽性能。對特定溶質, 尤其是苦咸水的表征離子, 具有很好的脫鹽效果。對苦咸水較多的西部省區, 納濾將是制取優質飲用水的有效途徑。
4、問題及展望
膜分離技術是21 世紀最有發展潛力的高新技術之一, 但還存在膜組件價格高與膜污染等問題。膜組件的價格高與膜污染制約了膜分離技術在廢水處理中的廣泛應用。雖然經過了40 年的開拓與發展, 目前我國的分離膜品種還很少, 性能低, 規格不全, 且我國市場上采用的膜組器絕大部分都是從國外進口的, 膜材料也都來自國外, 應用的深度和廣度與世界發達國家相比還有一定的距離。因此, 我們必須奮起直追, 加速發展我國膜工業。致力于將膜分離技術應用于更廣闊的應用領域。要加強高性能膜和組器的開發, 以期盡快代替進口的膜組器。若能利用天然物質或生物物質制備各種新型膜, 則既經濟又能消除二次污染的威脅。必須加強將膜處理技術與其它處理工藝相結合的研究, 發揮各種技術的優勢, 形成廢水處理的新工藝。可以預料, 隨著膜材料的改進和膜工藝的完善, 在21 世紀, 我國膜工業和膜法水處理技術將會出現突飛猛進的發展, 而應用也將會進入一個新的高潮, 特別是在提高飲用水水質, 海水及苦咸水淡化, 工業純水和高純水制備, 水污染控制, 廢水的回收再利用等方面將會得到更迅速更全面的發展。
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