膜分离技术在水处理中的应用及存在的问题

膜分离技术在水处理中的应用

班级：环境工程10-1

姓名：王艳琪

学号：10036128

日期：2012/12/25

膜分离技术在水处理中的应用

摘要：本文介绍了膜分离技术的定义、分类、特点，综述了超滤、反渗透的原理及其工业应用，提出了膜分离发展过程中需要克服的一些问题

关键词：膜分离、超滤、反渗透。

引言

膜分离技术是在20世纪初出现，20世纪60 年代迅速崛起的一门分离新技术，膜分离技术作为新的分离净化和浓缩方法，与传统分离操作( 如蒸发、吸附、萃取、深冷分离等) 相比较，过程不发生相变，可以在常温下操作，具有能耗低、效率高、工艺简单等特点，受到世界各技术先进国家的高度重视，我国投入大量资金和人力，促进膜技术迅速发展，使用范围日益扩大，广泛应用于纯水生产、海水淡化、苦咸水淡化、锅炉脱盐水、含油废水等处理过程，给人类带来了巨大的环境和经济效益。本文中笔者将主要介绍膜分离技术在环境工程污水处理方面的几项应用做简单说明。

1、膜分离过程的定义及基本特征

膜分离是以具有选择性透过功能的薄膜作为分离介质，通过在膜两侧施加一种或多种推动力，使原料总的某些组分选择性的优先透过膜，从而达到混合物的分离和产物的提取、浓缩、纯化等目的。

膜分离过程有多种，不同的分离过程所采用的膜及施加的推动力不同。表1【1】列出了集中工业应用膜过程的基本特征及适用范围。

表1.几种工业化膜过程的基本特征

过程膜类型推动力传递机理透过物截留物

微滤（0.05-10μm）均相膜、非对称

膜

压力差筛分

水、溶

剂溶解

物

悬浮物

微粒、细

菌

超滤

（0.001-0.05μm）非对称膜、复合

膜

压力差微孔筛分

溶剂、

离子及

小分子

生物大

分子

反渗透

（0.0001-0.0 01μm）非对称膜、复合

膜

压力差

优先吸附、毛细

孔流动

水、溶

剂溶解

物

溶剂、溶

质大分

子、离子

渗析非对称膜、离子

交换膜

浓度差扩散

低相对

分子质

量溶

质、离

子

相对分

子质量

＞1000

电渗析离子交换膜电位差反离子迁移离子同离子、水分子

膜电解离子交换膜电位差、

电化学反

应

电解质离子选

择传递、电极反

应

电解质

离子

非电解

质离子

气体分离均相膜、复合

膜、非对称膜

压力差、

浓度差

筛分、溶解-扩

散

气体

难渗气

体

渗透汽化均相膜、复合

膜、非对称膜

压力差溶解-扩散蒸汽

难渗液

体

与传统分离技术相比，膜分离技术具有以下特点：

（1）膜分离过程不发生相变，与其他方法相比能耗较低，能量转化效率高；

（2）膜分离可以在常温下进行，特别适于对热敏感物质的分离；

（3）通常不需要投加其他物质，可节省化学药剂，并有利于不改变分离物质原有的属性；

（4）在膜分离过程中，分离和浓缩同时进行，有利于回收有价值的物质；

膜分离装置简单，可实现连续分离，适应性强，操作容易且比较易于实现自动控制。【2】

2、膜分离技术在水处理方面的主要应用

下面以超滤和反渗透为例介绍膜分离技术在水处理方面的应用：

2.1超滤

超滤是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程，超滤过程通常可以理解成与膜孔径大小相关的筛分过程, 以膜两侧的压力差为驱动力, 以超滤膜为过滤介质, 在一定的压力下, 当水流过膜表面时, 只允许水、无机盐及小分子物质透过膜, 而阻止水中的悬浮物、胶体、蛋白质和微生物等大分子物质通过，是目前保障饮用水微生物安全性的最有效的技术，故该技术常用于饮用水的净化；【3】在采用双膜法进行海水淡化和苦咸水淡化方面，超滤膜常作为反渗透的预处理系统，最终的出水水质优于饮用水标准；在分离前进行絮凝和常规过滤等预处理后可采用超滤的方法对造纸废水进行处理，膜分离法几乎适用于处理所有的制浆造纸废水，特别对于漂白废水的毒性、色度和悬浮物的去除有明显的效果；对于在工业废水中占有相当大比例的重金属废水，利用超滤不仅可以使废水达标排放，而且还可以回收有用物质；对于高浓度有机废水的处理，超滤膜技术发挥着越来越重要的作用，已在焦化废水、制药废水、制糖废水、含酚废水、乳化液废水、啤酒废水、味精废水等领域得到了广泛应用【4】。

超滤膜的研究重点今后应集中在如下方面: 开发以超滤为核心的组合水处理工艺, 研究更加经济、有效、可行的多种膜法组合技术, 优化工艺参数, 推广其在实际工程中的应用; 研究膜改性技术, 努力提高通用膜的综合性能, 提高膜的通量、强度、耐污染能力、使用寿命等, 采用不同工艺开发高截留性能的膜,

并研究耐热、耐溶剂、耐酸碱和抗污染的膜品种; 进一步改进现有膜组件制备工艺, 发展组件和系统配置技术, 严格制备和检测工艺标准,生产高质量产品并使之规模化; 加强膜污染和膜清洗的研究和实际应用推广。

2.2反渗透

反渗透是用足够的压力使溶液中的溶剂(一般常指水）通过反渗透膜(一种半透膜) 而分离出来，是依靠渗透膜在压力下使溶液中的溶剂与溶质进行分离的过程，【5】现如今则依赖其筛分原理广泛应用于各种液体分离系统，该技术是一种高效节能技术，依靠压力推动将水和离子分离, 从而达到纯化和浓缩的目的。该过程无相变, 一般不需加热, 能耗低, 具有运行成本低, 无污染, 操作方便运行可靠, 产水水质高等诸多优点。首先反渗透系统脱盐率高, 单支膜脱盐率高达99%, 系统脱盐率达98% 以上; 反渗透系统和离子交换系统相比, 反渗透系统节约90% ~ 95% 以上的酸, 且其本身不消耗碱, 大大节约了酸碱的开支; 反渗透系统节约大量酸碱, 这有利于减轻废酸、废碱对城市地下水水源的污染, 环保效益相当明显;反渗透系统适用水源范围宽,：反渗透技术的开发起初是为了使海水淡化，同时也是海水淡化最经济的一种方法，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海水中大部分致畸致癌致突变的有机物质如氯气消毒过程产物的卤代烷、病毒、细菌等均截留下来，【6】因而淡化水质十分优良。现在，反渗透技术还广泛应用于饮用纯净水的制取，矿泉水的净化，饮料用水药厂用水的制备等。

反渗透分离技术在水处理中的应用是近几十年发展起来的新技术，它的应用已经产生了明显的经济效益、社会效益和环境效益，其应用将越来越广，作用也将越来越大。

总结

膜分离技术作为一种新型的水处理方法，在技术进步、产品结构调整、节省能源及污染防治方面日益显示出其强大的生命力和竞争能力。但目前膜分离技术的发展仍受到几个方面的制约：膜产品的价格；膜污染；膜分离性能的提高等。如果这几个方面的问题可以很好的得以解决，膜分离技术将会在水处理方面有更