水處理環境工程中膜分離技術的應用

劉剛+王平麗

摘 要：伴隨科學技術的不斷進步，為降低水資源污染，提高生態環境發展水平。可將膜分離技術應用到水處理環境工程中，本文在全面了解膜分離技術應用原理的基礎上，對其在生活污水、工業廢水等方面的應用進行了分析，并通過具體工程案例進行了深入探討。

關鍵詞：水處理環境工程；膜分離技術；原理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.111

1 膜分離技術的原理

20世紀初膜分離產生，作為一項新型分離技術，膜分離技術是指通過隔膜使溶劑同溶質或微粒分離的技術，包含電滲析、擴散滲析等。膜分離技術的功能為分離、濃縮、純化及精制等。其應用原理可分為物理性質、化學物質兩種，具體如下：

（1）應用物理性質原理。物理性質是指多方面差異，如質量、體積、幾何形狀等，可按照混合物的具體物理性質，膜可具備篩子的功能，分離混合物。全部膜分離技術都是在物理功效下，篩選、分離各種粒徑的物質。（2）應用化學物質原理。是指混合物由分離膜通過的速度。可將此類速度進行兩種形式劃分。其一，通過膜表面接觸混合物，并向膜內速度進入，也就是我們所說的溶解速度；其二，擴散速度，向膜內進入以后，由膜表面向膜另一側表面擴散的速度。可通過混合物、分離材料膜的化學性質對溶解速度加以確定，且其擴散速度和物質相對分子質量之間也存有極大關聯性。

2 水處理環境工程中膜分離技術的應用

水處理環境工程中，為純化自來水、處理工業廢水、生活污水，可廣泛選用膜分離技術。本文以廢水處理應用為主進行分析。

（1）生活污水處理。上世紀90年代中期，日本即利用膜分離技術建造了39座污水處理廠，且投入運營取得了良好的效果。據相關學者研究表明，針對城市污水，可選取某種微濾膜裝置（800m?/d）進行處理。通過該裝置的應用，水質可滿足一般生活非飲用水標準。通過30天正常運作，可實現每小時13.9L/㎡、16.7 L/㎡、20.8 L/㎡。在生活污水中，該裝置能夠去除90%以上的COD，且能攔截、分離污水內的大部分懸浮固體。

（2）工業廢水處理。第一，石化廢水處理。以勝利油田含油污水試驗為例分析，可選取中空纖維超濾作為裝置。在設計環節，規模定為1.5t/h，過濾之后，0.56mg/L、0.5 mg/L分別為水內懸浮固體量及含油量。此設計與地滲透油層注水對水質的需求相符。第二，含重金屬廢水處理。處理過程中選取乳狀液膜法進行含重金屬錫廢水、含鋅廢水處理效果良好。尤其是在含鋅濃度方面，通過該處理法能夠由350 mg/L降至5 mg/L，由此可見，降低幅度大，且與國家排放標準相符。

第三，有機廢水處理。有機廢水處理過程中，醋酸質量濃度可通過乳狀液模體系進行處理。環境適宜的情況下，如廢水醋酸濃度為1000mg/L，則提取率將在96%以上。

3 案例分析

以含氰廢水處理為例，選取膜分離技術進行試驗。為去除樣品廢水內的所有聚合物顆粒，應選取超濾+反滲透的方式，處理向膜內進入未分離的廢水。

（1）超濾。選取常規過濾方式，將超濾前原水的可見機械雜質去除，且進行40℃冷卻。選取板式超濾膜組件用于試驗，7.9cm2為膜有效截面積。通過亞克力制作整個膜組件外壁，超濾膜支撐選用金屬絲網，改性聚醚砜為膜材料。12到30kpa為操作壓力，pH2—13，溫度在60℃以下。13.41g/h為超濾膜純水透過量。通過以下幾點檢驗超率效果：

第一，透過液和濃縮液的顏色、密度、粘度及COD總量；第二，比較及分析原水、透過液、濃縮液間的顏色、密度、粘度及COD總量。

試驗結果為相比濃縮液、原水COD，透過液COD較小，且粘度減小，透過液基本與無色相近，與原水顏色相比，濃縮液較深一些，此時原水內的雜質可通過超濾法去除，具有明顯效果。

（2）反滲透。超濾處理之后，以除去廢水內的丙烯腈等聚合物，廢水過濾后僅剩部分小顆粒聚合物，5到6之間為溶液pH值，0.235到0.240cp為其粘度值，40℃為其溫度，0.35%到0.50%為CN-范圍，3000到3500 mg/LCOD范圍。選取BW30-400-FR型號反滲透膜，管狀為其反滲透膜形狀，1mm為其外徑，0.2mm為膜厚度，列管式為膜組件，5cm2為膜有效截面積，每小時純水透過流量為71.2g。為確保檢驗效果，與工業實際值相比，CN-濃度應高出一些，因此試驗過程中，可將相應量的氫氰酸添加到純凈水內，進行含氰廢水CN-（0.55%）的制作。要求在2種條件下進行試驗，分別如下：第一，直接試驗；第二，含氰廢水的pH值通過NaOH溶液進行調節，要求控制在8到9pH值之間即可進行試驗。通過NaOH溶液的添加，可對原水pH值進行充分調節，將提高反滲透膜對CN-的截留率，從原有的88.9%可提升至93.8%左右，具有良好效果。

（3）膜組件排列。廢水通過一級反滲透處理之后，0.03%為總氰濃度，但該值與國家排放標準不符，基于此，應選取連續—分級式排列，通過若干個反滲透膜組件進行串聯操作。原水選用應與以上2次試驗相同，通過兩個方案進行試驗，為快速找出NaOH合理用量提供便利。具體方案為：第一，把第一級反滲透膜進水pH值直接向8到9調節；第二，確保不改變第一級反滲透膜進水pH值，只將第二級反滲透膜進水pH值調節到8到9，隨后對2個方面透過水的CN-含量進行對比、分析。

試驗過程中，測定第一、第二級濃水流量難度較大，因此，可根據各級回收率70%到75%進行操作，并對系統總回收率進行計算，公式如下：

可得出49%到56%的總回收率，與工業化原水回收率40%到50%需求相符。最終可獲取透過水的CN-濃度，即0.0041%，但其與指標要求相近，因試驗過程中極易出現一定偏差，因此不可選用第二種方式。

4 結束語

綜上所述，伴隨國民經濟發展速度的不斷提升，生態環境卻逐漸惡化，尤其是水資源污染、浪費情況極為嚴重，作為不可再生資源，水是生命之本，對地球上的所有生物而言極為珍貴。但在工業化高速發展的今天，越來越多的工業化學物料有害物質被排入、滲入水內，為更好地提升水處理環境工程質量，膜分離技術得到了廣泛應用。作為新型分離技術，膜分離技術是指通過一張具備特殊選擇性的薄膜，通過外力功能，分離、提純并濃縮混合物。通過該技術的應用，對環境保護極為有利，將帶來良好的經濟效益。

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