水處理環(huán)境工程中膜分離技術(shù)的應(yīng)用

梁文博 孫憲寶

（1、沈陽百傲化學(xué)有限公司，遼寧 沈陽110000 2、沈陽欣北飛凈化設(shè)備有限公司，遼寧 沈陽110000）

1 概述

水屬于不可再生資源，人類及其它自然生物都不能缺少水。但近年來隨著不斷研究出現(xiàn)的新型工業(yè)化技術(shù)，化學(xué)物料在工業(yè)化生產(chǎn)過程中逐漸增多了混合物種類，對分離技術(shù)不斷提高了要求。膜分離技術(shù)主要是在環(huán)境工程處理中采用選擇性能較為特殊的薄膜，利用外力作用對混合物分離、提純及濃縮等環(huán)節(jié)的一種新型分離技術(shù)。該技術(shù)對膜具有較高要求，膜的選擇性能應(yīng)較為突出，才能確保不同物質(zhì)通過性的篩選。近年來，在實(shí)際應(yīng)用中主要采用的膜都是具有液相和氣相的固體。我過對該技術(shù)的重視程度不斷提高，日益擴(kuò)大其使用范圍，不僅在淡化海水與生產(chǎn)純水中應(yīng)用，還在淡化苦咸水、鍋爐脫鹽水及含油廢水等各方面應(yīng)用，不只是提高經(jīng)濟(jì)效益，在一定程度上也能達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目標(biāo)。

2 膜分離技術(shù)應(yīng)用的基本原理

2.1 物理性質(zhì)應(yīng)用的基本原理

主要是在幾何形狀、質(zhì)量及體積等表現(xiàn)出的不同之處，膜與不同混合物相結(jié)合表現(xiàn)出的物理性質(zhì)具有一定的特異性，主要用于對混合物的分離。

2.2 化學(xué)物質(zhì)應(yīng)用的基本原理

主要是在分離膜中混合物的通過速度，通常情況下速度可分為兩種，一是經(jīng)由膜表面接觸混合物并通過一定方式進(jìn)入膜內(nèi)而被稱為溶解速度；二是進(jìn)入到膜內(nèi)后，由膜表面逐漸擴(kuò)散到膜另外面的速度。混合物及用于分離的材料膜化學(xué)性質(zhì)對于溶解速度具有決定性作用，而擴(kuò)散速度不只是由混合物及用于分離的材料膜化學(xué)性質(zhì)所決定，與物質(zhì)的相對分子質(zhì)量之間存在較為密切的關(guān)系。

3 膜分離技術(shù)的主要類型

較常用的膜分離技術(shù)有以下幾種主要類型:

3.1 微濾分離技術(shù)

微濾分離技術(shù)是較為高級的過濾技術(shù)之一，分離過程的實(shí)現(xiàn)主要基于篩分原理中對膜之間存在的壓力差而產(chǎn)生的助推力。針對普通過濾技術(shù)中不會產(chǎn)生變化的有關(guān)技術(shù)原理，應(yīng)用微粒較小的進(jìn)行過濾，與普通過濾技術(shù)相比表現(xiàn)出更高的技術(shù)水平。

3.2 超濾分離技術(shù)

該技術(shù)在膠體及蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)分離中應(yīng)用廣泛，對于取出廢水中的膠體及雜質(zhì)等方面的作用也較為重要，能夠替代活性炭及多介質(zhì)過濾器。

3.3 反滲透分離技術(shù)

反滲透分離技術(shù)是一種比較重要的膜分離技術(shù)，主要是在高壓條件下，能夠?qū)⒉糠旨?xì)菌、病毒或鈣、鋅離子等及時(shí)阻止，而水分子卻能夠通過，可有效提高純水的質(zhì)量。

3.4 納濾分離技術(shù)

該技術(shù)比較先進(jìn)，屬于分子級，一般進(jìn)行溶解組分應(yīng)處于1納米左右。

3.5 電滲析分離技術(shù)

該技術(shù)是利用電能實(shí)現(xiàn)膜分離的技術(shù)之一，主要利用直流電助推力將陰、陽離子從膜中透過，進(jìn)而對水中的陰、陽離子進(jìn)行選擇，有效利用膜產(chǎn)生對兩種水體的相互轉(zhuǎn)移作用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)分離物質(zhì)的過程。在溶液中主要是利用離子交換膜具有的選擇透過性將電解質(zhì)進(jìn)行分離，實(shí)現(xiàn)對溶液的濃縮、淡化及提純等不同要求。

3.6 動(dòng)態(tài)膜

該技術(shù)主體就是動(dòng)態(tài)膜分離層，不只是與動(dòng)態(tài)膜載體具有依附關(guān)系，濾餅層或污泥層也具有分離功能。動(dòng)態(tài)膜分離技術(shù)目前還需要針對污水處理等方面開展比較深入的研究工作，才能不斷提高該技術(shù)的研究水平。

4 水處理環(huán)境工程中膜分離技術(shù)的應(yīng)用

在水處理中應(yīng)用膜分離技術(shù)取得了一定成效，不僅能夠用于給水處理，還可用于污水處理，為環(huán)境工程造福。以下針對廢水處理中膜分離技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析。

4.1 處理工業(yè)廢水

在處理石化廢水方面，有關(guān)研究結(jié)果顯示，采用中空纖維超濾裝置對油田含油污水處理開展有關(guān)實(shí)驗(yàn)研究工作，在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)定每小時(shí)處理1.5 噸的規(guī)模，水中懸浮固體及含油量在過濾后分別達(dá)到0.55 毫克/升和0.49 毫克/升，該設(shè)計(jì)使?jié)B透油層注水可符合對水質(zhì)的有關(guān)要求，石化企業(yè)應(yīng)用超濾工藝對污水進(jìn)行重復(fù)利用。

在對含重金屬廢水進(jìn)行處理過程中，有關(guān)研究結(jié)果顯示，對含重金屬錫廢水采用乳狀液膜法進(jìn)行處理，效果較為明顯。國外企業(yè)也應(yīng)用該方法處理粘膠纖維廠生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含鋅廢水，明顯降低了廢水中的含鋅濃度，由351 毫克/升降至5.2毫克/升。我國在較低的料液酸度情況下，也采用與此類似的裝置處理鋅的質(zhì)量濃度，經(jīng)過處理后，降低了含鋅質(zhì)量濃度不足5.0 毫克/升，與國家排放標(biāo)準(zhǔn)完全相符。該處理方法不只是提高了經(jīng)濟(jì)效益，對于環(huán)境工程建設(shè)也具有十分重要的作用。在處理造紙廢水方面，有關(guān)研究人員采用乳狀液膜法處理造紙黑水實(shí)現(xiàn)了預(yù)期效果。還有一些研究人員對造紙廢水的處理應(yīng)用微濾預(yù)結(jié)合納濾膜的處理方法，應(yīng)用效果相對較為顯著。在對廢水中存在的溶解性有機(jī)物采取相應(yīng)處理的方法，應(yīng)在處理前適當(dāng)添加將絮凝，微濾分離無法完全去除溶解性有機(jī)物，絮凝可在一定程度上降低化學(xué)需氧量，使膜在一定程度上增大了硬度，將水中離子能夠盡可能予以除去。在對有機(jī)廢水進(jìn)行處理的過程中，有關(guān)研究人員在處理有機(jī)廢水過程中，對醋酸質(zhì)量濃度的處理采用乳狀液膜體系，在環(huán)境條件適宜的情況下進(jìn)行操作，提取1000 毫克/升醋酸濃度廢水可達(dá)到不低于95%的提取率。在處理其它廢水方面，有關(guān)研究機(jī)構(gòu)針對高溶度廢水研制完成的從中將資源進(jìn)行回收的一種液膜分離工藝，采用液膜分離工藝從農(nóng)藥廢水中將含酚及氰廢水中的氰化物進(jìn)行有效回收。另外，還可應(yīng)用該工藝對燃料廢水進(jìn)行相應(yīng)處理，也取得了較為理想的效果。

4.2 生活污水處理

發(fā)達(dá)國家早在二十紀(jì)九十年代中期就應(yīng)用膜分離技術(shù)建設(shè)了幾十家污水處理廠開展生活污水處理工作，此外還將MBR應(yīng)用于百余座高樓的中水管道中對處理后的污水進(jìn)行回收，使系統(tǒng)出水量都基本符合處理標(biāo)準(zhǔn)的具體要求，提高環(huán)境保護(hù)工作成效。一些研究人員在處理城市污水中采用每日800 立方米處理規(guī)模的某種微濾膜裝置，通過有關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，水質(zhì)與一般生活非飲用水標(biāo)準(zhǔn)基本一致。基于此情況可保持一個(gè)月時(shí)間的運(yùn)行正常，依次達(dá)到13.8、16.6 及20.7 升/(平方米·小時(shí))。在生活污水中該裝置可將化學(xué)需氧量去除超過90%，化學(xué)需氧量20-30 毫克/升的出水中，絕大部分懸浮固體在污水中都能被截留及分離。

5 結(jié)論

綜上所述，屬于新技術(shù)的膜分離技術(shù)，相對于傳統(tǒng)分離而言，過程不存在變化，還采用蒸發(fā)、深冷分離等一些方法。在常溫下這些技術(shù)操作也能夠正常實(shí)施，優(yōu)勢主要體現(xiàn)在設(shè)備不復(fù)雜、運(yùn)行費(fèi)用相對較為低廉等優(yōu)勢，不只使能耗得到降低，還可使效率顯著提升。目前，水資源開發(fā)是水處理發(fā)展的一個(gè)重要趨勢，對廢水采用有效技術(shù)進(jìn)行回收在一定程度上緩解了水資源的壓力，對環(huán)境也實(shí)現(xiàn)了有效保護(hù)。工業(yè)化技術(shù)近年來得到迅速發(fā)展，化學(xué)物料在工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的混合物種類不斷增多，在一定程度上對分離技術(shù)的要求逐漸提高。膜分離技術(shù)如果在環(huán)境處理中得到重視，將在水處理領(lǐng)域中日益得到廣泛應(yīng)用。膜材料隨著日益改進(jìn)的性能，技術(shù)水平將明顯提高，可有效替代水處理過程中采用的常規(guī)處理工藝，在供水及污水處理等環(huán)節(jié)將逐漸體現(xiàn)出日益重要的作用。