水处理中膜分离技术应用的研究

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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，&#39b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。
        在水处理中膜分离技术具有节能、投资少、操作简便、处理效率高等优点,应用非常广泛。膜材料是膜分离技术的核心,为了更好地发挥膜分离技术的优势,开发新型的膜材料及对现有的膜材料进行改性非常必要。随着更多新型膜材料的开发和更多膜改性方法的推出,必然使膜分离技术不断地得以完善,更好地在水处理领域发挥作用。来源：中国水业工程网