膜分離技術(shù)在水處理中的應(yīng)用
行業(yè)動(dòng)態(tài)
1 引言
水是人類賴以生存的重要自然資源。全球水環(huán)境質(zhì)量的嚴(yán)重惡化和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，迫切要求適合時(shí)代發(fā)展的污水資源化技術(shù)，以緩解水資源的短缺狀況，水資源短缺已成為制約社會(huì)發(fā)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(shù)應(yīng)運(yùn)而生。其中，膜技術(shù)以其高效、節(jié)能、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便等特點(diǎn)，在水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛。比如2008年，北京要實(shí)現(xiàn)綠色奧運(yùn)的幾項(xiàng)舉措都將應(yīng)用到膜技術(shù)。國(guó)外有專家把膜技術(shù)的發(fā)展稱為“第三次工業(yè)革命”，作為21世紀(jì)最有前途的高新技術(shù)之一。
2 膜分離技術(shù)的工作原理
膜分離技術(shù)，是利用一張?zhí)厥庵圃斓?，有選擇透過性的薄膜，在外力推動(dòng)下對(duì)混合物進(jìn)行分離、提純、濃縮的一種新型分離技術(shù)，是根據(jù)混合物的物理性質(zhì)的不同用過篩的方法將其分離，或根據(jù)混合物的不同化學(xué)性質(zhì)分離開物質(zhì)。物質(zhì)通過分離膜的速度(溶解速度)取決于進(jìn)入膜的速度和進(jìn)入膜的表面擴(kuò)散到膜的龍眼、另一表面的速度(擴(kuò)散速度)。而溶解速度完全取決于被分離于膜材料之間化學(xué)性質(zhì)的差異，擴(kuò)散速度除化學(xué)性質(zhì)外還與物質(zhì)的分子量有關(guān)，速度越大，透過膜所需的時(shí)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(shù)在水處理中的應(yīng)用
3.1 膜分離技術(shù)在城市污水深度處理中的應(yīng)用
城市污水深度處理和回用開始于20世紀(jì)60年代。城市污水具有量大、集中、水質(zhì)較為穩(wěn)定的特點(diǎn)，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(jí)或三級(jí)排放液為水源，用反滲透(RO)對(duì)它進(jìn)行最后的脫鹽，脫COD、BOD以及微量有機(jī)物和重金屬離子的脫除，出水水質(zhì)可達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。但由于某些主觀原因，目前大多不直接用作飲用水。國(guó)外常將其注入地下蓄水層或淡水水庫(kù)進(jìn)行自然凈化(通常需存放兩年)，也有用作工業(yè)冷卻水，鍋爐用水等非飲用目的。城市缺水制約著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，把城市的二級(jí)出水進(jìn)行處理后再生回用是解決水源短缺的一條途徑。二級(jí)排放液在進(jìn)RO裝置前需進(jìn)行預(yù)處理，以使進(jìn)水水質(zhì)符合RO裝置的使用要求。預(yù)處理的好壞是RO技術(shù)應(yīng)用成敗的關(guān)鍵?，F(xiàn)在，RO前采用MF或UF預(yù)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(yè)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)外都在積極地采用膜技術(shù)大規(guī)模地把城市污水開發(fā)為新的水資源。我國(guó)采用“微絮凝纖維過濾+膜濾”對(duì)洗浴廢水進(jìn)行了研究，試驗(yàn)表明，此工藝具有出水穩(wěn)定、占地面積小的特點(diǎn)。天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)污水處理廠引進(jìn)挪威SBR序批式活性污泥法先進(jìn)工藝，每天可提供10萬(wàn)噸二級(jí)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(guó)的城市污水再生回用并不普及，膜技術(shù)在深度處理的應(yīng)用相對(duì)也很少，今后我們還需在污水的再生回用和深度處理技術(shù)上進(jìn)行研究。
3.2 膜分離技術(shù)在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用
由于工業(yè)的發(fā)展，大量工業(yè)廢水排入水體，這些工業(yè)廢水，面廣量大、危害深，大多含有不同濃度的化學(xué)物質(zhì)，其中有些具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，而有些則具有毒性，對(duì)人類環(huán)境有害。為保護(hù)環(huán)境不受污染，并回收有用物質(zhì)，在工業(yè)廢水排放之前必須進(jìn)行凈化處理，膜分離技術(shù)既能對(duì)工業(yè)廢水進(jìn)行有效的凈化，又能回用其中的有用物質(zhì)，同時(shí)還可節(jié)省能源。膜技術(shù)在處理電鍍廢水、造紙廢水、重金屬?gòu)U水、含油廢水和印染廢水這五大類主要工業(yè)廢水中都得到了廣泛的應(yīng)用。
3.3 膜分離技術(shù)在飲用水處理中的應(yīng)用
隨著人們生活水平的提高，對(duì)飲用水的水質(zhì)要求也越來越高，加上傳統(tǒng)工藝中的某些弊端，如加氯殺菌會(huì)使氯與水中的某些有機(jī)物反應(yīng)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(shù)用于飲用水處理是一個(gè)重大突破。水的凈化與純化是從水中去除懸浮物、細(xì)菌、病毒、無(wú)機(jī)物、農(nóng)藥、有機(jī)物和溶解氣體等，在這方面，膜分離技術(shù)發(fā)揮了其獨(dú)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(duì)去除水中的微米級(jí)的顆粒優(yōu)于常規(guī)水處理技術(shù)中的過濾能力，而且還具有去除過濾所不具備的納米級(jí)微粒的能力，可有效去除水中的懸浮物、細(xì)菌、病毒、無(wú)機(jī)物、農(nóng)藥、有機(jī)物和溶解氣體等雜質(zhì)。符合飲用水水質(zhì)不提高的要求。
3.4 膜分離技術(shù)在海水淡化中的應(yīng)用
我國(guó)是水資源大國(guó)，同時(shí)也是水資源貧國(guó)。海水作為水資源的重要組成部分，有效利用是解決我國(guó)水資源危機(jī)的重要措施之一。目前用于海水淡化的膜技術(shù)主要有反滲透、電滲透(ED)和膜蒸餾(MD)等。2002年，萬(wàn)噸級(jí)反滲透海水淡化及其組器技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程被列入國(guó)家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目。海水淡化用發(fā)滲透膜的脫鹽率高達(dá)99.6%.反滲透技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展大大降低了海水淡化的成本，現(xiàn)在反滲透已成為海水淡化制取飲用水最經(jīng)濟(jì)的手段。電滲析技術(shù)可直接將海水淡化為飲用水，但其過程對(duì)不帶電荷的物質(zhì)，如有機(jī)物、膠體、細(xì)菌、懸浮物等無(wú)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(shù)的出現(xiàn)，電滲析法海水淡化的比例正在逐漸降低。膜蒸餾技術(shù)具有很高的脫鹽率，可達(dá)到99.7%以上，被用于小型海水淡化，對(duì)離子、膠體、大分子等不揮發(fā)組分和無(wú)法擴(kuò)散透過膜的組分的截留可到100%，并且具有設(shè)備簡(jiǎn)單，操作容易，膜使用壽命長(zhǎng)，能耗低等優(yōu)點(diǎn)。
3.5 膜分離技術(shù)在苦咸水脫鹽中的應(yīng)用
我國(guó)西部省區(qū)嚴(yán)重缺水問題在中國(guó)這個(gè)缺水國(guó)家尤為突出，苦咸水淡化是解決我國(guó)西部省區(qū)缺水的一個(gè)有效途徑。目前，用于苦咸水淡化的膜技術(shù)主要有:電滲析技術(shù)、反滲透技術(shù)、納濾技術(shù)。我國(guó)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(jī)物和細(xì)菌，設(shè)備運(yùn)行能耗大，這使其在苦咸水淡化工程的應(yīng)用受到限制?？嘞趟部捎靡患?jí)反滲透裝置脫鹽制得飲用水。反滲透系統(tǒng)淡化苦咸水，其出水水質(zhì)優(yōu)于我國(guó)飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)含高氟、低礦化度苦咸水通過反滲透淡化，出水水質(zhì)可達(dá)到我國(guó)飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。反滲透法比電析法生產(chǎn)成本低，無(wú)污染，是苦咸水淡化最經(jīng)濟(jì)的方法。納濾是一種低壓反滲透技術(shù)，在較低的壓力下具有較高的脫鹽性能。對(duì)特定溶質(zhì)，尤其是苦咸水的表征離子，具有很好的脫鹽效果。對(duì)苦咸水較多的西部省區(qū)，納濾將是制取優(yōu)質(zhì)飲用水的有效途徑。
4 問題及展望
膜分離技術(shù)是21世紀(jì)最有發(fā)展?jié)摿Φ母咝录夹g(shù)之一，但還存在膜組件價(jià)格高與膜污染等問題。膜組件的價(jià)格高與膜污染制約了膜分離技術(shù)在廢水處理中的廣泛應(yīng)用。雖然經(jīng)過了40年的開拓與發(fā)展，目前我國(guó)的分離膜品種還很少，性能低，規(guī)格不全，且我國(guó)市場(chǎng)上采用的膜組器絕大部分都是從國(guó)外進(jìn)口的，膜材料也都來自國(guó)外，應(yīng)用的深度和廣度與世界發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有一定的距離。因此，我們必須奮起直追，加速發(fā)展我國(guó)膜工業(yè)。致力于將膜分離技術(shù)應(yīng)用于更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。要加強(qiáng)高性能膜和組器的開發(fā)，以期盡快代替進(jìn)口的膜組器。若能利用天然物質(zhì)或生物物質(zhì)制備各種新型膜，則既經(jīng)濟(jì)又能消除二次污染的威脅。必須加強(qiáng)將膜處理技術(shù)與其它處理工藝相結(jié)合的研究，發(fā)揮各種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，形成廢水處理的新工藝。可以預(yù)料，隨著膜材料的改進(jìn)和膜工藝的完善，在21世紀(jì)，我國(guó)膜工業(yè)和膜法水處理技術(shù)將會(huì)出現(xiàn)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，而應(yīng)用也將會(huì)進(jìn)入一個(gè)新的高潮，特別是在提高飲用水水質(zhì)，海水及苦咸水淡化，工業(yè)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(huì)得到更迅速更全面的發(fā)展。
