膜技术在水处理中的应用_谢正平

2009年第28卷增刊CHEMICALINDUSTRYANDENGINEERINGPROGRESS·47·化工进展膜技术在水处理中的应用谢正平1，彭招兰1，彭小海2（1江西吉安林科所，江西吉安343011；2湖北省化学研究院，湖北武汉430074）摘要：综述了微滤、超滤、纳滤、反渗透、渗析、电渗析、渗透汽化和液膜技术等膜分离技术的基本原理及特点，对这些膜分离技术在水处理中的应用进行了阐述，并列举了它们在电厂中的应用。关键词：膜技术；分离；水处理随着我国工业化和城市化的发展，大量的生活和工业废水排入水体，这些废水中多含有不同浓度的化学成分，造成了严重的水体污染，为保护环境，使其不受污染，并能回收一些有用物质，在工业和城市废水排放之前必须进行净化处理。膜分离技术是一种新型高效、精密分离技术，它是材料科学与介质分离技术交叉结合形成的一门技术，具有高效分离、设备简单、节能、常温操作、无污染等优点，广泛应用于工业领域众多行业，据统计，全球膜销售额每年以14%～30%的速度增长[1]。膜分离在废水处理中已得到了广泛的应用，并将会成为主要的先进废水处理技术，有着广阔的发展前景。1膜分离技术的基本原理和优点膜分离技术是一种使用半透膜的分离方法，在常温下以膜两侧压力差或电位差为动力，对溶质和溶剂进行分离、浓缩、纯化。膜分离技术主要是采用天然或人工合成高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分流质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集操作。现已应用的有反渗透、纳滤、超过滤、微孔过滤、透析电渗析、气体分离、渗透蒸发、控制释放、液膜、膜蒸馏膜反应器等技术。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、萃取、沉淀、混凝和离子交换等）相比较，其过程大多为无相变化，可以在常温下操作，具有能耗低、效率高、工艺简单、投资小和污染轻等优点。2几种膜分离过程的特点微滤（MF）Microfiltration，其特点：对称细孔高分子膜，孔径0.03～10nm，滤除≥50nm的颗粒，以压力差为分离驱动力，透过物质：水、溶剂和溶解物，被截留物质：悬浮物、细菌和微粒子。超滤（UF）Ultrafiltration，其特点：非对称结构的多孔膜，孔径1～20nm，滤除5～100nm的颗粒，以压力差为分离驱动力，透过物质：溶剂、离子和小分子，被截留物质：蛋白质、各类酶、细菌和乳胶。纳滤（NF）Nanofiltration，其特点：1nm的微孔结构，滤除相对分子质量在200～2000，以压力差为分离驱动力，透过物质：水、溶剂、相对分子质量＜200，被截留物质：溶质、二价盐、糖和染料（相对分子质量200～1000）。反渗透（RO）ReverseOsmosis，其特点：带皮层的不对称膜、复合膜（＜1nm），用于水溶液中溶解性盐的脱除，以压力差为分离驱动力，透过物质：水、溶剂，被截留物质：无机盐、糖类、氨基酸和BOD。渗析（透析）（D）Dialysis，其特点：常见碱性离子交换膜、聚乙烯醇中性膜，用于水溶液中无机酸、盐的脱除，以浓度差为分离驱动力，透过物质：离子、低分子物质、酸和碱，被截留物质：无机盐、糖类、氨基酸和尿素。电渗析（ED）Electrodialysis，其特点：阴阳离子交换膜，用于水溶液中酸、碱、盐的脱除，以电位差为分离驱动力，透过物质：离子，被截留物质：无机、有机粒子。渗透汽化（PV）Pervaporation，其特点：聚乙烯等由皮层和多孔支撑层构成的复合膜，用于水与有机物的分离，以压力差和浓度差为分离驱动力，透过物质：蒸汽，被截留物质：液体、无机盐等。液膜（LM）LiquidMembrane，其特点：液体保存在对称或非对称多孔膜的孔中，用于盐、生理活性物质的分离，以物理溶解和选择性可逆化学反应为分离驱动力，透过物质：电解质离子，被截留物质：非电解质离子。3膜分离在工业废水处理中的应用国内有研究者将微滤膜应用于水处理，取得了很DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2009.s2.098化工进展2009年第28卷·48·大的进展。莫罹等[2]采用0.1μm的微滤膜处理微污染原水，出水浊度＜1KTU，对高锰酸盐指数的去除率约为20%，运行稳定后对UV254去除率＞40%。在油田注水方面微滤技术也发挥了较大的作用，国内的应用主要是PE烧结微孔管、折叠式微孔膜过滤芯及中空纤维超滤组件等。处理水中的微粒的精度可达1～2μm以上的微粒含量在2mg/L以内。微滤也用在与生物反应器藕合处理各种废水[3]。徐元勤等[4]采用规模为800m3/d的浸入式连续微滤膜装置（CMF-S）对城市污水进行深度处理并回用。运行结果表明该装置在技术上是可行的，其出水水质稳定、良好、无色无臭，优于生活用水水质标准。超滤技术在废水处理中也有广泛的应用。陆晓干等[5