膜技术在水处理中的应用

摘 要：人口的不断增长使水资源量的需求逐年上升,而工业的快速发展所造成的水污染问题越来越严重.传统的水处理技术已难以满足目前的水质要求,而膜技术作为新的水处理技术受到了越来越多人的关注.本文主要对膜技术的种类及膜技术在不同行业的应用进行了阐述,同时提出了膜技术的发展方向和应用前景.

关 键 词：水污染；膜技术；水处理

中图分类号：TV文献标识码：A文章编号：1009-914x（2014）08-01-01

1.膜分离技术的基本原理和特点

膜技分离术是近40年来发展最迅速、应用最广泛的水处理技术之一,主要包括微滤、超滤、纳滤、反渗透以及电渗析等.这些膜是利用特殊制造的多孔材料,选择性地分离水和水中的杂质.与传统水处理技术相比,膜技术具有节能、投资少、操作简便、处理效率高等优点[1],因此已被广泛应用于水处理.

1.1几种膜的工作原理

反渗透（RO）：反渗透是渗透的逆过程,料液侧的组分首先选择性吸附或溶解在料液侧膜表面,在压力差的推动下,使原液中的溶剂被压到半透膜的另一侧.

纳滤（NF）：纳滤膜是在RO膜基础上发展起来的,因膜具有纳米级的孔径故名纳滤,截留分子量约为200～1000,膜上具有核电基团,因此,NF分离作用既有筛分作用也有静电作用.

微滤（MF）和超滤（UF）：都是在静压力的作用下进行液相分离的过程,在压力差的推动作用下,溶剂和小于膜孔的低分子溶质透过膜,大于膜孔的溶质被截留.通常能截留相对分子在500以上,1000000以下的膜分离称为超滤,能截留更大的分子称为微滤.

电渗析（ED）：在直流电场的作用下以电位差为驱动力,通过荷电膜将溶液中的带电离子与不带电组分分离.

1.2膜技术特点

膜分离技术的特点有：膜分离过程基本不发生“相”的变化,耗能低,能量转化高；膜分离技术在常温下便可以进行,适用于热敏电阻；设备运动不减少,方便自动化控制,易于操作,维护；膜技术是一种纯粹的物理过滤过程,不会有副产物；分离率高,效果好,设备体积小,占地少,适用于用地紧张的大、中型城市[2].

2、膜技术在水处理中的应用

膜技术在水处理中的应用相当广泛,既可以用于给水处理也可以用于废水处理,同时在某些特殊的行业如电子,光学技术等方面也有涉足,而且已被广泛应用.

2.1.在饮用水处理中的应用

由于水源水质的下降以及人们的生活质量的提升,传统的给水处理工艺已经不能够满足人们的用水要求,而城市化进程的加剧使得本已疲惫不堪的供水系统雪上加霜.而膜技术的应用为这一问题提供了解决方向.姜红等采用纳滤膜对某市自来水进行深度处理,以研究纳滤对自来水中有机物及离子等的去除效果,研究结果表明,采用一级纳滤工艺,对浊度、CODMn、Cr6+和阿拉特津的平均去除率分别为85.47%、81.06%、77.20%和83.90%,对总硬度和阴离子的去除率保持在一个适中的水平.Diawara等采用DESAL-SDL纳滤膜分离溶液中的卤离子,结果表明,对氟离子的去除率可达83%,而对氯离子的去除率相对较低,仅为63%.

2.2在工业废水处理中的应用

2.2.1印染废水的处理

纺织印染行业中印染废水成分复杂,色度大,浓度大且生物难降物质多,在废水中对环境造成的污染比较严重.而传统的水处理方法是生物法,但效果很差,达不到排放标准.利用膜技术方法对印染废水进行深度处理后,完全可满足回用水要求.福建省石狮市锦尚集控区污水处理厂的印染废水经膜技术处理后废水回收率可达60%以上,水质达到自来水标准.A.V.R.Reddy等人用聚酞胺/聚矾纳滤膜处理染料废水,来考察膜的截留性能,其废水中的溶质除盐分子外分子量均在600-1000之间,实验研究表明,染料截留率可达99%以上.

2.2.2制革工业废水的处理

长期以来,皮革行业一直是污染比较严重的行业之一,制革废水的污染尤为严重.制革生产的过程中排出的废水,不仅排放量大,种类多,有机物含量高,而且成分相当复杂[3].膜技术处理皮革废水,主要是回收有用物质,并回用处理后的废水,以降低生产费用和水处理费用,减轻对环境的污染.A.Cassano等采用膜技术处理鞣革废水,回收其中的铬盐,取得了很好的效果.牛涛涛等研究了用超滤法处理制革过程中的脱毛废水并进行回用,研究结果显示,超滤对废水中COD的去除率能达到90%以上,透过液完全可以回用于脱毛工段.

2.2.3含油废水的处理

含油废水是一种量大面广且危害严重的废水,其来源非常广泛,主要有钢铁厂冷轧乳液废水、金属切削液、金属清洗液、油田采出水等.用常规工艺处理非常困难而且费用较高,而用膜技术处理石油废水,对COD和油的去除率均很高.安兴才等利用连续微滤（CMF）和反渗透（RO）膜技术对西北某石化厂排放的污水进行处理,研究结果表明：所产水的浊度<1NTU、pH=6-7.5、电导率<160us/cm、CODcr在5mg/L以下,完全符合回用水的水质要求.

2.2.4食品工业废水的处理

早在1990年代,食品工业就开始大规模地采用膜技术处理废水.食品加工废水一般含有高浓度有机物,如蛋白质、脂肪等,COD值较高,而且水量大[4].夏仙兵将纳滤膜用于海带加工中废水处理,对其副产物甘露醇提取纯化.实验表明,杂质去除率可高达90%,同时甘露醇的质量浓度可浓缩至初始料液的3倍左右.JolantaBohdziewicz等利用超滤（UF）和反渗透（RO）技术对猪肉废水进行处理,结果表明,COD、BOD的去除率分别达到了70.5%和65.5%.

2.2.5重金属废水的处理

重金属废水在工业废水中占有相当大的比例,而且具有极大的危害性,传统的水处理工艺往往达不到排放要求,而利用膜技术处理重金属废水不仅可达标排放,而且可以回收有用物质.Kristina采用纳滤膜处理含大量金属离子的废水,研究结果表明,纳滤膜对Cd2+、Zn2+、Pb2+、Cr2+等二价离子的截留率大于90%.KrzysztofKarakulski等采用UF/NF联用系统处理电缆厂排放的含Cu2+废水,Cu2+去除率可达到92%,达到了废水处理回用的标准.

3.结论

膜技术在国际上被公认为是21世纪最有发展前途的一项重大技术革命,与其它水处理技术相比,它具有分离效率高、节能、设备简单、操作方便等优点,因而在水处理领域得到了广泛的研究和应用.但膜污染和浓差极化的问题依然没有得到很好的解决,不过随着科技的不断进步以及研究的加深,相信不久的将来,这些问题都会得到解决,膜技术也将会在水处理领域继续扮演着重要角色,在解决全球水资源危机中发挥着不可替代的作用.