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随着工业生产的发展,工业污水的排放量日益增加。工业污水作为一大污染源,其对国民经济和人体健康的影响,已是人类面临的严重问题。世界水文专家协会主席米歇尔·奈特1996年在第30 届国际地质大会上宣布:"全世界每天至少有5 万人死于由水污染引起的各种疾病。发展中国家每年有2 500 多万人死于水污染引起的疾病。"工业水污染已引起国家的高度重视,用膜分离技术进行废水处理,已倍受关注。膜分离技术是20世纪末发展起来的高新技术之一,具有能耗低,分离过程中物质不发生相变、分离效果好、操作简便、无化学副作用、无二次污染、分离产物易于回收等优点。
一、膜分离技术分类及原理
膜分离法是利用特殊的薄膜对液体中的某些成分进行选择性透过方法的统称。水处理中应用的滤膜按孔径的大小可分为微滤膜(MF)、超滤膜(UF)、纳滤膜(NF)和反渗透滤膜(RO)。
(一)反渗透膜技术
对透过的物质具有选择性的膜叫半透膜。对不能透过溶质而能透过溶剂的半透膜叫做理想半透膜。在半透膜的两边放体积相同的稀溶液和浓溶液,因两边的浓度差不同,稀溶液中的溶剂就会透过半透膜渗透到浓溶液的一边,此过程叫做渗透。当渗透达到平衡时,浓溶液一边的液面就会比稀溶液的液面高出一定高度,就形成一个压差,称为渗透压。渗透压的大小取决于溶液的性质,如种类、浓度和温度等,跟半透膜的性质无关。如果此时在浓溶液一侧施加一个比渗透压大的压力,溶剂的渗透方向就会跟原来的方向相反,即从浓溶液侧向稀溶液侧流动,此现象称为反渗透。
(二)纳滤膜技术
纳滤是一种介于反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离过程。纳滤膜是20世纪80年代在反渗透复合膜基础上开发出来的,是超低压反渗透技术的延续和发展,早期被作为低压反渗透膜或松散反渗透膜。目前,纳滤膜已从反渗透技术中分离出来,成为独立的分离技术。
(三)超滤膜、微滤膜技术
超滤和微滤都是在静压差的推动力作用下进行液相分离过程,从原理上说并没有什么本质的差别,同为筛孔分离过程。在一定压力作用下,当含有高分子的溶质和低分子的溶质的混合溶液流过膜表面时,溶剂和小于膜孔的低分子溶质透过膜,成为渗透液被收集,大于膜孔的高分子溶质则被膜截留而作为浓缩液回收。
二、膜技术在水处理中的应用
(一)膜技术在给水处理中的应用
随着经济的快速发展,污染物排放日益增多,许多地区的饮用水水源地受到了各种污染物的污染。从松花江的污染到太湖的"水华",这些事件充分表明,水污染已经严重的危及到居民的生活饮用水健康与安全,传统的给水处理工艺对微污染水的净化很难达到健康饮用水的标准,需要强化处理工艺的去除污染物的能力,增加深度处理单元。膜分离技术处理对象范围广,处理后出水水质稳定安全,受到越来越多的关注。
尹华升等人对微污染的水库水采用微絮凝-超滤工艺和常规混凝-沉淀-过滤工艺进行对比实验,中试结果表明,微絮凝-超滤工艺出水水质稳定,对浊度、病原微生物、有机物的去除效果都优于常规工艺。
孙丽华等人研究了利用混凝/砂滤/超滤组合工艺对受污染的松花江水进行处理,结果表明:原水水质为浊度69NTU,CODMn4.20mg/L,DOC10.9mg/L,UV2540.154cm-1,经过组合工艺的处理,处理效果良好,膜出水水质浊度低于0.2 NTU,颗粒物少于14个/ml,CODMn,DOC,UV254的去除率依次为31-42%,42-47%,22-29%。
(二)膜技术在废水处理中的应用
膜分离技术出水水质好,能满足许多途径的回用水水质要求,并且可以回收有用物质,与其它水处理技术组合被广泛用于各种废水处理中。
吴光等人以高碑店污水处理厂二级出水为处理对象,建立日产中水500t的超滤中试试验装置,试验装置连续运行了约2500h,膜性能稳定,产水水质达到生活杂用水标准。
薛德明等人进行了絮凝砂滤预处理-超滤-纳滤工艺处理褐藻酸钠生产工程中排放的含钙废水的试验,研究结果表明:经处理后,产水可回用于生产工艺,水的回收率≥75%;产生的浓缩水可与漂浮渣进行絮凝反应。分离出的废渣和絮凝物又可通过生物工程制取海藻有机肥,实现了海藻加工业废水资源化处理。
徐晓东等人采用无机陶瓷膜处理设备处理宝浪油田联合站内的二级过滤器出口的采出水,滤出水中悬浮物含量和油含量完全能达到SY/T5329-94《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》A1级标准。其中悬浮物含量小于1mg/L,粒径中值小于1€%em。
刘梅红用复合纳滤膜对印染厂的印染废水进行了色度和COD的去除试验研究 试验结果表明:纳滤膜技术可有效去除印染废水中的色度和COD,即使对废水的处理率高达90% (过程回收率高达90% )时,膜对印染废水中的COD的去除率仍高达98%以上、对色度的去除率则仍几乎为100%。
三、膜污染的问题
膜污染是阻碍膜分离技术在水处理中广泛应用的一个关键性问题。膜污染是指当被处理水通过膜时,水中的一些物质吸附或沉降在膜的表面及膜孔中,导致过滤时膜的阻力增大,通量衰减。引起膜污染的物质主要有:NOM,粘土与泥沙,腐蚀副产物,硫化氢,Fe2+,细菌。为了控制膜污染,国内外进行了多方面的研究,取得到了一些有效的措施,包括采用压缩空气及化学药剂反洗,投加臭氧与活性炭,絮凝预处理等。
董秉直等人研究发现:相对分子质量大于1000的有机物是造成膜污染的主要因素,相对分子质量小于1000的有机物对膜的影响较小。因此可以通过混凝预处理原水中相对分子质量较大的有机物来防止膜污染。
动态膜(Dynamic membrane)技术在控制膜污染方面具有较好效果。动态膜是指通过预涂剂或活性污泥在膜表面形成的新膜,也称为次生膜。应用动态膜于水处理中可以提高出水水质,增强过滤和反冲洗性能。
四、结语
膜技术被誉为"二十一世纪的水处理技术",具有广阔的发展前景。但是由于膜制品价格昂贵,易被污染,制约了其在水处理中的大规模应用,因此要加速高通量、低堵塞的各种材质膜制品和膜组件的研制。此外由于水的成分复杂多变,任何单一技术的处理往往达不到理想的处理效果,加强膜技术中不同膜分离过程的集成以及膜技术与其他水处理技术的集成工艺研究,发挥各种技术优势,形成水处理的新工艺,实现废水的回用。
参考文献:
[1]Marcel Mulder.膜技术基本原理(第二版)[M].北京:清华大学出版社,1999:11-13.
[2]张烽,徐平.反渗透、纳滤膜及其在水处理中的应用[J].膜科学与技术,2003,23,(4):241-245.
[3]尹华升,陈益清,陈治安.微絮凝-超滤和混凝-沉淀-过滤处理微污染水库水对比实验.水处理技术[J].2006,32,(12):51-53.
[4]孙丽华,吕谋,夏圣骥.混凝/砂滤/超滤组合工艺深度处理受污染地表水的试验研究[J].城镇供水,2005,(20:16-19.
[5]吴光,邱广明,陈翠仙.超滤膜法城市污水深度处理中水回用中试试验研究.膜科学与技术[J].2004,24,(1):38-41.
[6]薛德明,于品早,张国防.膜技术处理褐藻酸钠废水[J].膜科学与技术.2003,23,(4):47-50.
[7]徐晓东,李季,袁曦明.膜技术在油田采出水处理中的应用研究[J].过滤与分离.2005,15,(4):34-36.
[8]刘梅红.纳滤膜技术处理印染废水实验研究[J].水处理技术,2002,28,(1):42-44.
[9]张颖,顾平,齐庚申.膜技术应用于饮用水处理的进展[J].中国给水排水,2001,17,(5):29-32.
[10]董秉直,夏丽华,陈艳.混凝处理防止膜污染的作用与机理[J].环境科学学报,2005,25,(4):530-534.
一、膜分离技术分类及原理
膜分离法是利用特殊的薄膜对液体中的某些成分进行选择性透过方法的统称。水处理中应用的滤膜按孔径的大小可分为微滤膜(MF)、超滤膜(UF)、纳滤膜(NF)和反渗透滤膜(RO)。
(一)反渗透膜技术
对透过的物质具有选择性的膜叫半透膜。对不能透过溶质而能透过溶剂的半透膜叫做理想半透膜。在半透膜的两边放体积相同的稀溶液和浓溶液,因两边的浓度差不同,稀溶液中的溶剂就会透过半透膜渗透到浓溶液的一边,此过程叫做渗透。当渗透达到平衡时,浓溶液一边的液面就会比稀溶液的液面高出一定高度,就形成一个压差,称为渗透压。渗透压的大小取决于溶液的性质,如种类、浓度和温度等,跟半透膜的性质无关。如果此时在浓溶液一侧施加一个比渗透压大的压力,溶剂的渗透方向就会跟原来的方向相反,即从浓溶液侧向稀溶液侧流动,此现象称为反渗透。
(二)纳滤膜技术
纳滤是一种介于反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离过程。纳滤膜是20世纪80年代在反渗透复合膜基础上开发出来的,是超低压反渗透技术的延续和发展,早期被作为低压反渗透膜或松散反渗透膜。目前,纳滤膜已从反渗透技术中分离出来,成为独立的分离技术。
(三)超滤膜、微滤膜技术
超滤和微滤都是在静压差的推动力作用下进行液相分离过程,从原理上说并没有什么本质的差别,同为筛孔分离过程。在一定压力作用下,当含有高分子的溶质和低分子的溶质的混合溶液流过膜表面时,溶剂和小于膜孔的低分子溶质透过膜,成为渗透液被收集,大于膜孔的高分子溶质则被膜截留而作为浓缩液回收。
二、膜技术在水处理中的应用
(一)膜技术在给水处理中的应用
随着经济的快速发展,污染物排放日益增多,许多地区的饮用水水源地受到了各种污染物的污染。从松花江的污染到太湖的"水华",这些事件充分表明,水污染已经严重的危及到居民的生活饮用水健康与安全,传统的给水处理工艺对微污染水的净化很难达到健康饮用水的标准,需要强化处理工艺的去除污染物的能力,增加深度处理单元。膜分离技术处理对象范围广,处理后出水水质稳定安全,受到越来越多的关注。
尹华升等人对微污染的水库水采用微絮凝-超滤工艺和常规混凝-沉淀-过滤工艺进行对比实验,中试结果表明,微絮凝-超滤工艺出水水质稳定,对浊度、病原微生物、有机物的去除效果都优于常规工艺。
孙丽华等人研究了利用混凝/砂滤/超滤组合工艺对受污染的松花江水进行处理,结果表明:原水水质为浊度69NTU,CODMn4.20mg/L,DOC10.9mg/L,UV2540.154cm-1,经过组合工艺的处理,处理效果良好,膜出水水质浊度低于0.2 NTU,颗粒物少于14个/ml,CODMn,DOC,UV254的去除率依次为31-42%,42-47%,22-29%。
(二)膜技术在废水处理中的应用
膜分离技术出水水质好,能满足许多途径的回用水水质要求,并且可以回收有用物质,与其它水处理技术组合被广泛用于各种废水处理中。
吴光等人以高碑店污水处理厂二级出水为处理对象,建立日产中水500t的超滤中试试验装置,试验装置连续运行了约2500h,膜性能稳定,产水水质达到生活杂用水标准。
薛德明等人进行了絮凝砂滤预处理-超滤-纳滤工艺处理褐藻酸钠生产工程中排放的含钙废水的试验,研究结果表明:经处理后,产水可回用于生产工艺,水的回收率≥75%;产生的浓缩水可与漂浮渣进行絮凝反应。分离出的废渣和絮凝物又可通过生物工程制取海藻有机肥,实现了海藻加工业废水资源化处理。
徐晓东等人采用无机陶瓷膜处理设备处理宝浪油田联合站内的二级过滤器出口的采出水,滤出水中悬浮物含量和油含量完全能达到SY/T5329-94《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》A1级标准。其中悬浮物含量小于1mg/L,粒径中值小于1€%em。
刘梅红用复合纳滤膜对印染厂的印染废水进行了色度和COD的去除试验研究 试验结果表明:纳滤膜技术可有效去除印染废水中的色度和COD,即使对废水的处理率高达90% (过程回收率高达90% )时,膜对印染废水中的COD的去除率仍高达98%以上、对色度的去除率则仍几乎为100%。
三、膜污染的问题
膜污染是阻碍膜分离技术在水处理中广泛应用的一个关键性问题。膜污染是指当被处理水通过膜时,水中的一些物质吸附或沉降在膜的表面及膜孔中,导致过滤时膜的阻力增大,通量衰减。引起膜污染的物质主要有:NOM,粘土与泥沙,腐蚀副产物,硫化氢,Fe2+,细菌。为了控制膜污染,国内外进行了多方面的研究,取得到了一些有效的措施,包括采用压缩空气及化学药剂反洗,投加臭氧与活性炭,絮凝预处理等。
董秉直等人研究发现:相对分子质量大于1000的有机物是造成膜污染的主要因素,相对分子质量小于1000的有机物对膜的影响较小。因此可以通过混凝预处理原水中相对分子质量较大的有机物来防止膜污染。
动态膜(Dynamic membrane)技术在控制膜污染方面具有较好效果。动态膜是指通过预涂剂或活性污泥在膜表面形成的新膜,也称为次生膜。应用动态膜于水处理中可以提高出水水质,增强过滤和反冲洗性能。
四、结语
膜技术被誉为"二十一世纪的水处理技术",具有广阔的发展前景。但是由于膜制品价格昂贵,易被污染,制约了其在水处理中的大规模应用,因此要加速高通量、低堵塞的各种材质膜制品和膜组件的研制。此外由于水的成分复杂多变,任何单一技术的处理往往达不到理想的处理效果,加强膜技术中不同膜分离过程的集成以及膜技术与其他水处理技术的集成工艺研究,发挥各种技术优势,形成水处理的新工艺,实现废水的回用。
参考文献:
[1]Marcel Mulder.膜技术基本原理(第二版)[M].北京:清华大学出版社,1999:11-13.
[2]张烽,徐平.反渗透、纳滤膜及其在水处理中的应用[J].膜科学与技术,2003,23,(4):241-245.
[3]尹华升,陈益清,陈治安.微絮凝-超滤和混凝-沉淀-过滤处理微污染水库水对比实验.水处理技术[J].2006,32,(12):51-53.
[4]孙丽华,吕谋,夏圣骥.混凝/砂滤/超滤组合工艺深度处理受污染地表水的试验研究[J].城镇供水,2005,(20:16-19.
[5]吴光,邱广明,陈翠仙.超滤膜法城市污水深度处理中水回用中试试验研究.膜科学与技术[J].2004,24,(1):38-41.
[6]薛德明,于品早,张国防.膜技术处理褐藻酸钠废水[J].膜科学与技术.2003,23,(4):47-50.
[7]徐晓东,李季,袁曦明.膜技术在油田采出水处理中的应用研究[J].过滤与分离.2005,15,(4):34-36.
[8]刘梅红.纳滤膜技术处理印染废水实验研究[J].水处理技术,2002,28,(1):42-44.
[9]张颖,顾平,齐庚申.膜技术应用于饮用水处理的进展[J].中国给水排水,2001,17,(5):29-32.
[10]董秉直,夏丽华,陈艳.混凝处理防止膜污染的作用与机理[J].环境科学学报,2005,25,(4):530-534.