论文部分内容阅读
[摘 要]随着环境的不断恶化，人们环保意识的提高，污染排放问题逐步受到了各界的关注，而如何采取有效措施来处理与回收利用水资源成为了环境工程的重要任務。而应用膜分离技术不但能够提升污水废水处理效率，实现二次利用，而且还能有效提升环境质量，因而值得广泛推广与应用。鉴于此，本文主要分析膜分离技术在环境工程中的应用现状及发展前景。
[关键词]环境工程；膜分离技术；应用
中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）47-0374-01
1、膜分离技术概述
20世纪初膜分离产生，作为一项新型分离技术，膜分离技术是指通过隔膜使溶剂同溶质或微粒分离的技术，包含电渗析、扩散渗析等。膜分离技术的功能为分离、浓缩、纯化及精制等。其应用原理可分为物理性质、化学物质两种，具体如下：
（1）应用物理性质原理。物理性质是指多方面差异，如质量、体积、几何形状等，可按照混合物的具体物理性质，膜可具备筛子的功能，分离混合物。全部膜分离技术都是在物理功效下，筛选、分离各种粒径的物质。（2）应用化学物质原理。是指混合物由分离膜通过的速度。可将此类速度进行两种形式划分。其一，通过膜表面接触混合物，并向膜内速度进入，也就是我们所说的溶解速度；其二，扩散速度，向膜内进入以后，由膜表面向膜另一侧表面扩散的速度。可通过混合物、分离材料膜的化学性质对溶解速度加以确定，且其扩散速度和物质相对分子质量之间也存有极大关联性。
2、环境工程中膜分离技术的应用现状
水处理环境工程中，为纯化自来水、处理工业废水、生活污水，可广泛选用膜分离技术。本文以废水处理应用为主进行分析。
2.1、生活污水处理
上世纪90年代中期，日本即利用膜分离技术建造了39座污水处理厂，且投入运营取得了良好的效果。据相关学者研究表明，针对城市污水，可选取某种微滤膜装置（800m3/d）进行处理。通过该装置的应用，水质可满足一般生活非饮用水标准。通过30天正常运作，可实现每小时13.9L/㎡、16.7L/㎡、20.8L/㎡。在生活污水中，该装置能够去除90%以上的COD，且能拦截、分离污水内的大部分悬浮固体。
2.2、工业废水处理
第一，石化废水处理。以胜利油田含油污水试验为例分析，可选取中空纤维超滤作为装置。在设计环节，规模定为1.5t/h，过滤之后，0.56mg/L、0.5mg/L分别为水内悬浮固体量及含油量。此设计与地渗透油层注水对水质的需求相符。第二，含重金属废水处理。处理过程中选取乳状液膜法进行含重金属锡废水、含锌废水处理效果良好。尤其是在含锌浓度方面，通过该处理法能够由350mg/L降至5mg/L，由此可见，降低幅度大，且与国家排放标准相符。第三，有机废水处理。有机废水处理过程中，醋酸质量浓度可通过乳状液模体系进行处理。环境适宜的情况下，如废水醋酸浓度为1000mg/L，则提取率将在96%以上。
3、发展分析
3.1、微滤技术
在膜分离技术中较为常见的一项技术即微滤技术，该技术在操作压力小于0.2MPa的情况下便能够将0.1～10μm的物质或颗粒过滤掉。该技术和其他过滤工艺原理大致相同，均属于筛网过滤的范畴。其对液体具有较强的适应性，且占地面积较小，是一种经济性的微过滤方式，所以常常被用来处理饮用水。不仅如此该项技术还能替代城规的澄清过滤以及二沉池，就算出现较大的水质波动，利用微滤技术也可以连续处理。不仅如此，微滤技术还适用于各类废水的处理，从而大幅降低水中的浑浊度与悬浮物，以便于达到重复利用的目的。通常情况下，根据过滤方式的不同，可将该项技术分为死端过滤以及全量过滤两种。
3.2、超滤技术
该项技术的原理与筛选原理相似，通过筛选出废水中的大分子物质、胶体、固体颗粒物以及悬浮物等以达到净化水体的目的。当前该项技术主要运用于汽车工业以及电气工业中的电泳漆废水处理当中。超滤膜属于压力驱动膜，在对电泳漆废水处理时，将其中的金属离子杂质进行有效筛选，从而实现重复利用。但是在利用该项技术时，随着时间的增长，超滤膜的通过量会逐渐下降，情况严重的还会导致膜污染以及浓差极化的情况。不仅如此，通常需要开展较为复杂的预处理方能有效利用超滤技术，并且其成本费用高昂，所以在推广与应用过程中会受到一定制约。
3.3、反渗透技术
反渗透技术的脱除率极高，绝大部分的溶质都能够通过该项技术脱除，以有效提升反渗透水质的质量。超滤处理之后，以除去废水内的丙烯腈等聚合物，废水过滤后仅剩部分小颗粒聚合物，5到6之间为溶液pH值，0.235到0.240cp为其粘度值，40℃为其温度，0.35%到0.50%为CN-范围，3000到3500mg/LCOD范围。选取BW30-400-FR型号反渗透膜，管状为其反渗透膜形状，1mm为其外径，0.2mm为膜厚度，列管式为膜组件，5cm2为膜有效截面积，每小时纯水透过流量为71.2g。为确保检验效果，与工业实际值相比，CN-浓度应高出一些，因此试验过程中，可将相应量的氢氰酸添加到纯净水内，进行含氰废水CN-（0.55%）的制作。要求在2种条件下进行试验，分别如下：第一，直接试验；第二，含氰废水的pH值通过NaOH溶液进行调节，要求控制在8到9pH值之间即可进行试验。通过NaOH溶液的添加，可对原水pH值进行充分调节，将提高反渗透膜对CN-的截留率，从原有的88.9%可提升至93.8%左右，具有良好效果。
3.4、液膜分离技术应用
根据笔者研究可知，液膜分离技术主要是利用浮在液体表面的乳液颗粒将废水中氨、苯胺等物质予以清除，该技术虽然多用在含特定离子或有机物环境废水处理中，但其效率却很高（通常相关物质清除可达98%以上）。与固膜比较，液膜分离技术不但具有更高清理效率，同时其传质速度与选择性也更优，另外该技术操作上十分简易、设备简单，且还可以回收废水中一些有用物质，因而凭借着如此众多优点，液膜分离技术在环境工程废水处理上有较好地应用。
膜的材料和生产工艺复杂，价格昂贵，属高科技。目前商品化的UF膜的制作是由相转化法采用聚合物材料制备的，材料有有机和无机两种，包括：聚砜（PSF）/聚醚砜/（PES）磺化聚砜/聚砜酰胺（PSA），聚丙烯腈（PAN），聚脂肪酰胺，聚偏二氟乙烯（PVDF），复合UF膜，聚酰亚胺（PI）/芳香聚酰胺（PA），纤维素（CA，CTA及再生纤维素），聚醚醚酮（PEEK），陶瓷膜（氧化铝、氧化锆，[其皮层通过溶胶———凝胶法制备]）。不同的膜具有不同的特性和耐性，如陶瓷膜可耐温。在污水处理工程中可根据污水的成分特征和具体工况选择膜的材质，对膜来说可根据要求做成各种形状：管式、板式、板框式、中空纤维式，来适合不同的结构要求。
总之，伴随国民经济发展速度的不断提升，生态环境却逐渐恶化，尤其是水资源污染、浪费情况极为严重，作为不可再生资源，水是生命之本，对地球上的所有生物而言极为珍贵。但在工业化高速发展的今天，越来越多的工业化学物料有害物质被排入、渗入水内，为更好地提升水处理环境工程质量，膜分离技术得到了广泛应用。作为新型分离技术，膜分离技术是指通过一张具备特殊选择性的薄膜，通过外力功能，分离、提纯并浓缩混合物。通过该技术的应用，对环境保护极为有利，将带来良好的经济效益。
参考文献
[1] 李钢，沈文涛.膜分离技术在环境工程中的应用分析[J].智能城市，2017，3（04）：214.
[2] 黄万抚，刘玉娇，李新冬，梁娟，李英杰，陈洋.膜分离技术用于废水中金属的分离和回收[J].工业水处理，2016，36（07）：5-10.
[3] 王碧文.探讨膜分离技术在环境工程中的应用[J].求知导刊，2015，（14）：27.
[4] 陈思贤，曹娟.膜分离技术在水处理环境工程中的应用[J].河南科技，2014，（16）：18.
[5] 华玲.浅析膜分离技术在水处理环境工程中的应用[J].科技创业家，2013，（14）：167+169.
[关键词]环境工程；膜分离技术；应用
中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）47-0374-01
1、膜分离技术概述
20世纪初膜分离产生，作为一项新型分离技术，膜分离技术是指通过隔膜使溶剂同溶质或微粒分离的技术，包含电渗析、扩散渗析等。膜分离技术的功能为分离、浓缩、纯化及精制等。其应用原理可分为物理性质、化学物质两种，具体如下：
（1）应用物理性质原理。物理性质是指多方面差异，如质量、体积、几何形状等，可按照混合物的具体物理性质，膜可具备筛子的功能，分离混合物。全部膜分离技术都是在物理功效下，筛选、分离各种粒径的物质。（2）应用化学物质原理。是指混合物由分离膜通过的速度。可将此类速度进行两种形式划分。其一，通过膜表面接触混合物，并向膜内速度进入，也就是我们所说的溶解速度；其二，扩散速度，向膜内进入以后，由膜表面向膜另一侧表面扩散的速度。可通过混合物、分离材料膜的化学性质对溶解速度加以确定，且其扩散速度和物质相对分子质量之间也存有极大关联性。
2、环境工程中膜分离技术的应用现状
水处理环境工程中，为纯化自来水、处理工业废水、生活污水，可广泛选用膜分离技术。本文以废水处理应用为主进行分析。
2.1、生活污水处理
上世纪90年代中期，日本即利用膜分离技术建造了39座污水处理厂，且投入运营取得了良好的效果。据相关学者研究表明，针对城市污水，可选取某种微滤膜装置（800m3/d）进行处理。通过该装置的应用，水质可满足一般生活非饮用水标准。通过30天正常运作，可实现每小时13.9L/㎡、16.7L/㎡、20.8L/㎡。在生活污水中，该装置能够去除90%以上的COD，且能拦截、分离污水内的大部分悬浮固体。
2.2、工业废水处理
第一，石化废水处理。以胜利油田含油污水试验为例分析，可选取中空纤维超滤作为装置。在设计环节，规模定为1.5t/h，过滤之后，0.56mg/L、0.5mg/L分别为水内悬浮固体量及含油量。此设计与地渗透油层注水对水质的需求相符。第二，含重金属废水处理。处理过程中选取乳状液膜法进行含重金属锡废水、含锌废水处理效果良好。尤其是在含锌浓度方面，通过该处理法能够由350mg/L降至5mg/L，由此可见，降低幅度大，且与国家排放标准相符。第三，有机废水处理。有机废水处理过程中，醋酸质量浓度可通过乳状液模体系进行处理。环境适宜的情况下，如废水醋酸浓度为1000mg/L，则提取率将在96%以上。
3、发展分析
3.1、微滤技术
在膜分离技术中较为常见的一项技术即微滤技术，该技术在操作压力小于0.2MPa的情况下便能够将0.1～10μm的物质或颗粒过滤掉。该技术和其他过滤工艺原理大致相同，均属于筛网过滤的范畴。其对液体具有较强的适应性，且占地面积较小，是一种经济性的微过滤方式，所以常常被用来处理饮用水。不仅如此该项技术还能替代城规的澄清过滤以及二沉池，就算出现较大的水质波动，利用微滤技术也可以连续处理。不仅如此，微滤技术还适用于各类废水的处理，从而大幅降低水中的浑浊度与悬浮物，以便于达到重复利用的目的。通常情况下，根据过滤方式的不同，可将该项技术分为死端过滤以及全量过滤两种。
3.2、超滤技术
该项技术的原理与筛选原理相似，通过筛选出废水中的大分子物质、胶体、固体颗粒物以及悬浮物等以达到净化水体的目的。当前该项技术主要运用于汽车工业以及电气工业中的电泳漆废水处理当中。超滤膜属于压力驱动膜，在对电泳漆废水处理时，将其中的金属离子杂质进行有效筛选，从而实现重复利用。但是在利用该项技术时，随着时间的增长，超滤膜的通过量会逐渐下降，情况严重的还会导致膜污染以及浓差极化的情况。不仅如此，通常需要开展较为复杂的预处理方能有效利用超滤技术，并且其成本费用高昂，所以在推广与应用过程中会受到一定制约。
3.3、反渗透技术
反渗透技术的脱除率极高，绝大部分的溶质都能够通过该项技术脱除，以有效提升反渗透水质的质量。超滤处理之后，以除去废水内的丙烯腈等聚合物，废水过滤后仅剩部分小颗粒聚合物，5到6之间为溶液pH值，0.235到0.240cp为其粘度值，40℃为其温度，0.35%到0.50%为CN-范围，3000到3500mg/LCOD范围。选取BW30-400-FR型号反渗透膜，管状为其反渗透膜形状，1mm为其外径，0.2mm为膜厚度，列管式为膜组件，5cm2为膜有效截面积，每小时纯水透过流量为71.2g。为确保检验效果，与工业实际值相比，CN-浓度应高出一些，因此试验过程中，可将相应量的氢氰酸添加到纯净水内，进行含氰废水CN-（0.55%）的制作。要求在2种条件下进行试验，分别如下：第一，直接试验；第二，含氰废水的pH值通过NaOH溶液进行调节，要求控制在8到9pH值之间即可进行试验。通过NaOH溶液的添加，可对原水pH值进行充分调节，将提高反渗透膜对CN-的截留率，从原有的88.9%可提升至93.8%左右，具有良好效果。
3.4、液膜分离技术应用
根据笔者研究可知，液膜分离技术主要是利用浮在液体表面的乳液颗粒将废水中氨、苯胺等物质予以清除，该技术虽然多用在含特定离子或有机物环境废水处理中，但其效率却很高（通常相关物质清除可达98%以上）。与固膜比较，液膜分离技术不但具有更高清理效率，同时其传质速度与选择性也更优，另外该技术操作上十分简易、设备简单，且还可以回收废水中一些有用物质，因而凭借着如此众多优点，液膜分离技术在环境工程废水处理上有较好地应用。
膜的材料和生产工艺复杂，价格昂贵，属高科技。目前商品化的UF膜的制作是由相转化法采用聚合物材料制备的，材料有有机和无机两种，包括：聚砜（PSF）/聚醚砜/（PES）磺化聚砜/聚砜酰胺（PSA），聚丙烯腈（PAN），聚脂肪酰胺，聚偏二氟乙烯（PVDF），复合UF膜，聚酰亚胺（PI）/芳香聚酰胺（PA），纤维素（CA，CTA及再生纤维素），聚醚醚酮（PEEK），陶瓷膜（氧化铝、氧化锆，[其皮层通过溶胶———凝胶法制备]）。不同的膜具有不同的特性和耐性，如陶瓷膜可耐温。在污水处理工程中可根据污水的成分特征和具体工况选择膜的材质，对膜来说可根据要求做成各种形状：管式、板式、板框式、中空纤维式，来适合不同的结构要求。
总之，伴随国民经济发展速度的不断提升，生态环境却逐渐恶化，尤其是水资源污染、浪费情况极为严重，作为不可再生资源，水是生命之本，对地球上的所有生物而言极为珍贵。但在工业化高速发展的今天，越来越多的工业化学物料有害物质被排入、渗入水内，为更好地提升水处理环境工程质量，膜分离技术得到了广泛应用。作为新型分离技术，膜分离技术是指通过一张具备特殊选择性的薄膜，通过外力功能，分离、提纯并浓缩混合物。通过该技术的应用，对环境保护极为有利，将带来良好的经济效益。
参考文献
[1] 李钢，沈文涛.膜分离技术在环境工程中的应用分析[J].智能城市，2017，3（04）：214.
[2] 黄万抚，刘玉娇，李新冬，梁娟，李英杰，陈洋.膜分离技术用于废水中金属的分离和回收[J].工业水处理，2016，36（07）：5-10.
[3] 王碧文.探讨膜分离技术在环境工程中的应用[J].求知导刊，2015，（14）：27.
[4] 陈思贤，曹娟.膜分离技术在水处理环境工程中的应用[J].河南科技，2014，（16）：18.
[5] 华玲.浅析膜分离技术在水处理环境工程中的应用[J].科技创业家，2013，（14）：167+169.