膜分離技術(shù)在水處理中的應(yīng)用

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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(lái)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(lái)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(guò)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(guò)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(kāi)物質(zhì)。物質(zhì)通過(guò)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(guò)膜所需的時(shí)間越短，混合物中各組分透過(guò)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(kāi)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(guò)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(kāi)發(fā)為新的水資源。我國(guó)采用“微絮凝纖維過(guò)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(kāi)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(lái)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(guò)濾能力，而且還具有去除過(guò)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(guò)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(guò)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(wèn)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(guò)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(wèn)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(wèn)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(guò)了40年的開(kāi)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(lái)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(kāi)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?？梢灶A(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。