孔磊 張楠

摘要：隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)用的化學(xué)物料中混合物的種類非常復(fù)雜，需要將有用的物質(zhì)分離出來，作為生產(chǎn)的需要，這對于分離技術(shù)發(fā)展是一種有力的推動。然而我們的自然資源隨著開發(fā)利用的加劇，已經(jīng)在漸漸的在減少。以此，對于是新的分離技術(shù)要求也更加迫切，隨著膜分離、反應(yīng)分離聯(lián)用等技術(shù)的出現(xiàn)，極大地推動了資源的利用效率。而膜分離技術(shù)是其中最為完善，也是應(yīng)用最廣的一種新型分離技術(shù)，尤其適用于處理工業(yè)廢水以及生活污水。本文將對膜分離技術(shù)的相應(yīng)原理進(jìn)行探討，希望對今后相關(guān)內(nèi)容的研究提供借鑒。

關(guān)鍵詞：膜分離技術(shù)水環(huán)境處理；環(huán)境工程；應(yīng)用

前言

水不可再生資源，對于人民的生產(chǎn)生活又是不可或缺的。我國水資源豐富，但是人均占有量遠(yuǎn)低于世界平均水平，因此對于水資源的利用技術(shù)的研究十分迫切。隨著工業(yè)化進(jìn)程的的不斷發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)中需要分離一些涉及的各種混合物化學(xué)物料，這就對分離技術(shù)提出了更高的要求。膜分離技術(shù)其實(shí)就是采用一張具有特殊選擇性能的薄膜，借用外力的作用對混合物進(jìn)行分離、提純并進(jìn)行濃縮的一種新型分離技術(shù)。這種膜必須具有選擇性能，確保有的物質(zhì)可以通過，有的物質(zhì)不能通過，現(xiàn)在多數(shù)用的膜是固體的，當(dāng)然這種膜還有液相以及氣相。目前，國家高度重視這種技術(shù)，使其使用范圍不斷擴(kuò)大，除了用于純水生產(chǎn)與海水淡化，還用于苦咸水淡化、含油廢水以及鍋爐脫鹽水等各方面，不僅帶來了經(jīng)濟(jì)效益，也有利于保護(hù)環(huán)境。

1 膜分離技術(shù)應(yīng)用原理

1.1 應(yīng)用物理性質(zhì)的原理

所謂物理性質(zhì)其實(shí)就是質(zhì)量、體積大小以及幾何形狀等方面的差異，膜在這里根據(jù)不同混合物的不同的物理性質(zhì)，充當(dāng)篩子的作用，對混合物進(jìn)行分離。

1.2 應(yīng)用化學(xué)物質(zhì)的原理

這里主要是指混合物通過分離膜的速度。我們可以將這種速度分為兩種。一種是指經(jīng)由膜的表面，與混合物進(jìn)行接觸，從而進(jìn)入膜內(nèi)的速度，即溶解速度；另一種是擴(kuò)散速度，即在進(jìn)入膜內(nèi)后，從膜的表面擴(kuò)散到膜另外面的速度。溶解速度主要是由混合物以及使用分離的材料膜的化學(xué)性質(zhì)決定，而擴(kuò)散速度則不僅取決于混合物以及適用分離的材料膜的化學(xué)性質(zhì)，而且跟物質(zhì)的相對分子質(zhì)量有著極大的關(guān)系。

2 膜分離技術(shù)的類型

膜分離技術(shù)包括很多種，這里主要簡單介紹幾種分離技術(shù)：

2.1 微濾分離技術(shù)（MF）

微濾分離技術(shù)是一種比較高級的過濾技術(shù)，采用篩分原理并將壓力差作為某種助推力對膜進(jìn)行分離的過程。與普通過濾相比，相關(guān)技術(shù)原理是不變的，只是進(jìn)行過濾的微粒稍微小一點(diǎn)，比普通過濾技術(shù)更加先進(jìn)。

2.2 超濾分離技術(shù)（UF）

超濾分離技術(shù)主要是去除水中的雜質(zhì)，屬于壓力驅(qū)動的膜分離過程。該分離技術(shù)廣泛用于分離大分子物質(zhì)，膠體以及蛋白質(zhì)等，對取出廢水中的懸浮物、膠體以及雜質(zhì)等起到重大的作用，可以替代活性炭過濾器以及多介質(zhì)過濾器。

2.3 反滲透分離技術(shù)（RO）

反滲透分離技術(shù)在高壓的情況下會及時(shí)阻止某些病毒、細(xì)菌或者某些鋅、鈣等離子等，而水分子則可以順利通過，從而獲得較高質(zhì)量的純水。

2.4 納濾分離技術(shù)（NF）

納濾分離技術(shù)其實(shí)也是一種分子級的膜分離技術(shù)，其進(jìn)行溶解組分最好是大小在1nm左右。

2.5 電滲析分離技術(shù)（ED）

電滲析分離技術(shù)其實(shí)是一種通過電能來進(jìn)行膜分離的技術(shù)。該分離技術(shù)采用直流電作為助推力，將陰、陽離子透過膜對水中的陰、陽離子進(jìn)行選擇，使得兩種水體之間的通過膜發(fā)生相互轉(zhuǎn)移，從而發(fā)生物質(zhì)分離過程。該技術(shù)借助直流電的作用，采用電位差作為助推力，然后通過離子交換膜的選擇透過性將溶液中的電解質(zhì)分離出來，然后達(dá)到將溶液濃縮、淡化以及對溶液提純。

2.6 動態(tài)膜（DM）

動態(tài)膜分離技術(shù)其實(shí)不僅包括動態(tài)膜分離層本身還包括動態(tài)膜的載體。所謂載體其實(shí)就是指通過不銹鋼絲網(wǎng)等大孔徑材料對動態(tài)膜進(jìn)行承載。而動態(tài)膜分離層本身其實(shí)就是該技術(shù)的主體，其不僅依附在動態(tài)膜載體上，而且還行使著分離功能的濾餅層或者污泥層。就目前而言，動態(tài)膜分離技術(shù)還處在不斷發(fā)展之中，在進(jìn)行污水處理方面還是處在不斷嘗試的階段。

3 膜分離技術(shù)在水處理環(huán)境工程中的應(yīng)用

膜分離技術(shù)在水處理方面的應(yīng)用是越來越廣泛，既可以用來給水處理，關(guān)鍵是還可以用來進(jìn)行污水處理，造福環(huán)境工程。下面我們主要闡述膜分離技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用。

3 .1 工業(yè)廢水的處理

（1）石化廢水處理。王立國等人曾展開對勝利油田的含油污水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，采用的裝置是中空纖維超濾。他們在設(shè)計(jì)時(shí)，將規(guī)模設(shè)為每小時(shí)1.5t，在進(jìn)行過濾后，水中的懸浮固體含量以及含油量分別為0.56mg/L與0.5mg/L，這種設(shè)計(jì)完全可以滿足地滲透油層注水對水質(zhì)的要求。而2004年北京燕山石化則是采用了超濾工藝對28800t/年的污水進(jìn)行重復(fù)利用。

（2）含重金屬廢水處理。G.Sznej等曾采用乳狀液膜法對含重金屬錫的廢水進(jìn)行處理，并且取得了良好的效果。有一家奧地利的公司也采用這種方法對粘膠纖維廠含鋅廢水進(jìn)行處理，這使得廢水中的含鋅濃度大大降低，從350mg/L降到5mg/L。我國也曾建立類似的裝置并在料液酸度較低的情況下來對鋅的質(zhì)量濃度進(jìn)行處理，處理后的含鋅質(zhì)量濃度低到5mg/L，完全符合國家排放的標(biāo)準(zhǔn)。此方法不僅獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益，更加有利于環(huán)境工程的建設(shè)。

（3）造紙廢水處理。有研究學(xué)者在對造紙黑水進(jìn)行處理時(shí)通過乳狀液膜法進(jìn)行，達(dá)到了預(yù)期的效果。而還有研究者采用了微濾預(yù)處理與納濾膜處理結(jié)合起來處理造紙廢水。在去除溶解性有機(jī)物時(shí)，一定要在處理前將絮凝加入其中，微濾分離根本去除不了這種溶解性有機(jī)物，絮凝可以降低COD，從而降低膜的硬度，順利除去水中的離子。

（4）有機(jī)廢水處理。劉國光等人在進(jìn)行有機(jī)廢水處理時(shí)，采用的是乳狀液膜體系來處理醋酸質(zhì)量的濃度，在適宜的環(huán)境下操作后，使得醋酸濃度為1000mg/L廢水的提取率超過96%。

（5）其他廢水處理。某研究院曾研制了可以從高溶度廢水中對資源進(jìn)行回收的工藝，即液膜分離。其研究主要是利用液膜分離工藝來從農(nóng)藥廢水中的酚以及含氰廢水中的氰化物進(jìn)行回收，此外還可以利用該工藝對燃料廢水進(jìn)行處理，這些都取得了非常好的效果。

3 .2 生活污水的處理

早在20世紀(jì)90年代中期，日本就建了39座利用膜分離技術(shù)來進(jìn)行污水處理的廠，并全部投入使用，還有超過100座高樓利用MBR法將處理好的污水回收到中水管道，并使得這些系統(tǒng)的出水量都符合深度處理的標(biāo)準(zhǔn)，從而大大造福環(huán)境工程。有研究學(xué)者曾利用某種微濾膜裝置來對城市的污水進(jìn)行處理，該裝置的規(guī)模為800m3/d。在使用這種裝置后發(fā)現(xiàn)，水質(zhì)達(dá)到了一般生活非飲用水的標(biāo)準(zhǔn)。在這三種情況下可以正常運(yùn)行超過30d，依次為13.9、16.7 以及20.8L/（m2 h）。這種裝置將生活污水中去除COD超過90%，在出水COD 20到30mg/L中，污水中的懸浮固體絕大部分都被截留以及分離。

4 結(jié)語

膜分離技術(shù)屬于某種新技術(shù)，與傳統(tǒng)分離相比，過程并沒有什么變化，操作方面還是蒸發(fā)、萃取以及深冷分離等。這種技術(shù)可以在常溫下進(jìn)行操作，這種技術(shù)擁有設(shè)備簡單、運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)，不僅能夠降低能耗，還有利于提高效率?，F(xiàn)如今，世界水處理都朝著開發(fā)水資源，通過廢水回收來緩解水資源的壓力，并達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。隨著工業(yè)化技術(shù)的不斷發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)中出現(xiàn)的一些化學(xué)物料里面所涉及的各種混合物越來越多，這些對于分離技術(shù)的要求也是日益提高。膜分離技術(shù)一旦獲得發(fā)展，在水處理領(lǐng)域定能獲得更加廣泛的應(yīng)用。加之膜材料性能不斷改進(jìn)，技術(shù)越來越高，可能取代常規(guī)水處理的工藝，在處理污水以及供水處理方面發(fā)揮越來越重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

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