楊剛劍

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近幾年來膜分離技術(shù)取得了很大的發(fā)展，而且不斷創(chuàng)新了很多品種，可以更好的滿足人們的多樣化需求。膜分離技術(shù)的基本原理主要是利用膜具有選擇性滲透作用，通過化學(xué)位差或者外界能量的推動(dòng)作用下有效的分離、提純、富集混合物中的液體或者氣體，在膜分離的整個(gè)過程中基本上不會(huì)出現(xiàn)相變，能耗相對(duì)較低，而且可以在常溫狀態(tài)下進(jìn)行，尤其適用于果品、藥物、酶等熱敏性物質(zhì)分級(jí)、分離及濃縮。相對(duì)于傳統(tǒng)的分離方法而言，膜分離技術(shù)效率更高，操作更加簡(jiǎn)便，裝置簡(jiǎn)單，便于控制和維修，而且投資費(fèi)用較低，是一種高效、節(jié)能的新技術(shù)。目前，膜分離技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、生物化工、環(huán)境保護(hù)、濕法冶金、水處理等諸多領(lǐng)域中，備受各大工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的關(guān)注和重視，因此值得進(jìn)行深入研究、探討。

1 膜分離技術(shù)的基本特點(diǎn)

膜實(shí)際上也就是一種凝聚相物質(zhì)，用于分離一兩個(gè)流體相。對(duì)于膜而言，可以是氣態(tài)、固態(tài)、液態(tài)等多種凝聚性形式。而且，膜可為一相，也可為復(fù)合相，但是對(duì)于復(fù)合相而言，相和膜相之間的相表面會(huì)有所差異，這主要是由于膜有多薄，都必須2個(gè)或2個(gè)以上界面，但是也正是由于這2個(gè)或2個(gè)以上界面，才可以發(fā)揮出膜分割流體物質(zhì)的作用。其次，膜面積并沒有明確的規(guī)定，可小可大，在流體相中，膜可以以獨(dú)立形式存在，也可以在支持體的微孔中或者在載體表面依附。膜分離主要是由梯度差異（包括電位差、壓力差、濃度差、分壓差等）來推動(dòng)，一般可將膜分離劃分為以下3種形式：

1.1 滲析式膜分離

這種膜分離形式的主要原理是在固體膜側(cè)放置被處理的溶液，而在接納滲析組分的溶液或者溶劑放置膜的另外一側(cè)，然后通過電位差、濃度差等將料液中的一些離子或者溶質(zhì)推動(dòng)透過膜進(jìn)入到接受液中，最后將其分離。電滲析、滲析是滲析式膜分離的主要形式。

1.2 過濾式膜分離

這種膜分離方式的基本原理，就以溶液來講解，在固體膜（也即是分離器）側(cè)放置待處理的溶液，然后通過額外增加的壓力或者自身形成壓力差的推動(dòng)下，部分物質(zhì)會(huì)透過膜形成滲濾液，而沒有通過膜的部分溶液也就會(huì)形成濾余液。如果是混合氣體，最后可被分離成濾余氣、滲濾氣。因?yàn)榇幚砘旌衔镔|(zhì)的組分物質(zhì)存在一定差異，分子大小也會(huì)存在很大差異，因此這些物質(zhì)透過膜的速率也會(huì)存在較大區(qū)別，這樣就會(huì)導(dǎo)致殘留的部分和透過部分的組分有所不同，最終分離組分?，F(xiàn)階段，過濾式膜分離的形式主要包括微濾、滲透、超濾以及氣體滲透等。

1.3 液膜分離

這種分離形式在分離的過程中，料液、接受液、液膜分別是第一液相、第二液相、第三液相，液膜介于接受液以及料液之間，這三個(gè)液相是相互獨(dú)立的，并不能相互混合。液膜分離的過程實(shí)際上也是反萃取和萃取的有機(jī)結(jié)合，萃取就相當(dāng)于溶質(zhì)通過料液進(jìn)入到液膜中。

2 分析膜分離技術(shù)在化工方面的實(shí)際應(yīng)用

現(xiàn)階段，關(guān)于膜分離中的電滲析技術(shù)、超濾技術(shù)、反滲透技術(shù)以及微濾技術(shù)等技術(shù)已經(jīng)相對(duì)較為成熟，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，并且也取得了比較顯著的市場(chǎng)效益。尤其是隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷提高，在化工生產(chǎn)以及環(huán)境污染治理等工作中廣泛應(yīng)用到膜超濾技術(shù)以膜微濾技，特別在水中病毒、細(xì)菌過濾以及水中細(xì)微顆粒以及金屬沉淀物中的應(yīng)用較為突出。

2.1 含氟化合物去除中的應(yīng)用

目前很多磷肥生產(chǎn)企業(yè)會(huì)利用膜微濾技術(shù)將磷石膏廢水中的一些含氟化合物去除，膜分離技術(shù)可以有效截留大分子溶質(zhì)，微粒在0.05-10um左右也可以去除。根據(jù)相關(guān)研究顯示，廢水通過膜微濾技術(shù)處理以及石灰乳處理的殘余氟量會(huì)有很大差異，前者比后者低很多。以往在廢水中加入石灰乳，廢水中的氟化合物中和以及沉淀的效果并不理想，很難符合標(biāo)準(zhǔn)的排放要求（10mg/L）。而且傳統(tǒng)的石灰乳處理廢水的過程中，首先會(huì)在廢水中加入兩級(jí)石灰乳中和后，再將石灰乳、鐵鹽、廢水中和反應(yīng)后產(chǎn)生的CaF2微粒全部加入到養(yǎng)晶槽內(nèi)進(jìn)行絮凝沉淀反，然后再固液分離沉降槽中的絮凝沉淀物，最后將沉淀槽的槽底污泥通過泵送到過濾機(jī)中，使其脫水。整個(gè)處理過程相當(dāng)繁瑣，時(shí)間也比較長(zhǎng)。

但是通過將膜微濾技術(shù)處理廢水中的含氟化合物，只需要在膜分離器中放置石灰乳，還有廢水進(jìn)行中和反應(yīng)后的CaF2微粒即可。通過膜微濾技術(shù)處理的廢水含氟量大概只有6mg/L左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于10mg/L，符合廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，這樣廢水也可以循環(huán)應(yīng)用。

2.2 在廢氣粉塵回收中的應(yīng)用

在工業(yè)生產(chǎn)過程中很容易產(chǎn)生大量的粉塵，對(duì)周圍環(huán)境會(huì)造成嚴(yán)重的污染。比如，若采用旋風(fēng)分離器或者普通袋濾器來處理水泥窯尾氣，尾氣的粉塵含量經(jīng)處理后大概是90~115mg/m3，這樣形成的系統(tǒng)阻力介于1.5~2.0kPa左右，并不滿足國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)由于尾氣含水量較大，若短時(shí)間內(nèi)溫度急劇下降，極易導(dǎo)致生產(chǎn)設(shè)備堵塞，對(duì)生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。但是若采用膜微濾分離技術(shù)處理，廢氣粉塵含量可降低至4.3mg/m3，而系統(tǒng)阻力也只是在1.00kPa左右，完全滿足國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)可減少生產(chǎn)設(shè)備堵塞現(xiàn)象，大大提高生產(chǎn)效率。其次，膜微濾分離器至少會(huì)有3年以上使用壽命，比較經(jīng)濟(jì)、節(jié)能。在磷肥生產(chǎn)、磷酸氫鈣干燥窯尾氣、石灰窯、鈦白粉生產(chǎn)、磷銨生產(chǎn)等諸多方面粉塵處理中都有所應(yīng)用。

2.3 其他應(yīng)用分析

目前，在自然水、苦鹵、海水純化等工作中都廣泛應(yīng)用到了電滲析分離技術(shù)，尤其是在初級(jí)純水以及飲用水純化中的應(yīng)用相對(duì)廣泛。通過膜電滲析分離技術(shù)可以提高工業(yè)廢水的凈化率，循環(huán)利用水資源。而且也可用于醇類物質(zhì)分離、水分離、果汁脫酸分離等。

結(jié)語(yǔ)

總而言之，膜分離技術(shù)作為一種新興的高效分離技術(shù)，將其應(yīng)用于化工生產(chǎn)中可大大提高工業(yè)生產(chǎn)效益，也可大大減少能耗，緩解環(huán)境污染，有利于促進(jìn)化工行業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展。

[1]張慶軍.淺析膜分離技術(shù)及在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2013，12（04）：32.

[2]張明月，廖列文.新型膜分離技術(shù)及其在化工行業(yè)中的應(yīng)用[J]. 廣西化工，2013.

[3]劉茉娥，等.膜分離技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.