膜分離技術(shù)及在污水處理中應(yīng)用

1、膜分離技術(shù)及在污膜分離技術(shù)及在污水處理中應(yīng)用水處理中應(yīng)用目錄12345膜分離技術(shù)概述膜分離技術(shù)概述膜分離技術(shù)原理膜分離技術(shù)原理膜材料分類及裝置膜材料分類及裝置膜技術(shù)在污水處理中應(yīng)用膜技術(shù)在污水處理中應(yīng)用膜分離技術(shù)前景與展望膜分離技術(shù)前景與展望1 膜分離技術(shù)概述膜分離技術(shù)概述 膜分離技術(shù)是指在分子水平上不同粒徑分子的混合物在通過半透膜時(shí)，是借助膜的選擇滲透作用, 在外界能量或化學(xué)位差的推動(dòng)下對(duì)混合物中溶質(zhì)和溶劑進(jìn)行選擇性分離、分級(jí)、提純和富集的技術(shù)。在20世紀(jì)初出現(xiàn)，20世紀(jì)60年代后迅速崛。膜分離技術(shù)由于兼有分離、濃縮、純化和精制的功能，又有高效、節(jié)能、環(huán)保、分子級(jí)過濾及過濾過程簡單、易于控制

2、等特征，因此，已廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、生物、環(huán)保、化工、冶金、能源、石油、水處理、電子、仿生等領(lǐng)域，并且產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。其中材料膜可根據(jù)孔徑大小可以分為：微濾膜（MF）、超濾膜（UF）、納濾膜（NF）、反滲透膜（RO）等。 18世紀(jì)末，法國的Abble Neklt，發(fā)現(xiàn)水能很自然地?cái)U(kuò)散到裝有酒精溶液的豬膀胱內(nèi)，首次揭示了膜分離現(xiàn)象。但直到19 世紀(jì)中葉才發(fā)現(xiàn)了透析（Dialysis）現(xiàn)象。20世紀(jì)60年代，膜分離技術(shù)才在工業(yè)上應(yīng)用。目前，我國反滲透膜常用的材料主要為醋酸纖維素膜、芳香聚酰胺膜和殼聚糖膜。發(fā) 展 歷 程l 20 世紀(jì)30 年代微孔過(Microfiltration

3、)l 40 年代滲析(Dialysis);l 50 年代電滲析(Electrodialysis)l 60 年代反滲透(Reverse osmosis);l 70 年代超濾(Ultraf iltration);l 80 年代氣體分離(Gas separation);l 90 年滲透汽化(Pervaporation)1.1 膜分離技術(shù)的發(fā)展歷史膜分離技術(shù)的發(fā)展歷史1.2 膜分離技術(shù)工藝特點(diǎn)膜分離技術(shù)工藝特點(diǎn)在常溫下進(jìn)行，特別適用于熱敏性物質(zhì)的分離與濃縮，例如酶、蛋白質(zhì)、抗生素藥物等；無相態(tài)變化，保持原有特性，能消耗低；典型的物理分離過程，無化學(xué)變化，分離產(chǎn)品不受污染；選擇性極強(qiáng)，可在分子級(jí)內(nèi)進(jìn)行物

4、質(zhì)分離；適應(yīng)性強(qiáng)，工藝簡單，操作方便，易于自動(dòng)化，處理規(guī)模隨意性強(qiáng)膜分離技術(shù)缺點(diǎn)：易濃差極化和膜污染、膜壽命有限等膜分離技術(shù)缺點(diǎn)：易濃差極化和膜污染、膜壽命有限等2 2 膜分離技術(shù)原理膜分離技術(shù)原理 膜分離是借助膜具有選擇性分離功能材料性質(zhì)，利用膜的選擇性分離實(shí)現(xiàn)料液的不同組分的分離、純化、濃縮的過程。它與傳統(tǒng)過濾的不同在于，膜可以在分子范圍內(nèi)進(jìn)行分離，并且這過程是一種物理過程，不需發(fā)生相的變化和添加助劑。在工業(yè)中常用的膜分離技術(shù)有微濾（M F）、超濾（U F）、反滲透（ R O )、納濾( N F )、電滲析( ED )、液膜( L M )、膜蒸餾(M D ) 等。微濾: 實(shí)質(zhì)是利用膜的“篩

5、分”作用來進(jìn)行的，膜在兩側(cè)靜壓差的作用下, 使得小于膜孔的粒子透過膜, 大于膜孔的粒子則被截留在膜的表面上, 大小不同的粒子得以分離。其中膜孔徑大約0.1 m; 主要從氣相和液相物質(zhì)中截留微米及亞微米的細(xì)小懸浮物、微生物、微粒、細(xì)菌等。超濾：實(shí)質(zhì)是壓力驅(qū)動(dòng)的篩孔分離過程,與微濾類似在膜表面上機(jī)械截留( 篩分) 、在膜孔中停留( 阻塞) 、在膜表面及膜孔內(nèi)吸附等形式膜孔徑在10100 nm, 主要用于分離液相物質(zhì)中諸如蛋白質(zhì)、淀粉等大分子化合物等。反滲透：膜孔徑小為1 nm,實(shí)質(zhì)是一種壓力驅(qū)動(dòng)的膜過程,因其最精細(xì)過程，也被稱作“高濾”。利用反滲透膜的選擇透過性截留離子物質(zhì)性質(zhì)，主要用于水的脫鹽、

6、軟化、除菌等。3 3 膜材料分類及裝置膜材料分類及裝置 膜材料分為有機(jī)和無機(jī)兩大類。有機(jī)材料主要包括纖維素類、聚酰胺類、芳香雜環(huán)類、聚砜類、聚烯烴類、硅橡膠類、含氟高分子類等; 無機(jī)材料主要以金屬、金屬氧化物、陶瓷、多孔玻璃等為主。膜是分離過程的核心。 由于膜的種類和功能繁多, 分類方法有多種,比較通用的有4 種方法, 即按膜的性質(zhì)分類、按膜的結(jié)構(gòu)分類、按膜的用途分類以及按膜的作用機(jī)理分類。膜按照來源形態(tài)與結(jié)構(gòu)分類如右圖1膜裝置膜裝置根據(jù)膜的形狀, 膜分離裝置基本上可分為如下幾類板式結(jié)構(gòu):管式結(jié)構(gòu):卷式結(jié)構(gòu):中空纖維結(jié)構(gòu)：旋葉式動(dòng)態(tài)膜裝置:4 4 膜技術(shù)在水處理中應(yīng)用膜技術(shù)在水處理中應(yīng)用 反滲

7、透膜和納濾膜可在外加壓力下脫出溶液中的無機(jī)鹽和大分子物質(zhì)，在透過水分子的同時(shí)截留無機(jī)鹽、糖類、氨基酸及水中污染物，透過溶劑。反滲透膜具有更高的脫除率，使得反滲透膜和納濾膜在水處理方面得到廣泛應(yīng)用。4.1 海水和苦咸水海水和苦咸水 通過反滲透脫鹽技術(shù)對(duì)海水和苦咸水脫鹽，可解決飲用水的需求。納濾膜可用于水質(zhì)軟化、降低總?cè)芙夤腆w（TDS）濃度、去除色度和有機(jī)物。軟化水處理是納濾膜最大的應(yīng)用市場(chǎng)。4.2 工業(yè)廢水 電鍍廢水：反滲透膜已大規(guī)模用于處理含鋅、鎳、鉻、銅等單一或混合重金屬廢水，從而實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用。 紡織印染廢水：印染行業(yè)產(chǎn)生的廢水色度高、水量大，含有生物毒性物質(zhì)和重金屬元素， 若直接排放

8、會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。納濾法對(duì)紡織工廠廢水處理效果最有效。 化工廢水：化工廢水的隨意排放不僅是對(duì)環(huán)境的一大污染，還是對(duì)資源的浪費(fèi)，可通過利用納濾和反滲透聯(lián)合技術(shù)處理廢水，使廢水回收率達(dá)到90%，膜分離積水本身不造成二次污染，經(jīng)濟(jì)有效。 生活污水處理：目前，污水處理方法，按照生活污水中各種污染物含量、水用途、水質(zhì)要求，采用不同的處理工藝流程。其處理系統(tǒng)組成包括：前處理技術(shù)、中心處理技術(shù)、后處理技術(shù)。前處理技術(shù)指一級(jí)處理（格柵和初沉池），中心處理技術(shù)可分為生物處理技術(shù)（活性污泥法和生物膜法）和膜分離技術(shù)。其中膜分離技術(shù)可通過反滲透技術(shù)對(duì)污水進(jìn)行脫磷、脫氮、脫鹽，實(shí)現(xiàn)水的回收利用。5 5 膜分離技術(shù)

9、前景與展望膜分離技術(shù)前景與展望 膜分離技術(shù)具有分離效率高, 設(shè)備簡單, 操作方便, 無相變和省能等優(yōu)點(diǎn), 它在環(huán)保領(lǐng)域中的應(yīng)用潛力很大, 發(fā)展前景十分廣闊. 但是, 總體上來講, 膜成本太高, 膜污染及壓實(shí)等問題縮短了膜的使用壽命, 這些問題阻礙了膜技術(shù)的進(jìn)一步大規(guī)模應(yīng)用。因此，膜分離技術(shù)想要實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍，必須在這幾方面實(shí)現(xiàn)突破：l 膜材料：開發(fā)耐高溫、抗污染、耐酸堿等性質(zhì)穩(wěn)定、成本低廉的新型膜材料, 以降低造價(jià)。l 新的膜過程：開發(fā)能充分發(fā)揮膜性能的膜組件并向大型化發(fā)展;l 各種膜分離技術(shù)的組合使用、膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)處理分離技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，開創(chuàng)分離性能更高、操作更簡便的處理工藝系統(tǒng)。l 膜分離機(jī)理：弄清膜污染的機(jī)理, 找到解決膜污染的最佳途徑以延長膜的使用壽命;參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 何旭敏，何國梅, 曾碧榕, 等.膜分離技術(shù)的應(yīng)用J . 廈門大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué) 版), 2001, 40 (2): 495- 502.2 刑啟華.膜分離技術(shù)的應(yīng)用J . 化學(xué)教育, 2000, (6): 22- 243 許振良. 膜法水處理技術(shù)時(shí)北京: 化學(xué)工業(yè)出版社,2012 一704 張杰, 褚良銀, 陳文梅.膜分離技術(shù)在廢水處