超濾在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用

超濾在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用安徽大學(xué)本科課程論文題目：超濾膜在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用Title:Applicationofultrafiltrationinwatertreatment學(xué)生姓名：余紅云學(xué)號：C3121455院（系）：化學(xué)化工學(xué)院專業(yè)：高分子材料與工程課程：現(xiàn)代分離技術(shù)教師姓名：陳鵬鵬聯(lián)系方式163.com完成時(shí)間：2015年6月1日

超濾在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用摘要本文主要就超濾膜技術(shù)進(jìn)行了介紹。針對目前超濾膜在水處理方面的廣泛應(yīng)用進(jìn)展，分別從醫(yī)藥工業(yè)用無菌水、飲用水、電子工業(yè)用水、食品廢水等方面介紹了超濾膜應(yīng)用動(dòng)態(tài)；并指出超濾膜應(yīng)用過程中膜污染的問題以及今后研究的方向。關(guān)鍵詞膜分離超濾膜水處理超濾膜的污染ApplicationofultrafiltrationinwatertreatmentAbstractThispapermainlyintroducesthetechnologyofultrafiltrationmembrane..Accordingtotheultrafiltrationmembranetowatertreatmentiswidelyused,respectivelyfromthepharmaceuticalindustrywithsterilewater,drinkingwater,electronicindustrialwater,foodwastewater,andotherintroducedultrafiltrationmembraneapplieddynamic;andpointsoutthattheapplicationprocessofultrafiltrationmembranefoulingproblemsandfutureresearchdirection.Keywords:membraneseparation;ultrafiltrationmembrane;watertreatment;ultrafiltrationmembranefouling目錄1膜分離技術(shù) 41.1概述 42超濾 42.1超濾分離機(jī)理 42.2超濾膜的性能表征 42.3超濾膜的材料 42.4超濾裝置 43超濾的應(yīng)用 53.1醫(yī)藥工業(yè)及飲用水的生產(chǎn) 53.1.1醫(yī)用水的制備 53.1.2飲用水的生產(chǎn) 53.2廢水處理 53.2.1食品廢水的處理 53.2.2電鍍廢水的處理 53.2.3造紙廢水的處理 63.3海水淡化 63.3.1海水超濾預(yù)處理 63.3.2超濾技術(shù)海水淡化預(yù)處理技術(shù)相較于傳統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 64超濾膜發(fā)展中的問題 6參考文獻(xiàn) 7

1膜分離技術(shù)1.1概述膜分離技術(shù)被公認(rèn)為21世紀(jì)中期最有發(fā)展前途的高新技術(shù)之一。膜分離技術(shù)目前已應(yīng)用到各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，并以使海水淡化、燒堿生產(chǎn)、乳液加工等傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)面貌發(fā)生了根本性的變化。膜分離技術(shù)已經(jīng)形成了一個(gè)相當(dāng)規(guī)模的工業(yè)技術(shù)體系。膜分離過程按照其開發(fā)的年代前后有微孔過濾、透析、電滲透、反滲透、超濾、氣體分離和納濾。膜分離兼具分離、濃縮、純化和精制的功能，與蒸餾、吸附、吸收、萃取、生冷分離等傳統(tǒng)分離技術(shù)相比，它具有很多優(yōu)點(diǎn)：分離效率高；膜分離過程能耗低；工作溫度在室溫附近，特別適用于對熱敏物質(zhì)的處理；操作簡單，時(shí)間短等。膜分離技術(shù)目前已普遍用于化工、電子、輕工、紡織、冶金、食品、石油化工等領(lǐng)域，膜分離在應(yīng)用中所占比例大體為：微濾35.5%，反滲透13.0%，超濾19.1%，電滲析3.4%，氣體分離9.3%，血液透析17.7%，其他1.7%。在解決一些具體分離對象時(shí)，可綜合利用幾個(gè)膜分離過程或者將膜分離技術(shù)與其他分離技術(shù)結(jié)合起來，使之各盡所長，已達(dá)到最佳分離效率和經(jīng)濟(jì)效率。2超濾超過濾也是一種以壓力差為推動(dòng)力的液相膜分離方法。該方法自本世紀(jì)20年代問世以來，發(fā)展很快，目前已在工業(yè)生產(chǎn)、科研、醫(yī)學(xué)、廢水處理及回收利用等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。2.1超濾分離機(jī)理超濾是以壓力差為推動(dòng)力的膜分離過程，是在壓力推動(dòng)力作用下進(jìn)行的篩孔分離過程。在一定壓力作用下，當(dāng)含有高分子溶質(zhì)和低分子溶質(zhì)的混合溶液流過膜表面時(shí)，溶劑和小于膜孔的低分子溶質(zhì)（如無機(jī)鹽）透過膜，成為滲透液被收集；大于膜孔的高分子溶質(zhì)則被膜截留而作為濃縮液被回收。超濾是介于微濾和納濾之間的一種膜分離過程，膜孔徑在0.05微米至1納米之間。超濾膜的分離范圍為相對分子量約500~1000000的大分子、膠體和微粒。超濾膜的分離原理是篩分作用，其截留率取決于溶質(zhì)的尺寸和形狀。超濾膜的表層孔徑在5~100nm之間，利用表面和微孔內(nèi)的吸附、空中阻塞、表面截留等作用，分離水溶液中的大分子、膠體、蛋白質(zhì)等。2.2超濾膜的性能表征表征超濾膜性能的參數(shù)有水通量(以cm3/(cm2·h)表示)和膜截留率(以百分率％表示)。水通量用來表征超濾膜過濾料液的速率。膜截留率是指對一定分子量的物質(zhì)來說，膜所能截留的程度。2.3超濾膜的材料超濾膜材料主要是高分子材料和無機(jī)材料兩大類。工業(yè)上常用的超濾膜材料有乙酸纖維、聚砜、芳香聚酰胺、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯和尼龍等高分子材料，可根據(jù)使用要求選擇。我國研制的超濾膜有二乙酸纖維膜(CA)、三乙酸纖維膜(CTA)、氰乙基乙酸纖維膜(CN-CA)、聚砜膜(PS)、磺化聚砜膜(SPS)、聚砜酰胺膜(PSA)以及聚丙烯腈膜(PAN)、甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈共聚物膜(MMA-AN)等等。2.4超濾裝置超濾裝置的主要膜組件與反滲透法相似，有板框式、管式、螺旋式、毛細(xì)管式、中空纖維式等。3超濾的應(yīng)用超濾應(yīng)用規(guī)模較大，多采用錯(cuò)流操作。它已廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、工業(yè)廢水處理、超純水制備及生物工程。3.1醫(yī)藥工業(yè)及飲用水的生產(chǎn)3.1.1醫(yī)用水的制備水是醫(yī)藥和醫(yī)院最為廣泛使用的物質(zhì)，水質(zhì)的好壞直接關(guān)系到藥品的質(zhì)量，臨床醫(yī)用水的質(zhì)量直接關(guān)系到人的生命和健康，所以藥典對醫(yī)用水的要求非常高。醫(yī)用水有脫鹽水、無菌脫鹽水和注射用水,其中注射用水的品質(zhì)最高，它要求無菌、無熱原、不含鹽、有機(jī)物、膠體和溶解氣等。當(dāng)不需要去除離子時(shí)，而只需滅菌、除熱原和除病毒時(shí)，可以使用超濾法來生產(chǎn)醫(yī)用水。超濾膜可以用來從溶液中去除病毒、熱原、蛋白質(zhì)、酶和所有的細(xì)菌。注射針劑在裝瓶前，必須滅菌、除熱原，選擇合適截留分子量的超濾膜，可以取代傳統(tǒng)的微濾一吸附法除熱原工藝，一次完成除熱原和滅菌。對一些熱敏性的藥物如血清蛋白、胰島素及丙種球蛋白等，無法使用傳統(tǒng)的熱壓法滅菌，而超濾在常溫下操作，不會(huì)破壞藥物性能，同時(shí)滅菌、除熱原和澄清。該技術(shù)較傳統(tǒng)使用的蒸餾法，能耗大大降低，設(shè)備體積減少，設(shè)備簡單，操作方便。3.1.2飲用水的生產(chǎn)由于近年環(huán)境污染的加重和人們對水質(zhì)要求的提高，傳統(tǒng)的絮凝和過濾的方法處理供給城市飲用水已經(jīng)不能滿足要求。新的方法超濾膜不僅有效的去除濁度，還能對水中的細(xì)菌和病毒進(jìn)行有效的去除。試驗(yàn)說明超濾膜在飲用水處理方面有著很好的作用，可以代替絮凝、沉淀和沙濾等傳統(tǒng)的固、液分離方法。沒有預(yù)處理的超濾膜可以有效的去除濁度，短期的膜污染可以通過反沖洗，長期的不可逆的膜污染受膜聚合體類型影響。3.2廢水處理3.2.1食品廢水的處理食品工業(yè)中牛奶、飲料、淀粉、酵母、豆腐、肉類等加工過程中形成的廢水，含有大量的蛋白質(zhì)、淀粉、酵母、乳糖及脂肪等，都有一定的回收價(jià)值，而這類廢水中的BOD和COD又較高，會(huì)對環(huán)境造成污染。用一般生化法較難處理，且無法回收其中有用的物質(zhì)，用超濾法可以實(shí)現(xiàn)回收利用又達(dá)到凈化廢水的目的。如采用中空纖維和管式超濾裝置處理蟹加工廢水時(shí)，入口壓力采用0.18MP，出口壓力采用0.12MP，濃縮倍數(shù)可達(dá)十倍，20L廢水濃縮液經(jīng)離心干燥可獲得180g的干燥固體、含40%的蛋白質(zhì)和23%-45%的脂肪。3.2.2電鍍廢水的處理電鍍廢水的用水量高，其中的氰化物、六價(jià)鉻、鎳、銅、鋅、鎘等重金屬離子具有很強(qiáng)的毒性，對人、動(dòng)物和農(nóng)作物等都會(huì)造成嚴(yán)重的危害。電鍍廢水的特點(diǎn)是可生化性小，且里面的金屬離子難以被微生物吸收。目前國內(nèi)外治理電鍍廢水使用技術(shù)中，利用鐵氧化法處理電鍍廢水，雖然原料方便和價(jià)廉，但是出水色感差、污泥量大。利用電解法處理電鍍廢水，處理效果雖然較好，但是投資較大、耗電較多，處理成本持高不下。采用超濾膜和反滲透膜連用可以使鍍鎳廢水中的電導(dǎo)率、鎳、硝酸鹽和總有機(jī)碳的去除率分別為97%，99.8%，95%和87%，通過超濾膜作為預(yù)處理，反滲透膜的污染明顯減少，并且反滲透膜的通量能提高30~50%。在電鍍廢水中，超濾膜能對其中聚合體金屬分離，滲透的水能被回用，金屬離子也能得到回收。超濾膜分離技術(shù)從常規(guī)的電鍍清洗廢水中回收重金屬作為一種新的技術(shù)在發(fā)展。3.2.3造紙廢水的處理造紙廢水處理堿回收中應(yīng)用最多的是燃燒法堿回收，此種方法不僅不經(jīng)濟(jì)，還沒有對有用的物質(zhì)進(jìn)行回收。超濾應(yīng)用于造紙廢水中，主要是對某些成分進(jìn)行濃縮并回收，而透過的水又重新返回工藝中使用，主要回收的物質(zhì)是磺化木質(zhì)素，它可以再返回紙漿中被在利用，這樣就能創(chuàng)造較大的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。3.3海水淡化3.3.1海水超濾預(yù)處理海水超濾預(yù)處理技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的膜法預(yù)處理技術(shù)，主要用于海水反滲透(SWRO)的預(yù)處理過程，該過程克服了反滲透傳統(tǒng)預(yù)處理工藝出水水質(zhì)不穩(wěn)定、膠體和溶解有機(jī)物去除效果差以及使用多種化學(xué)試劑等諸多缺點(diǎn)和不足，具有廣闊的應(yīng)用前景。3.3.2超濾技術(shù)海水淡化預(yù)處理技術(shù)相較于傳統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

（1）能夠截留海水中固體懸浮物,膠體和微小細(xì)菌，降低淤泥污染指數(shù)(SDI)，從而降低了RO膜污染的趨勢，且UF出水水質(zhì)穩(wěn)定,不受原海水水質(zhì)變化的影響；

（2）可取代傳統(tǒng)預(yù)處理工藝中的多個(gè)步驟，空間利用率高，與傳統(tǒng)預(yù)處理工藝相比，可節(jié)省約50%的空間，且操作工藝簡單可靠，管理方便；

（3）減少對環(huán)境的影響，傳統(tǒng)預(yù)處理工藝需加入若干化學(xué)試劑(如絮凝劑、殺生劑、水質(zhì)穩(wěn)定劑、阻垢劑等)，且最終隨濃水排放,無論哪種排放方案，或多或少均會(huì)對環(huán)境產(chǎn)生不利影響；采用UF技術(shù)后,化學(xué)試劑的使用量將大幅度減少，從而減輕環(huán)境壓力。4超濾膜發(fā)展中的問題雖然超濾膜技術(shù)在很多領(lǐng)域得到了應(yīng)用，但限制其發(fā)展的主要是膜的污染和污染物質(zhì)在膜的表面積減小了膜的通量。超濾過程中，膜通量逐漸減少，甚至僅為純水通量的5%。造成這種現(xiàn)象的原因是膜污染和濃度差極化。膜污染是指處理物料中的微粒、膠體或大分子因與膜存在物理化學(xué)相互作用或機(jī)械作用而引起的膜表面或膜孔內(nèi)吸附和沉積造成膜孔徑變小或孔阻塞，使膜通量及膜的分離特性產(chǎn)生不可逆變化的現(xiàn)象。膜的親水性或疏水性