膜分离技术及其在水处理中的应用与前景

膜分离技术及其在水处理中的应用与前景（精选5篇）

膜分离技术及其在水处理中的应用与前景 篇1

介绍了膜分离技术的原理,国内外膜分离技术的分类以及最新发展.重点介绍了膜分离技术在水处理行业的应用以及所取得的`成绩和应用前景.

作 者：张永胜 张向荣 ZHANG Yong-sheng ZHANG Xiang-rong 作者单位：张永胜,ZHANG Yong-sheng(河北理工大学,建筑工程学院,河北唐山,063009)

张向荣,ZHANG Xiang-rong(唐山市规划建筑设计研究院,河北唐山,063000)

膜分离技术及其在水处理中的应用与前景 篇2

膜技术在水处理中应用的基本原理是:利用水溶液 (原水) 中的水分子具有透过分离膜的能力, 而溶质或其他杂质不能透过分离膜, 在外力作用下对水溶液 (原水) 进行分离, 获得纯净的水, 从而达到提高水质的目的。

1、反渗透 (reverse osmosis, RO)

反渗透[1]是用足够的压力使溶液中的溶剂 (一般常指水) 通过反渗透膜 (一种半透膜) 而分离出来, 是依靠渗透膜在压力下使溶液中的溶剂与溶质进行分离的过程。

反渗透装置就是利用这一原理用高压泵将待处理水经过增压以后, 借助半透膜的选择截留作用来去除水中的无机离子的, 由于反渗透膜在高压情况下只允许水分子通过, 而不允许钾、钠、钙、锌等离子及病毒、细菌通过, 从而获得高质量的纯水。反渗透主要应用于海水淡化、纯水和超纯水制备、污水处理、医药工业等废水处理, 我国有大港电厂、宝钢自备电厂、沧州电厂、白鹤电厂、海勃湾电厂、包头钢厂等企业应用反渗透技术来进行脱盐处理。2001年2月威海某电厂采用美国陶式TFC复合膜进行海水淡化装置投运, 二级反渗透制水成本7.2元/吨, 二级反渗透出水导电率约4.2μs/cm, 含盐量2.5 mg/l, 水稍加处理即可作为锅炉软化水使用, 而且不会增加发电成本。2004年11月8日竣工投产大连石化5650吨/日反渗透海水淡化脱盐项目, 海水RO装置脱盐率达99.5%, 水利用率45%。2005年2月邯郸钢铁集团完成的21, 000吨/日工业污水回用项目, RO装置水利用率75%, 脱盐率>97%。采用反渗透技术的海水淡化工程已相当成熟, 美国已建有反渗透淡化厂规模达到日产38万吨, 将反渗透膜组器与超滤、微滤、纳滤、EDI等组器有机地组合应用已成为反渗透工程应用一个良好的发展趋势。

2、超滤 (ultra filtration, UF)

超滤是一个压力驱动的膜分离过程, 主要是由筛除机理去除水中杂质。在压力作用下, 水从高压侧透过膜到低压侧, 水中大分子及微粒组分被膜阻挡, 水逐渐浓缩而后以浓缩液排出。超滤适用于分离大分子物质、胶体、蛋白质, 所分离溶质的相对分子量下限为几千, 所分离的组分孔径范围1nm～0.05μm, 有效地去除水中的悬浮物、胶体、有机物等杂质, 是替代活性炭过滤器和多介质过滤器的新一代预处理产品。

我国超滤技术的开发始于70年代初, 最初开发的CA管式膜组件首先用于电泳漆行业中然后应用于酶制剂的浓缩, 80年代初, 聚砜 (PS) 中空纤维超滤组件研究成功, 80年代中期卷式超滤组件研制成功, 90年代初聚丙烯中空纤维组件研制成功。目前在水处理行业中, 聚砜和聚丙烯中空纤维式组件应用最多。目前在国内水工业市场, 超滤技术已在电力、钢铁、化工等工业废水处理领域得到较多应用。应用实例有:2004年7月北京燕山石化28800吨/日污水回用项目, 2006年3月投运的华能浙江玉环电厂海水量35000吨/日海水淡化项目。在苏州建成的日产一万吨水的超滤膜水自来水厂, 建设费用约300元每立方米, 运行成本是每立方米0.0782元, 大体相当于用传统工艺来生产自来水的成本。日本日东电工推出的RS系列卷式超滤膜, 在中东已用于海水淡化装置的预处理, 超滤装置的产水能力为每天13万吨。

3、纳滤 (nano filtration, NF)

纳滤[2]是介于反渗透和超滤之间的一种分子级的膜分离技术, 属于压力驱动膜过程, 操作压力通常为0.5～1.0 MPa, 一般为0.7 MPa左右, 最低为0.3 MPa。适宜分离相对分子质量在150～200以上、分子大小为1nm的溶解组分, 故被命名为“纳滤”。

相对于反渗透膜的NaCl的脱除率均在95%以上, 一般将NaCl脱除率为90%以下的膜均可称之为纳滤膜, 反渗透膜几乎对所有溶质都有很高的脱除率, 而纳滤膜只对特定的溶质具有脱除率, 纳滤膜主要去除一个纳米左右的溶质粒子。在国外, 纳滤膜最大应用市场是饮用水领域, 主要用于脱除三卤甲烷中间体 (THM) 、异味、色度、农药、合成洗涤剂、可溶有机物、Ca、Mg等硬度成分等等。国外纳滤技术已得到了广泛应用, 比较有代表性的有美国佛罗里达州Royal Palm Beach水厂 (1994年8月建成, 产水规模236m3/h, 采用NF10膜处理地表原水) 和法国Jamy水厂 (1995年1月建成, 产水规模62.5×2m3/h, 采用NF70-345膜处理陆地矿井水) 。日本、美国等一些水厂, NF膜的水体利用率在80%-90%, 操作压力为0.65-0.89MPa, 给水TDS400-900mg/L, 硬度 (以CaCO3计) 为230-350mg/L, 透过水20-120mg/L;原水色度为17-115度, 透过水的色度≤1-5度, 浓缩水可用做深井口注水。在我国纳滤技术的研制和开发应用尚处于研究阶段, 膜组件大都从国外进口。国内首套工业化大规模膜软化系统——山东长岛南隍城纳滤示范工程, 是纳滤技术在高硬度海岛苦咸水净化的实际应用。于1997年4月正式投入生产淡水, 淡化水符合国家生活饮用水卫生标准。

4、微滤 (micro filtration, MF)

微滤[1]是以压力为推动力, 利用筛网过滤介质膜的“筛分”作用进行分离的膜过程, 是一种精密过滤技术, 其原理与普通过滤相类似, 但过滤的微粒在0.05～15μm, 是过滤技术的最新发展。

微滤是所有膜分离技术中应用最普遍、销售额最大的一项技术。微滤主要用于制药行业的除菌和电子工业用高纯水的制备, 其最新的应用领域是生物技术和生物医学技术领域。在水的精制过程中, 微滤技术可以除去细菌和固体杂质, 可用于医药、饮料用水的生产。在电子工业超纯水制备中, 微滤可用于超滤和反渗透过程的预处理和产品的终端保安过滤。微滤技术亦可用于啤酒、黄酒等各种酒类的过滤, 以除去其中的酵母、霉菌和其它微生物, 使产品澄清, 并延长存放期。我国微滤膜的研究始于70年代初, 从混纤维片发展到聚砜、尼龙、聚偏氟乙烯等膜片, 增强型MF膜的连续生产, 为折叠式标准滤芯的制造创造了条件, 而标准折叠式滤芯的问世使我国MF技术在大制水量工程中的应用成为现实。折叠式微孔滤芯可根据制水量的大小任意并联, 以满足不同制水量的要求, 在工业纯水、超滤水的终端过滤, 矿泉水、纯净水的除菌过滤, 大输液用水的过滤和家用净水器等领域得到了广泛的应用, 已初步形成我国自己的微滤产业。与国外水平相比, 常规微滤膜的性能和国外同类产品的性能基本一致, 折叠式滤芯在许多场合替代了进口产品, 但在错流式微滤膜和组器技术及其在工程中的应用等方面, 仍落后于国外, 这就抑制了微滤技术在较高浊度水质深度处理中的应用。

5、电渗析 (electro dialysis, ED)

电渗析[4]是一种利用电能的膜分离技术, 它以直流电为推动力, 利用阴、阳离子交换膜对水中阴、阳离子的选择透过性, 使某一水体中的离子通过膜转移到另一水体中的物质分离过程。

电渗析技术是膜分离技术的一种, 它是将阴、阳离子交换膜交替排列于正负电极之间, 并用特制的隔板将其隔开, 组成除盐 (淡化) 和浓缩两个系统, 在直流电场作用下, 以电位差为推动力, 利用离子交换膜的选择透过性, 把电解质从溶液中分离出来, 从而实现溶液的浓缩、淡化、精制和提纯。

电渗析技术曾在海水淡化、苦咸水脱盐、锅炉给水软化、初级纯水设备、生产工艺用水和工业废水处理方面发挥重要作用, 遍及化工、电子、电力、轻工、纺织、医药、饮料和饮用水处理等许多行业。

我国第一套具有世界水平的海水淡化装置日产水量200t, 以及第一套沙漠地区苦咸水淡化均采用电渗析技术。在海水淡化和纯水生产方面, 随着R O (反渗透) 技术迅速发展, 当前电渗析技术的部分应用市场已被RO取代, 其原因是反渗透能耗比电渗析更低。但是由于电渗析具有自身价格低廉、适用性广、预处理简单、操作方便等优点, 故仍保持持续发展的趋势, 尤其在化工分离方面更是得天独厚。

6、膜技术发展趋势

由于膜分离技术在污水处理中成本交常规生物处理技术成本高昂, 随着膜分离技术的发展, 该技术日渐完善, 目前研究主要方向如下:

一是新型膜材料的开发利用。新型膜材料有金属膜、有机-无机混合膜和新型有机膜等;几种最常用的膜材料改性方法有等离子体改性法、表现活性剂改性法、紫外辐照法、高分子合金法和表面化学反应法。可以预期, 随着膜材料的继续改善, 膜技术在水处理中的运用前景将更为广阔。

二是专业膜反应器开发。为分离某种物质而开发专用膜反应器, 主要应用于化工行业中成分复杂、性质相近的物质的回收与分离。如:开发分离烃混合物的无机R O膜等。

三是共混超滤膜的开发。与国际产品相比, 国产超滤膜组件品种单一, 通量和截流率综合性能较低, 抑制了膜技术在水处理以外领域的应用进展步伐。但现在, 已有许多共混超滤膜的研究。由于共混超滤膜具有单一组分膜所无法比拟的优点, 因此这是一个发展趋势。

摘要：介绍了膜分离技术及其特点, 对膜分离技术进行了分类, 同时阐述了反渗透、超滤、纳滤、微滤、电渗析这些常规膜分离技术的研究和在水处理技术中的应用情况, 提出了膜分离技术研究方向和应用前景。

关键词：反渗透,超滤,纳滤,微滤,电渗析

参考文献

[1]唐受印.废水处理工程.化学工业出版社.1998, 4

[2]丁桓如, 吴春华等.工业用水处理工程.清华大学出版社.2005, 12

[3]廖尚志, 莫剑雄.双极膜的发展和应用[J].水处理技术.1995, 21 (6) :311-317.

膜分离技术及其在水处理中的应用与前景 篇3

针对目前超滤膜技术在水处理领域中的广泛应用,分别从饮用水处理、生活污水处理、各种工业废水处理以及海水淡化等方面介绍了超滤膜的`应用动向及效果,并指出超滤膜技术存在的问题及发展前景.

作 者：张洁  作者单位：神东煤炭有限责任公司 刊 名：中国新技术新产品 英文刊名：CHINA NEW TECHNOLOGIES AND PRODUCTS 年，卷(期)： “”(2) 分类号：X7 关键词：超滤膜   水处理   应用  

膜分离技术处理含氰废水 篇4

我国处理含氰废水主要使用四效蒸发和焚烧的方法,此方法不仅成本高,而且焚烧过程会产生大量的.CO2和氮氧化物对环境同样造成一定程度的污染.本文采用膜分离技术,发展出一条处理丙烯腈装置含氰废水的新工艺、新方法.我们根据膜分离过程的不同特点,结合含氰废水的特点,利用超滤和反渗透两种膜分离过程来处理丙烯腈装置的含氰废水.丙烯腈装置所产生的含氰废水中氰根浓度一般在0.3‰～0.4‰之间,COD一般在4000mg/l～5000mg,/l,而装置外排废水中氰根的允许浓度是CN-<0.005‰,COD<1500mg/l.通过试验,利用一级超滤和两级反渗透成功地做到了这一点,外排废水完全达到设计要求.

作 者：张力 陈波 曹利江 ZHANG Li CHEN Bo CAO Li-jiang 作者单位：张力,ZHANG Li(浙江省工业环保设计研究院,浙江,绍兴,31)

陈波,CHEN Bo(上虞市环境保护局,浙江,绍兴,312300)

曹利江,CAO Li-jiang(浙江省环境保护科学设计研究院,浙江,杭州,310007)

膜分离技术及其在水处理中的应用与前景 篇5

1 真空膜蒸馏的分离原理及特点

1.1 真空膜蒸馏的分离原理

真空膜蒸馏分离原理是被分离物质的热溶液通过分离膜一侧, 另一侧抽真空, 从而在膜两侧形成传递蒸汽压差, 在真空侧产生单一的气态物质, 经过冷凝成液体, 从而实现溶液的浓缩和分离[7]。

真空膜蒸馏中[8,9,10], 水蒸气分子与孔壁的碰撞占主要优势, 以努森扩散为主。由于透过侧为真空, 热传导损失可以忽略不计。因此纯水真空膜蒸馏在测定边界层热传导系数方面意义重大。

1.2 真空膜蒸馏的特点

真空膜蒸馏同时具有渗透蒸发和膜蒸馏分离技术的一些优点, 其操作方便、节能、占地面积小、对环境污染小等。该分离技术以膜两侧的压力差为驱动力, 具有热利用效率高, 传质阻力小, 分离效率高, 膜通量大, 无透过物蒸发等优点。因此, 真空膜蒸馏技术具有非常广泛的应用前景。

2 真空膜蒸馏的应用研究

2.1 处理海水淡化浓盐水

唐娜等[11]采用PVDF中空纤维膜及PTFE微孔平板膜组件对反渗透海水淡化浓盐水的真空膜蒸馏过程进行了研究.结果表明:温度是影响海水淡化浓盐水膜蒸馏过程的关键因素, 对膜通量影响较大。匡琼芝等[12]考察了真空膜蒸馏过程淡化高浓度盐溶液过程中温度、浓度、真空度对膜通量的影响, 结果表明:膜的渗透通量与温度的倒数呈指数关系, 高真空度下膜的通量与膜两侧水蒸气分压平方根的差呈直线关系, 当盐溶液浓度达到一定量时, 浓度的增大对膜通量的影响较小。陈利等[13]分别采用聚乙烯、聚丙烯微孔膜对反渗透海水淡化浓盐水进行真空膜蒸馏的研究。考察了膜下游真空度、浓盐水温度、浓度、流速对膜通量及截留率的影响。结果表明, 真空度增大, 膜通量和截留率呈增长趋势。料液温度升高, 膜通量增加, 截留率呈减少趋势。料液流速增加会使通量增加, 截留率呈减少趋势, 但影响相对不大。随着料液浓度的增加, 膜的通量下降, 截留率基本保持不变。膜的最大截留率可达99.99%, 表明利用真空膜蒸馏技术可有效实现反渗透海水淡化浓盐水的浓缩。

2.2 处理工业废水

2.2.1 处理工业废水中的有机挥发性化合物 (VOCs)

真空膜蒸馏过程由真空系统提供增强驱动力, 而使其可以在较低的温度下进行, 从而在热敏性物质分离领域具有独特的优越性。如从水溶液中分离丙酮和乙醇、苯、异丙醇、甲基叔丁基醚、乙酸乙酯和乙酸甲酯、三氯甲烷、甲基异丁基甲酮等都有研究报道[8]。陈冰冰等[9], 对低浓度乙醇-水溶液的分离进行了真空膜蒸馏试验研究, 结果表明:随着进口温度、料液流量、浓度和真空度的增加, 膜通量将增加;分离因子随进口温度和真空度增加而减少, 料液流量增加导致分离因子升高, 浓度的变化对分离因子影响不大。李凭力等[10]利用自制的聚丙烯中空纤维膜, 采用真空膜蒸馏法对1, 2-丙二醇水溶液的分离进行了研究。结果表明:膜通量随料液入口温度、冷侧真空度及料液流量的增加而增加, 随料液浓度升高而下降。截留率随料液入口温度、冷侧真空度和料液浓度的增加而下降, 料液流量的变化对截留率没有明显的影响。实验条中最佳截留率可达100%。陈冰冰等[14]还对低浓度乙醇水溶液二元体系下的真空膜蒸馏过程展开了模拟分析, 模拟结果表明:真空侧流动形式对分离因子有一定的影响, 并流条件下, 分离因子最大。

2.2.2 处理非挥发性溶质水溶液

真空膜蒸馏技术在对非挥发性溶质水溶液的浓缩的研究和应用也相当广泛[15]。唐建军等[16]利用中空膜蒸馏从稀土氯化物HCl-REC 13-H2O溶液中回收盐酸, 结果表明盐酸的回收率随着料液中盐酸浓度、稀土起始浓度及稀土浓缩程度的增大而增大, 回收率最高达到80%, 此过程中稀土离子截留率一般大于98%, 在真空侧能回收得到较纯的盐酸溶液。

唐建军等[17]利用膜蒸馏对NaAlO2、NaOH及Na2CO3等非挥发性组分的截留率进行浓缩研究, 结果表面:截留率均不低于97%, 蒸馏液的pH值约13, 能有效的浓缩碳分母液, 而且在实际操作中, 温度越高、真空侧压力越低, 料液流速越大, 水的蒸馏通量越大, 对加快浓缩过程越有利。

2.3 中药浓缩

采用常规浓缩的方法对热敏性中药的进行浓缩分离, 通常会造成对中药有效成分的破坏, 并影响产品的外观, 而真空膜蒸馏技术对于热敏性中药浓缩是比较适当的浓缩方法, 近年来这方面的研究也越来越多。

黄荣荣等[18]研究了枇杷叶提取液真空膜蒸馏过程的影响因素, 并分析了浓差极化问题, 结果表明:枇杷叶有效成分通过真空膜蒸馏没有损失, 渗透通量随热侧的温度和流量及冷侧的真空度的增加而增加。蔡宇等[19]研究了影响益母草真空膜蒸馏过程的基本影响因素, 并分析了浓差极化和温差极化问题。实验结果表明:益母草有效成分基本没有损失, 蒸馏通量随原料的温度和流速增加而增加。李建梅等[20]采用真空膜蒸馏对益母草与赤芍提取液进行浓缩, 对其有效成分保留率进行了分析, 并且研究了温度、流速、真空度对膜蒸馏效率的影响。实验结果表明:在真空膜蒸馏过程中, 温度越高、真空度越高, 则浓缩效率越高;在一定范围内增大流速对提高浓缩效率有利, 有效成分的截留率为100%。

3 结论与展望