膜处理处理技术

膜处理处理技术（精选十篇）

膜处理处理技术 篇1

1 膜处理技术的特点及应用中存在的问题

1.1 膜处理技术处理的原理及特点

膜处理技术作为一种新型的污水处理技术以其高效、易操作、易维修的特点在污水处理的过程中发挥着重要的作用, 膜处理技术主要是利用膜的选择透过性来使水与污染物分离, 最终达到去除污染物、净化污水的效果。膜处理技术主要有以下优点: (1) 物理与化学技术或生物技术在对污水进行处理时其性质经常会发生改变, 水质也会因此受到影响。膜处理技术在对污水进行处理的过程中其性质不会发生改变, 有效保证了污水净化后的水质; (2) 大部分污水处理方法在进行污水处理时需要添加一些化学药品, 膜处理技术在进行污水处理时无需添加任何化学药剂, 其自身的孔径与选择透过性就能够轻松实现污染物的分离; (3) 膜处理技术在进行污水的处理时可以高效地将一些较为细小的物质分离而且在进行污水的处理过程中的占地面积较小, 处理效果较好。

1.2 当前膜处理技术中存在的问题

污水处理技术虽然相比其他的处理方式具有较大的优势, 但是在实际的操作应用中还存在一些问题。在对污水进行处理的过程中, 如果不注重定期对膜进行更换, 长时间的使用会致使膜孔受阻, 膜本身也会受到污染物的污染, 处理污水的效果下降。另外, 由于水中的污染成分较为复杂, 如果仅仅采用膜处理技术来进行污水的处理, 在进行具体的污水处理时可能不能够将一些较为复杂的成分加以分离, 膜的易受损度极大提升。为使膜处理技术在对污水的处理过程中发挥重要的作用, 在进行污水处理时应注重对膜进行定期的更换, 还应注重加强对水质状况的分析, 采用综合性的手段来进行污水处理, 提升膜处理的效率。

2 膜处理技术在市政污水处理过程中的具体应用

膜处理技术在对含油污水、印染污水、饮用水、垃圾填埋渗沥液等领域中都发挥着独特的作用。

2.1 膜处理技术在含油污水处理中的应用

大部分含油污水都是在石油开采过程中产生的, 这部分污水只有得到恰当的处理才能够有效保护环境。传统的污水处理技术在实际的操作中存在成本过高或者效率低下等问题, 采用膜处理技术可以在很大程度上解决污水处理的成本问题与效率问题, 随着科技的发展, 出现了中空纤维膜和折叠滤膜筒等处理方式, 这些处理方式的含油污水的处理效果较好, 但是由于其材料本身的限制以及水质不稳定等问题, 在对大规模的污染水域开展净水工作时还存在着很大的问题。

2.2 膜处理技术在印染污水处理中的应用

现实生活中, 纺织厂和造纸厂以及印染厂在生产的过程中经常会产生大量的污水, 这些污水中的污染物的含量及色素浓度较高, 传统的处理方式难以将这些污水彻底净化, 采用膜处理技术虽然能够将污水中的一些大分子去除, 但是大部分小分子污染物难以得到有效的过滤与去除。为有效去除污水中的小分子污染物应该将纳滤技术引入到印染污水的处理过程中, 有效降解水中的活性污泥, 水的回收质量也能够容易达标, 污水的回收效率更高。

2.3 膜处理技术在饮用水处理中的应用

城市生活中的饮用水以自来水为主, 自来水厂在进行水的处理时通常采用过滤或者加氯等方式, 虽然自来水的质量在很大程度上得到了保证, 但是在自来水的运输过程中可能会由于运输管道的使用年份较长, 水管中的细菌以及其他有害物质的数量较多, 致使自来水的质量较差。为使自来水的质量能够得到提升, 在日常生活中应注重对自来水进行处理消毒, 常用的净水器或者杀菌装置虽然去除水中的一部分污染物质和细菌病毒, 但是要是水中的有害物质得到有效的去除还需要利用膜处理技术, 依靠水本身的压力来进行水的净化处理, 膜处理技术的净水性能较为稳定, 能够高效地去除水中的细菌及其他有害物质。

2.4 膜处理技术在垃圾填埋渗沥液处理中的应用

在垃圾的填埋过程中经常会产生大量的渗沥液。这些渗沥液如果不能够有效的处理将会对土壤及水质造成严重的污染, 在处理渗沥液的过程中由于处理难度加大, 传统的处理方式的处理效果不够理想。为有效去除垃圾渗沥液中的污染物应该采用膜处理技术, 有效提升保护环境的水平。

综上, 在进行污水处理时应注重运用膜处理技术的应用, 注重对新型高效膜的开发与利用, 还应注重污水处理方式的研究与创新, 有效提升我国污水处理的效果。

参考文献

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[2]于洸.流动床生物膜污水处理技术概况及其应用[J].中国建设信息 (水工业市场) , 2010 (03) .

膜处理技术用于石化污水回用 篇2

1.纳滤膜技术 纳滤膜(NF)技术是应用于石化污水回用于循环水补充水的试验.纳滤膜技术是适宜分离相对分子质量在10以上,分子大小约为1nm的溶解组分的膜工艺.国际上纳滤的`研究始于20世纪70年代,80年代开始商品化,在水的软化,不同价阴离子分离和高低相对分子质量有机物分级以及中、低相对分子质量有机物除盐等方面有独特优点而广泛应用.国内的研究始于80年代末,虽有一些产品,但性能与国外仍有较大差距.纳滤膜可脱除污水中的有机物、细菌、病毒和盐类,膜压差仅为0.2～0.7MPa,比反渗透节能30%～50%,纳滤膜介于反渗透和超滤膜之间,也叫低压反渗透或疏松反渗透.经NF处理后,水质完全能满足循环水补充水的要求.

作 者：焦佩禄 李中华 周江 刘彦涛 作者单位：焦佩禄,李中华(大庆油田采油一厂)

周江(大庆石油管理局供水公司)

刘彦涛(大庆新中瑞环保有限责任公司)

膜处理处理技术 篇3

【关键词】膜处理技术；再生水处理；应用研究、分析

膜处理技术是指通过利用特殊的有机高分子或无机材料所制成的膜（半透膜），通过利用对混合物中各组分的不同选择渗透作用，以外界能量作为的推动力，对混合物液体实现分离、分级、提纯和富积等操作技术，常用的再生水的膜处理技术根据截留精度的差异分成了微滤（microfiltration，MF）、超滤（ultrafiltration，UF）和纳滤（nanofiltration，NF），这三种技术的滤膜孔径以及截留物质分子大小都是不同的，而且膜处理技术因其自身具有的占地面积小、操作方便、节能、环保、对原水水质变化适应性强、分离范围广以及分离效果高等优势在水处理工艺中得到了广阔的应用，但是在实际的水处理工艺中业存在着膜堵塞、污染和清洗等问题，所以加强对膜处理技术在水处理中应用研究，不断提高膜处理技术的净水效果，对于我国解决水资源匮乏、水污染问题有着重要意义。

1.膜处理技术的发展现状

膜处理技术的研究最早出现在二战后的美国和英国，通过大力促进对微孔滤膜的制造技术和应用研究，重视其净水效果，使得微滤技术得到了迅速发展，而在1987 年，在美国科罗拉多州建成了全球第一饮用水厂，通过外压式中空纤维聚丙烯微滤膜（孔径0.2μm） 实现对于再生水的进化处理，效果显著，之后更多的国家对膜分离技术净化原水的研究及应用格外重视，针对水源的污染问题采用膜处理技术解决，对水中悬浮颗粒、微生物、有毒有害有机物以及无机物分离沉淀，减少消毒副产物的含量，以确保再生水的水质，历史上应用最早、使用最广泛的滤膜是微滤膜，而我国是在上个世纪90年代开始采用膜技术对市政饮水处理，直到21 世纪00 年代中期膜处理技术才得到广泛的应用，当前我国再生水处理所使用的膜处理技术主要为微滤（microfiltration，MF）、超滤（ultrafiltration，UF）和纳滤（nanofiltration，NF），这三种膜处理技术在我国再生水处理工艺中得到了推广与应用。

2.膜处理技术的应用分析

2.1 MF（微滤）技术

MF技术介于常规过滤和超滤之间，所使用的微滤膜多为均质膜、膜整齐、均匀的多孔结构，膜孔径0.02～20μm，根据微滤膜性质分为有机微孔滤膜和无机微孔滤膜两种，有机高分子膜相对于无机微滤膜，生产技术比较成熟、成本较低，但是有机膜表面易与原水中腐殖酸类有机物发生“交联”作用，微滤膜中的有机物容易污染，导致微滤膜的净水效果、净水效率下降，而且长期使用水处理的微滤膜，有机高分子膜容易发生分解作用，导致微滤膜无法使用或者净水效果下降；无机膜主要为陶瓷膜、微孔玻璃膜、金属膜和碳分子筛膜，无机膜主要是生产成本较高、净水效果较低，但是稳定性强，所以针对再生水的处理工艺中，使用MF技术处理应该使用无机膜为主要膜材料，而有机膜只是根据实际情况而确定使用，将MF技术的净水效果最大化，但是针对再生水中细小分子微粒物质的滤除需要使用截留例子精度更为精确的膜处理技术。

2.2 UF（超滤）技术

UF技术是介于微滤和纳滤之间中的膜处理技术，超滤膜孔径在3～100nm 之间，在水处理工艺中主要起到筛分作用、同时再加上膜表面的化学特性（膜的静电作用）实现对再生水处理，UF处理技术是最近几年的新兴技术，以水压为主要动力，主要是针对水中大分子微粒，例如：细菌、病毒及部分胶体微粒、蛋白质、大分子有机物等物质，同时还可以起到一定程度上的降低消毒副产物前体物浓度和限制消毒作用，降低因消毒而产生的副产物，但是因为超滤膜的滤除分子量较大（500 ～500000Dalton），所以在实际工艺中分子滤除效率低、效果差，而且对去除原水中的溶解性有机物能力较差，甚至部分专家针对超滤膜对有机物（CODMn、UV254）的去除效果进行试验研究，发现超滤膜的有机物去除效果仅仅只有21%。

2.3 NF（纳滤）技术

NF技术所使用的膜为低压反渗透膜，膜孔径范围为纳米级以下，因膜上带有电荷，可以通过控制操作压力为0.5～1MPa实现对水中分子的滤除效果，纳滤膜所滤除的分子量为100～1000Dalton，并且对相对分子质量为200Dalton以上的组分保持极高的滤除效果，主要通过用于软化水处理、去除微污染物、硝酸盐、砷、氟化物、病毒和天然有机物等物质，纳滤膜的分离作用效果是由受膜电荷性和孔径大小这两个基本膜特性所决定，而且对于纳滤膜所起到的电荷作用和筛分作用都是产生一定的影响作用，而对于滤除非荷电分子，主要是通过筛滤或粒径的排斥原理来实现，而针对离子滤除主要通过筛滤和静电排斥原理来实现，其中纳滤膜的膜电荷效应又称为Donnan 效应，通过水中离子与纳滤膜上的电荷的静电相互作用来实现对水中离子的滤除，所以加大纳滤膜表面所带电荷量，纳滤膜对水中离子的滤除效果越好，但是纳滤膜上的电荷量应当控制在一定的范围内，否则将会导致纳滤膜滤除效果不稳定，NF技术主要是针对分子级别的物质，所以对于滤除再生水中微量物质是最合适的，但是随着环境污染加重，再生水中的物质含有的各种成分，所以在使用NF技术对再生水处理时，应注意物质分子之间的电荷反应。

3.结束语

综上所述，通过分析几种主要的膜处理技术的应用情况，可知膜处理技术在我国的再生水处理中应用广阔，且对于解决我国水资源匮乏有着重要的意义，尤其是在当前水体污染状况日趋严峻的形势下，随着人们生活水平的提高人们对饮用水水质的要求越来越高，常规水处理技术的净化功能有限，导致处理水中微污染物去除能力差，尤其针对低分子溶解性有机物处理效果更差，而膜处理技术的研究为当前常规净水问题提出了新的解决方案，膜处理技术因其高效的净水效果，能够满足当前人们对水质的要求，而且随着膜产品性能、膜处理技术以及操作条件等，随着膜工艺不断发展，膜处理技术在再生水处理领域中将会发挥更大的作用。 [科]

【参考文献】

[1]刘鹤，李永峰，程国玲.膜分离技术及其在饮用水处理中的应用[J].上海工程技术大学学报，2008，22（1）：48-53.

[2]陈治安，刘通，尹华升，等.超滤在饮用水处理中的应用和研究进展[J].工业用水与废水，2006，37（3）：7-10.

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双膜分离技术深度处理电镀废水 篇4

电镀是利用化学和电化学方法在金属或在其它材料表面镀上各种金属。广泛应用于机器制造、轻工、电子等行业。为提高镀件的质量, 电镀生产中使用的电镀添加剂种类和数量越来越多, 成分也越来越复杂, 这些添加剂含有与重金属离子络合作用较强的成分, 如:酒石酸、EDTA、焦磷酸盐、柠檬酸和氨等, 在采用传统化学沉淀法处理电镀废水过程中, 重金属离子就不能完全形成氢氧化物沉淀, 其中的重金属离子含量极容易超过国家废水排放标准。以本公司设计施工的上海世界知名拉链电镀厂, 电镀废水采用双膜法深度处理里回用实现零排放, 取得经济与环境效益的双重收益为案例, 论证双膜法工艺的优异。

2 工艺流程

3 前段传统工艺说明

3.1 化学沉淀对高浓金属处理

本案例工艺前段处理采用传统电镀重金属废水基本治理技术。化学沉淀法, 是使废水中呈溶解状态的金属离子, 转变为不溶于水或者溶解度很低的金属化合物, 包括碱性条件下氢氧化物沉淀法和硫化物沉淀法等。此法可以处理高浓金属离子, 但是不能够对微量离子进行去除。随着环保要求标准不断提高, 仅靠化学沉淀不能够让废水稳定达标排放, 尤其是铜离子和磷经常超标, 考虑到经济效益和环保效益所以增设了后续双膜深度处理工艺, 全部废水分质回用实现零排放。

3.1.1 中和沉淀法

在含重金属的废水中加入碱提高废水的PH值, 使重金属生成不溶于水的氢氧化物絮凝体沉淀加以分离。中和沉淀法操作中需要注意以下几点: (1) 根据废水中含有的金属离子情况, 控制合适的p H值。 (2) 当废水中含有两性金属时, p H值高会出现再溶解, 因此要严格控制p H值, 实行分段沉淀; (3) 废水中有些阴离子如:卤素、氰根、腐植酸等, 可与重金属形成络合物, 因此要在中和之前需经过预处理; (4) 有些颗粒小, 不易沉淀, 则需加入絮凝剂辅助沉淀生成。通过大量试验与实际运行, 此工艺在车间废水排放变化较大情况时, 处理水铜离子经常超过0.5mg/l一级标准, 严重时候会接近5mg/l。

3.1.2 硫化物沉淀法

为了强化铜处理效果, 也试验加入硫化物药剂, 使废水中重金属离子生成硫化物更好的沉淀除去。与中和沉淀法相比, S2-与Cu2+形成Cu S具备更低的溶度积, 难溶于水不溶于稀盐酸。但是形成金属硫化物单质细小不容易沉淀, 需要投加絮凝剂或者助凝剂。并且硫化物投加不能过量, 否则遇酸生成硫化氢气体, 产生二次污染。

3.2 氧化还原处理

3.2.1 化学还原法

电镀废水中的Cr主要以Cr6+离子形态存在, 因此向废水中投加还原剂将Cr6+还原成微毒的Cr3+后, 投加石灰或Na OH产生Cr (OH) 3沉淀分离去除。其治理原理简单、操作易于掌握、能承受大水量和高浓度废水冲击。根据投加还原剂的不同, 可分为Fe SO4法、Na HSO3法、铁屑法、SO2法等。

3.2.2 化学氧化法

氧化法是投加强氧化剂对污染物氧化处理, 例如破氰、投加漂水降低COD方法。

3.3 吸附法

利用吸附法处理电镀重金属废水的吸附剂有活性炭、腐植酸、海泡石、聚糖树脂等。活性炭装备简单, 在废水治理中应用最广泛, 但活性炭再生效率低, 运行时间短极容易失效, 更换成本更是昂贵, 且活性炭处理水质很难达到回用要求, 稳定达标都困难。活性炭对有机物的吸附能力很强, 但是对金属吸附效率低、速度慢、饱和容积小。以本拉链厂电镀废水工程为例, 原工艺进水铜离子小于1mg/l, 水量700立方米/天, 出水0.2mg/l, 吸附量490g, 如此仅能有效运行一个月, 现场没有设计再生装置失效后更换。活性炭共2个塔、每个8吨, 这样更换一次费用就是16万, 如此之高很少有工厂能够接受, 同时因环保指标提高及政策要求很快更换为双膜, 实现零排放。

3.4 生物处理技术

根据生物去除重金属离子的机理不同可分为生物絮凝法、生物吸附法、生物化学法以及植物修复法。此工程案例采用接触酸化槽处理电镀沉淀池调节水, 主要针对不达标的铜离子。接触酸化槽中能够培养出几百种菌群, 使水中胶体悬浮物相互凝聚沉淀。对重金属有絮凝作用的约有十几个品种, 生物絮凝剂不仅氨基和羟基可与Cu2+等重金属离子形成稳定的鳌合物而沉淀下来。同时接触酸化槽中采用了兼氧式工艺, 使好氧与厌氧交替运行。在厌氧条件下产生H2S可与废水中的重金属离子, 生成溶解度很低的金属硫化物沉淀而被去除。同理接触氧化槽能处理微量未除去Cr6+, 去除率可达99.7%。

4 膜分离技术

4.1 微滤膜技术特点

微滤英文缩写:MF, 它的过滤孔径在:0.1um以上, 远远够不上脱盐的那种精度, 所以它的脱盐率为0。微滤过程操作分死端过滤和错流过滤两种方式。在死端过滤时, 小于膜孔的溶质粒子在压力的推动下可以随水一同透过膜, 大于膜孔的溶质粒子被截留, 通常堆积在膜面上。随着时间的增加, 膜面上堆积的颗粒越来越多, 膜的渗透性将下降, 这时必须停下来清洗膜表面或更换膜。错流过滤是在压力推动下料液平行于膜面流动, 把膜面上的滞留物带走, 从而使膜污染保持一个较低的水平。

微滤膜使用方式分为在实际运行过程中有很多差异, 液中膜把膜片浸在生物处理池中, 这样可以强化生物处理效果, 减少修建生物二沉池。也可以使用管式微滤膜, 如同反渗透一样运行, 这样在膜的清洗过程中比较方便运行管理, 可以使用高浓度清洗液在线清洗, 每次清洗后运行时间久同时膜片容易更换。这两种都属于MBR工艺, 考虑到间歇运行特点, 采用后种方式管式膜处理沉淀池出来接触酸化槽废水。

4.2 超滤膜

超滤膜是一种具有超级“筛分”分离功能的多孔膜。它的孔径只有几纳米到几十纳米, 只有一根头发丝的1‰, 在膜的一侧施以适当压力, 就能筛出大于孔径的溶质分子, 以分离分子量大于500道尔顿、粒径大于2~20纳米的颗粒。超滤膜属于深层过滤, 后者具有较致密的表层和以指状结构为主的底层, 表层厚度为0.1微米或更小, 并具有排列有序的微孔。超滤也可以说介于微滤和反渗透之间的性能, 产水水质达到生活杂用水标准, 对反渗透的保护远远好于微滤膜, 有条件的工程可以优先考虑采用超滤+反渗透工艺。

4.3 反渗透

目前, 反渗透膜如以其膜材料化学组成来分, 主要有纤维素膜和非纤维素膜两大类。如按膜材料的物理结构来分, 大致可分为非对称膜和复合膜等。在纤维素类膜中最广泛使用的是醋酸纤维素膜。该膜总厚度约为100μm, 全表皮层的厚度约为0.25μm, 表皮层中布满微孔, 孔径约5~10埃, 故可以滤除极细的粒子, 而多孔支撑层中的孔径很大, 约有几千埃。非纤维素类膜以芳香聚酷胺为主要品种, 其他还有聚酰胺膜, 壳聚糖膜, 聚砜酰胺膜, 聚四氟乙烯接枝膜, 聚乙烯亚胺膜等等。近年来发展起来的聚酰胺复合膜, 高交联度芳香聚酷胺由苯三酰氯和苯二胺聚合而成。由于这种膜是由三层不同材料复合而成故称为复合膜。反渗透膜的品牌:海德能膜、陶氏膜、通用流体膜、东丽膜、世韩膜等。

由于反渗透脱盐能力极强, 在污水处理回用中, 对溶解固形物仍然可以稳定达到95%以上, COD和BOD的去除率在97%左右, 因此其处理出水指标高于自来水, 部回用水不需要软化即可作为锅炉补给水, 省去软化设备和软化药剂。本工程每天不但减少700吨自来水消耗量, 同时不再向附近水体排放700吨污水, 在一定程度上节约成本, 有很高点的环境效益和经济效益。

反渗透出水电导大的原因:反渗透清洗条件在正常操作过程中, 反渗透元件内的膜片会受到无机盐垢、微生物、胶体颗粒和不溶性的有机物质的污染, 这些污染物沉积在膜表面, 导致标准化的产水流量和系统脱盐率分别下降或同时恶化, 需要及时清洗。

5 电镀重金属废水治理技术展望

随着全球可持续发展战略的实施, 循环经济和清洁生产技术越来越受到人们关注。电镀重金属废水治理已向清洁生产工艺、物质循环利用、废水回用等综合防治阶段发展。未来电镀重金属废水治理将贯彻循环经济、重视清洁生产技术的开发与应用;采用全过程控制、结合废水综合治理、最终实现废水零排放。电镀废水种类繁多, 各种电镀工艺差异很大, 仅使用传统废水治理方法往往有其局限性, 达不到严格的环境要求, 同时不稳定。综合多种治理技术特点的膜技术, 因其稳定优异的性能, 无可替代的深度处理技术, 处理后水可以直接回用的经济价值和环保价值必将逐步受到重视。

结束语

综上所述, 虽然化学法、物理化学法、生物化学法都可以治理和回收废水中的重金属, 但一般都具有选择性, 一种工艺只吸取或处理一种或几种金属, 并且不能深度处理, 从而限制废水回用对环境始终有很大污染和破坏。但通过双膜法处理重金属重污染污水运行成本低、效益高、容易管理、不给环境造成二次污染、处理废水可以回收利用、实现零排放, 有利于生态环境的保护和改善, 其必将受到应有重视。

参考文献

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[6]SK Ouki and Roger Perry.Journal Chem[J].Tech..Biotechnol, 2005, 59 (1) :121.

膜处理技术在铁路给水中的应用 篇5

膜处理技术在铁路给水中的应用

提高供水水质,已成为铁路给水中的一个重要任务.在解决该问题的过程中,以反渗透为主的膜处理技术发挥着越来越重要的.作用.文章重点介绍了膜处理技术在铁路给水处理应用中常用的工艺,分析了其中的关键技术问题,以供有关人员参考.

作 者：贾晨光 何军 作者单位：太原铁路局大西供电段,山西,太原,030013刊 名：甘肃科技英文刊名：GANSU SCIENCE AND TECHNOLOGY年，卷(期)：23(11)分类号：X792关键词：膜处理 铁路 给水

膜处理处理技术 篇6

【关键词】物化混凝沉淀；膜生物反应器；技术；隧道；应用

1.双鹰顶隧道污水概况

双鹰顶隧道施工采用矿山钻爆法，爆破施工过程中产生的主要污染物成分为：硝酸铵（NH4NO3）、梯恩梯（三硝基甲苯）、硝酸钠、柴油、凡士林、松香、乳化剂、石蜡等。混凝土施工过程中，水泥、粉煤灰及外加剂流失造成的污染，其主要污染成分为：碘含量、SO3、MgO、CaO等，在施工过程中，机械设备形成的机油、柴油、汽油及人员生活杂用水、粪便污水等，具体检测指标见表1。。

施工污水主要为清洗、冷却机械设备污水，混凝土搅拌、养护用水，洞内风枪钻爆、喷射混凝土用水，以及洞内围岩裂隙水，经现场多次测试检算，每天施工污水排放量为300t/d，生活污水排放量為260t/d。

2.污水处理问题的提出

双鹰顶隧道斜井地处广东省惠州市惠阳区沙田镇金桔自然保护区、沙田水库水源保护区内的田心村，区内植被发育。沙田水库为惠阳区淡水镇、沙田镇饮用水的水源地，供应约10万人的饮用、生活用水，库容量1800万m3，水质为地表Ⅱ类水质标准。根据《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002），具体标准值见表2。

3.物化混凝沉淀+膜生物反应器处理组合技术简介

依据双鹰顶隧道排污量及地形空间，双鹰顶隧道污水处理采用膜生物反应器+物化沉淀组合污水处理技术，工艺流程图如图1示。

各处理构筑物功能简介

（1）沉砂池。沉砂池作为污水预处理设施，一般是设在污水处理厂生化构筑物之前的泥水分离的设施。分离的沉淀物质多为颗粒较大的砂子，沉淀物质比重较大，无机成分高，含水量低。污水在迁移、流动和汇集过程中不可避免会混入泥砂。污水中的砂如果不预先沉降分离去除，则会影响后续处理设备的运行。如磨损机泵、堵塞管网，干扰甚至破坏生化处理工艺过程。施工中的污水经过沉砂池，截留大颗粒泥砂沉淀，定期、不定期清除泥砂。

（2）化粪池。生活污水在此进行化粪作用并借助于污水中所含粪便的大量微生物的作用，在厌氧条件下进行微生物的接种和驯化培养。

（3）沉淀池。沉淀池是应用沉淀作用去除水中悬浮物的一种构筑物，一般是在生化前或生化后泥水分离的构筑物，多为分离颗粒较细的污泥。此中其主要功能和作用是对混合污水进行沉淀，以去除污水中可沉和粗大物。

污水在进水口设混合器加药进入调节堰口，稳定进水的流量，使污水中以胶体状态存在的分散小颗粒与混凝剂发生混合，凝聚的反应，加大絮体的粒径，使之沉降，从而使污水得到净化。池中设集泥槽，安装2台排泥泵，泥排入污泥干化池，干化后外运处理。上清液回调节沉淀池处理。

（4）厌氧生物滤池

生活污水经过化粪池自流进入厌氧生物滤池进入沉淀池后一并处理。厌氧生物滤池污水处理设备主要由沉淀池、厌氧接触池、过滤池三部分组成。

沉淀池：经化粪池自然发酵后的污水自流进入设备内沉淀池，污水中的大颗粒物质在此进行沉淀，沉淀污泥由移动式潜污泵或由吸粪车定期吸出处理，时间一般为半年或一年。

厌氧接触池：厌氧池主要是用于厌氧消化，对于进水COD浓度高的污水通常会先进行厌氧反应，提高COD的去除率，将高分子难降解的有机物转变为低分子易被降解的有机物，提高BOD/COD的比值。而且在除磷工艺中，需要厌氧和好氧的交替条件。污水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过厌氧微生物（包括兼氧微生物）的作用，将污水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质的过程，也称为厌氧消化。与好氧过程的根本区别在于不以分子态氧作为受氢体，而以化合态氧，碳，硫，氢等为受氢体。沉淀后污水自流进入厌氧接触池，水流由下而上通过多种填料形成厌氧生物膜，在生物膜的吸附和微生物的代谢作用下，污水中的有机物被去除。填料同时具有截污的作用，污物和脱落的生物膜经截留自沉后形成污泥，与沉淀池污泥一并吸出处理。

过滤池：经厌氧处理后的污水自流进入过滤池底部，由下而上通过填料层，该新型填料既能截留污物又能形成生物膜，即在过滤区既有过滤作用又是二级厌氧池。过滤后出水直接进入调节沉淀池后段处理。

（5）污水抽升井。沉淀池的水自流进入抽升井，井内设置污水泵，两用两备，高位启动，低位停止，污水泵提升至一体化气浮过滤装置。

（6）气浮过滤装置。项目选用一体化自动污水两级气浮过滤装置。本装置特征是气浮池底设有污泥沉淀区，内有排泥装置，气浮出水集水设置在沉淀区上方，以及在气浮后设有组合式过滤装置。气浮在间隙运行产生的沉淀污泥，可以单独排出，不会随出水带出，从而有效保证了气浮出水质量。气浮出水后部一体化过滤装置，又有效保证了出水要求，尤其是采用焦炭作过滤介质，可充分利用气浮出水未消耗余氧，使过滤器兼有生化和过滤双重功能。

（7）管道混合器。混合设备是完成凝聚过程的设备。混合设备必须满足下列要求：a.保证药剂均匀地扩散到整个水体；b.混合时间不宜过长，一般控制在10～30s以内，最大不超过2min；c.能使处于强烈搅动状态之中。管式静态混合器是在管道内设置若干固定叶片，并按照一定角度交叉组成。水流通过混合器时形成对分流，同时产生蜗旋反向旋转及交叉流动，达到混合效果。管式静态混合器混合效果较好，安装容易，维修工作量小，而且其有显著优点就是不另外占地。

（8）药剂投加方式确定。常用的投加方式有：泵前投加；高位溶液池重力投加；水射器投加以及泵投加。本设计中采用泵投加，泵投加有两种方式：一是采用计量泵，二是采用离心泵配上流量计。采用计量泵不必另行配备计量设备，泵上有计量标志，可通过改变计量泵行程或变频调速改变药液投量，最适合用于混凝剂自动控制系统。

（9）混凝剂的选定。本设计采用聚合氯化铝又名碱式氯化铝作混凝剂，其主要特点是净化效率高、耗药量少、出水浊度低、色度小、过滤性能好、原水高浊度时尤为显著；温度适应性高，PH适用范围宽（可在PH=5～9的范围内），因而可不投加碱剂；使用时操作方便，成本较三氯化铁低；是无机高分子化合物。

（10）高效漩涡澄清池。微涡流混凝工艺的核心是涡流反应器，其内腔絮体能长期保持，涡流反应区外的絮体泥渣可以全部排除，因而排泥操作可以简化，运行更稳定。由于微涡流造成混凝剂高效扩散，提高了混凝剂利用率，同时，涡流反应器腔内大量絮体活性得到充分利用，这使得微涡流混凝工艺的混凝剂消耗量明显低于传统工艺。

（11）清水池。经过处理后的水进入清水池，一部分处理水进行回用；另一部分可直接排放。在清水池内有利于消毒剂与水充分接触反应，提高消毒效果。

（12）污泥干化池。沉淀池及一体化气浮池定期进行排泥，排出的泥在污泥干化池中进行浓缩，上清液再回流到沉淀池中。经脱水干化后的污泥进行外运处置。

4.处理后水质结果

检测报告结果显示污水排放能够达到地面Ⅱ类水标准。

5.结束语

该设备占地面积小，工艺流程紧凑，节省大量土建费用；运行费用主要是日常的电费，比起传统生化工艺，运行成本较为低廉。整套设备可采用PLC控制，自动化程度高，运行稳定可靠，抗冲击负荷能力强，无需人员操作管理。

由于占地面积小，采用集成式结构，能够输出较清洁的回用水，特别适合于基建工程项目、小城市、乡镇污水处理项目，具有明显的环境、社会效益。

参考文献

氢氧化钾生产废水的膜处理技术改进 篇7

本工作介绍了某钾碱分公司的废水处理新工艺。该工艺采用国际先进的离子膜工艺技术,将水资源和无机盐进行分离,淡水作为循环水补充用水,浓缩水用于生产过程溶解氯化钾,使水资源充分地循环利用。

1 废水水质及传统处理工艺

1.1 废水水质

氢氧化钾生产废水取自某钾碱分公司,废水水量为300t/d,废水水质见表1。

1.2 氢氧化钾生产废水传统膜处理工艺

传统的膜处理工艺分为四部分:预处理系统、超滤系统、膜浓缩系统和浓缩水后处理系统。预处理主要目的是去除废水中的悬浮物、胶体、色度、浊度、有机物等妨碍后续工艺系统正常运行的杂质。针对废水水质特点,设置的预处理设施包括废水均合池、原水泵、氧化剂加药系统等。超滤系统包括叠片式过滤器、超滤装置、超滤产水箱、增压泵、还原剂加药系统和超滤反洗泵等设备。膜浓缩系统承担了主要的脱盐任务,主要包括保安过滤器、阻垢剂加药系统、高压泵、1#反渗透装置、浓缩水增压泵、2#反渗透装置等。浓缩水后处理系统主要是将膜分离产生的浓盐水和部分中水混合,达标后直接排放或蒸发浓缩为固体废弃物(氯化钠和氯化钾混合物)。氢氧化钾生产废水传统膜处理工艺流程见图1。

2 氢氧化钾生产废水膜处理技术的改进

改进后的废水处理工艺分为三部分:预处理系统、超滤系统和膜浓缩系统。处理后的淡水作为循环水补充用水,浓缩水用于生产过程溶解氯化钾,处理后废水水质见表2。工艺改进后降低了运行费用,减少了废物排放,实现了清洁生产。

2.1 改进离子交换树脂再生技术,消除废水污染物

传统工艺采用氢氧化钠再生树脂技术,导致氢氧化钾生产废水中含有可溶性氯化钾和氯化钠的混合物。改进工艺中树脂再生用的碱为氢氧化钾,将经过膜分离后产生的浓缩水用于生产过程溶解氯化钾,使钾离子实现系统内循环,达到纯水生产“不消耗碱”的目的,解决了浓缩水的污染问题,同时回收的淡水作为循环水补充用水。

2.2 改进预处理措施,延长离子膜的使用寿命

废水中的菌类、藻类等活性微生物、余氯和难溶无机盐对膜材料损伤严重,若不采取处理措施,反渗透膜会在很短时间内中毒失效[2,3]。改进工艺中,氧化剂加药系统加入次氯酸钾(传统工艺加入次氯酸钠)去除菌类、藻类等微生物对膜的污染;还原剂加药系统加入亚硫酸钾(传统工艺加入亚硫酸钠)去除水中的余氯,防止水中余氯对反渗透膜的损伤;反渗透系统加入阻垢剂———进口MDC 756型复合阻垢剂,防止反渗透浓水中碳酸钙、碳酸镁、硫酸钙等难溶盐浓缩后析出结垢,堵塞反渗透膜,损坏膜元件[4,5,6]。为达到回收淡水作为循环水补充水的目的,选择膜浓缩作为主体工艺,超滤系统对预处理后的水作进一步处理,使膜系统进水的污染指数小于3,极大地延长膜清洗周期,从而达到延长了运行寿命的目的[7,8]。

2.3 采用超滤—纳滤—反渗透工艺,降低能耗

反渗透装置是废水处理工程的核心装置。预处理产水进入1#反渗透装置,在压力作用下,大部分水分子和微量其他离子透过膜,经收集后可作为循环水补充用水;水中的大部分盐分和胶体、有机物等不能透过膜,残留在少量浓缩水中,加压后进入2#反渗透装置,清水返回超滤产水箱,浓缩水用于生产过程溶解氯化钾。由于废水中含有可溶性氯化钾,质量分数为5～9g/L,浓缩10倍后,达到50～90g/L。如果只采用反渗透工艺,达到同样浓缩倍数需要较大的能耗。经过对多种工艺的选择,在超滤系统增加纳滤装置,采用超滤—纳滤—反渗透的工艺路线,达到浓缩10倍回用的要求最经济可行。

2.4 清污分流,减少废水排放量

传统生产工艺是将所有的生产废水全部排入废水均合池,中和后达标排放。为了实现生产废水零排放的要求,且尽量降低运行费用,根据各部分废水水质特点,将片碱蒸发工序产生的一次蒸汽冷凝水经板式换热器换热后送往总纯水贮槽;将片碱车间二次蒸汽冷凝水经换热器换热后送往电解车间的纯水贮槽;将泵的冷却水集中回收送往循环水系统,补充循环水系统的消耗。通过清污分流,改变生产废水循环路径,每年节约水资源60kt,同时减少废水排放量。

2.5 调控氯化钡用量,解决重金属积累问题

无论是纯水生产中的树脂再生,还是二次盐水精制过程螯合树脂再生,被树脂吸附的重金属在再生过程中都会进入浓缩水中,这部分浓缩水将作为原料用于溶解氯化钾,浓缩水中的重金属会在浓缩液中累积,在废水处理过程中若不能将带入的重金属有效去除,重金属不断积累,最终会导致重金属超标、产品质量不合格。

在淡盐水中加入还原剂亚硫酸钾去除游离氯,使系统中生成了硫酸根离子。传统工艺通过加入氯化钡去除硫酸根;新工艺改进后减少氯化钡的用量,使硫酸根一部分和重金属反应,一部分和氯化钡反应,生成沉淀后过滤除去,达到去除重金属的目的。通过对改进工艺前后重金属含量进行为期一个月的跟踪分析,改进工艺处理后的重金属质量分数仅为处理前的8.3%。检测结果表明,在废水处理过程中,调整适当的工艺条件,可解决重金属在系统中累积的问题。

3 运行效果

3.1 经济效益分析

废水回收利用:废水处理量为300t/d,按90%回收,回收水循环使用,替代去离子水溶解氯化钾,废水处理费用按3元/t计,可节约水费810元/d。

回收氯化钾:螯和树脂塔再生废酸、碱自身中和,可回收氯化钾0.365t/d;纯水站阴阳离子交换树脂塔再生废酸、碱自身中和,可回收氯化钾0.812t/d。氯化钾价格为2 900元/t,共可节约氯化钾原料费3 413元/d。

废水回收利用和回收氯化钾共可节省资金4 223元/d。

3.2 环境效益分析

传统工艺生产废水300t/d,集中处理后达标排放。改进工艺经膜浓缩系统处理后,再生淡水约270t/d,浓缩水为30t/d。淡水循环利用,节约水资源270t/d,浓缩水用于溶解氯化钾得到了回收,实现了清洁生产,取得经济和环境效益双赢。

4 结论

传统工艺处理氢氧化钾生产废水,废水只能达标排放或蒸发浓缩为固体废弃物,既浪费水资源、污染环境又耗能。改进后的新工艺,无废水排放,降低了能耗。通过改进离子交换树脂再生技术,减少废水污染物;改进预处理措施,延长离子膜的使用寿命;采用超滤—纳滤—反渗透工艺,降低废水处理能耗;清污分流,减少废水排放量;调控除硝工艺中氯化钡用量,解决重金属的累积问题,提高了产品质量。仅废水处理系统可节省资金4 223元/d,节约水资源270t/d。改进后的氢氧化钾生产废水处理新工艺适用于氯碱生产企业。从2007年投入使用以来,装置运行正常,各项参数达到设计要求。

摘要：采用膜分离集成新工艺,对氢氧化钾生产废水传统处理工艺进行改造。通过改进离子交换树脂再生技术,去除废水污染物;增加预处理措施,延长离子膜的使用寿命;采用超滤—纳滤—反渗透工艺,降低能耗;清污分流,减少废水排放量;调控除硝工艺中氯化钡用量,解决重金属的累积问题。处理后的淡水作为循环水补充用水,浓缩水用于生产过程溶解氯化钾。

关键词：氢氧化钾,膜分离技术,离子交换树脂,超滤,纳滤,反渗透,废水处理

参考文献

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膜处理技术在农村饮水安全中的应用 篇8

据水利部、国家发改委、卫生部联合调查, 到2004年年底, 全国农村饮水不安全人口为3.23亿人, 占农村人口的34%, 其中水质不达标人口2.26亿人, 占农村人口的70%[1]。高氟水、高砷水、苦咸水、污染水等严重危害群众身体健康的饮水水质问题广泛存在。通过饮水发生和传播的疾病就有50多种。水是生命之源, 获得安全饮用水是人类生存的基本需求。要减少疾病, 提高农民的健康水平, 最行之有效的措施就是使所有人得到安全、卫生的饮用水。

1 宁夏农村饮水安全问题现状

截止2004年年底, 宁夏有220.4万人饮水不安全, 占农村总人口的52%, 其中饮用水质超标的人口有142.7万人;饮用苦咸水人口62.2万人, 涉及全区19个县及农垦局农场、132个乡镇、446个行政村;饮用高氟水人口33.16万人, 涉及全区20个县及农垦局农场、94个乡镇、220个行政村;饮用污染等其他超标水人口44.04万人, 涉及全区15个县、52个乡镇、283个行政村。许多地区同时存在几种饮水不安全状况, 如高氟水、苦咸水存在的同时还存在着水质污染、其他水质不达标等问题, 农村饮水不安全的问题十分突出[2]。长期饮用高氟水、苦咸水等劣质水, 可引起地方性氟中毒, 出现氟斑牙和氟骨症, 重者造成骨质疏松、骨变形, 甚至瘫痪, 丧失劳动能力或导致胃肠功能紊乱、免疫力低下, 诱发和加重心脑血管疾病等。饮水安全问题已严重影响了农民群众的身体健康和生活质量, 制约了当地社会经济发展。

“十五”期间, 宁夏先后实施了农村饮水解困项目 (一、二期) 工程、氟砷改水工程和农村饮水工程, 投资5.1亿元兴建了一大批引水、泉水改造、集雨窖等集中式和分散式供水工程, 解决了97万人饮水困难和13.8万氟砷病区人口的改水问题[3]。进入“十一五”以来, 自治区加大了我区农村饮水安全工程建设, 2007年、2008年连续2年将解决农村人畜饮水问题作为10项民生计划之首加以推进。仅2008年全区已累计完成投资2.3亿元, 解决了541个自然村30.5万农村居民的饮水不安全问题[4]。由于宁夏各地地理、水源、经济发展条件不同, 农村供水工程主要以集中供水和分散式供水2种形式为主, 其中分散式供水居多。据调查, 截止2004年年底, 共建各类集中式工程564处, 受益人口158万人。集中式供水工程中, 无净化设施的工程占95.6%, 涉及150万人, 其利用水库、塘坝、引黄河水工程水源水质均不达标;全区农村分散式供水人口266.7万人, 占农村总人口的62.7%。分散式供水基本没有净化设施, 其中, 饮用集雨水窖水、河、沟、渠、池水的人口有120.7万人, 其水质也均未达标[2]。

2 膜处理技术

膜技术是一门新兴的分离技术, 广泛应用于水处理、食品加工、化工、制药等领域。膜分离技术代表着未来水处理发展的时代潮流, 被称为21世纪的净水技术。水处理中常用的膜技术包括微滤 (Microfiltration, MF) 、超滤 (Ultrafiltration, UF) 、纳滤 (Nanofiltration, NF) 、电渗析 (Electro Dialysis, ED) 和反渗透 (Reverse Osmosis, RO) 5种, 通常可针对不同的原水水质, 选用不同的膜技术用于分离、截滤、去除水中的有害物质。与传统的水处理工艺相比, 膜处理技术有以下基本性能和特点:①它是一种物理过滤作用, 不需要加注药剂, 制水阶段的膜分离过程实际上属于一种纯物理筛分, 因而其产水属于真正环保、清洁的“绿色”产品;②它是一种绝对的过滤作用, 能实现从无机物、有机物、病毒、细菌到微粒甚至特殊溶液质系的广泛分离, 能确保膜分离后产水水质的安全, 其处理效果不受原水水质、运行条件等因素的影响;③它不产生副产品;④它运行的驱动力是压力, 容易实现自动控制;⑤膜法水处理技术装备简单, 占地面积小, 系统整合组装方便, 便于运输、拆卸、安装、调试, 整个过程环保、整洁, 无污染;⑥操作方便, 便于维护管理和实现生产自动化;⑦可用于苦咸水、严重污染的IV、V类河网水质的超滤净化处理, 适用范围广[5,6,7]。

3 膜处理技术在农村饮用水净化中的应用研究

针对宁夏苦咸水、高氟水分布广, 浅层地下水水源污染问题较突出的状况, 多途径解决农村饮水安全问题, 我们开展了膜处理技术在农村饮用水净化中的应用研究, 取得了较好的效果。

3.1 试验目的与方法

(1) 试验目的。

采用反渗透膜等过滤系统对苦咸水进行净化试验, 确定过滤系统工艺流程是否可行。

(2) 试验方法。

将取自宁夏南部山区农户家中的饮用水水样, 放入苦咸水专用净化装置的原水箱中, 通电工作, 使原水经过过滤系统, 对原水和产水进行分析。原水、净化水水质分析均送宁夏回族自治区疾病预防控制中心进行检测, 检测依据为国家生活饮用水卫生标准GB/T5750-2006。

对取自不同地区的4种水样进行净化处理, 每种水样制水运行3天, 3天后排干原水箱和净水箱里面的水, 再加入另外一种水样进行制水实验。每天3次定时检测其净水流速、废水流速等, 计算出净水出水量和净水出水率。水流速采样以每分钟的水流量来计算, 流量用量筒测定。计算公式:

净水出水率= (净水流量÷总流量) ×100%

净水流量=净水流速×时间

总流量=净水流速×时间+废水流速×时间

3.2 试验材料

过滤系统所用材料为RO反渗透膜、UF超滤膜、活性炭、除盐杀菌滤芯、石英沙、过滤网、过滤布等。

3.3 试验结果

(1) 膜过滤系统净化效果分析。

分别对取自宁夏盐池县、同心县、彭阳县和固原市原州区4地的4份水源水样进行测试, 工艺流程如图1所示, 结果见表1。

检测结果表明, 在处理前, 原水水样的总硬度、硫酸盐、溶解性总固体、氟化物等指标均超过国家GB/T5750-2006生活饮用水卫生标准。而经净化后的水样, 各项检验指标均符合国家生活饮用水卫生标准GB/T5750-2006, 产水口感好。这说明, 过滤系统工艺能很好地对不同粒径、不同性质的化学物质进行过滤, 可完全去除氟化物等有害物质, 使净化后水质达到国家生活饮用水卫生标准。

(2) 出水率检测。

分别对4地饮用水源水样, 通过上述净化过滤系统进行净化处理, 检测其出水效率。检测结果见表2。

从测试结果看, 该净化装置平均净水出水率为58.7%, 日均净水出水量180.3 L, 完全能满足一家5口人每天喝上干净、卫生、安全的饮用水需求。

3.4 净化装置的实际应用

把以RO反渗透膜过滤系统为核心的户用型苦咸水专用净化装置50余台放入宁夏南部山区农户家中, 进行了13个月的实际试用, 并对其综合性能进行了实际测试。结果表明, 该装置能完全满足处理苦咸水、高氟水、高铬水等劣质水的要求, 净化后水经宁夏回族自治区疾病控制中心检测, 符合国家生活饮用水卫生标准GB5749-2006。其主要性能指标如下:

(1) 该装置体积小 (高75 cm×宽45 cm×厚25 cm) , 能耗低 (28 W) , 摆放地点没有特殊要求, 经济实用, 适合农村一家一户使用。

(2) 出水率为53%~71%, 日出水量150~200 L, 完全能满足一家5口人每天喝上干净、卫生、安全的饮用水需求。

(3) 制水过程完全自动控制, 具有操作简单, 使用、维护简便的特点。

(4) 单机生产成本1 800元左右, 可长期使用。每年能耗和易损材料更换费用112.96元, 单机运行成本较低。其易耗材料为过滤膜, 使用寿命为0.5~3.0年。

4 结 语

膜技术作为新的水处理技术, 在苦咸水、高氟水等劣质水净水处理中具有广阔的应用前景。多年来, 为解决宁夏南部山区群众的饮水困难, 国家和自治区投入了大量人力、财力、物力, 实施农村饮水解困工程, 修建了大量的库、坝、井、窖、池等水源工程和集雨蓄水工程, 使农村人畜饮水状况得到了较大改善。但仅仅依靠工程措施来解决饮水安全问题是不现实的, 一方面很多农村饮水工程仅解决了人口吃水问题, 并未解决饮水安全问题;另一方面输水工程难以覆盖的居住分散的村落和农户, 人们依然在饮用超标的地表水。因此, 利用膜处理技术, 研究开发小型户用型苦咸水净化装置, 既是从根本上解决广大农民群众饮水安全问题的有效途径之一, 也是对大型饮水工程的重要补充, 可充分发挥饮水工程的作用和效益, 改善农村饮水质量和卫生条件, 确保饮水安全。同时, 也为充分开发利用劣质水资源开辟了一条新途径。应该加大膜处理技术在苦咸水、高氟水等劣质水净化处理上的应用研究, 推广先进适用技术和产品, 多途径地探讨农村饮水安全问题的解决方式, 促进和加快我国农村饮水安全问题的解决。

摘要：宁夏苦咸水、高氟水分布广, 饮水安全问题十分突出。简要介绍了宁夏农村饮水安全问题和膜处理技术, 以及利用膜处理技术开展苦咸水、高氟水净化技术研究, 探索解决农村饮水安全问题所取得的成果。

关键词：农村饮水,饮水安全,膜处理技术

参考文献

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膜分离技术及其在水处理中的应用 篇9

膜技术被称为21世纪的水处理技术, 在给水处理中具有广阔的应用前景并已大量应用到城镇自来水的深度处理上。膜分离技术脱离了传统的化学处理范畴, 转入到物理固液分离领域, 这应该看作是由19世纪应用快滤方法作为现代化标志以来100年后的又一次重大技术突破。

2 膜分离技术的基本原理和特点

2.1 膜分离技术的基本原理

由于分离膜具有选择透过特性, 所以它可使混合物质有的通过、有的留下。但不同的膜分离过程使物质留下、通过的原理有的类似, 有的完全不一样。总的说来, 分离膜之所以能使混在一起的物质分开, 不外乎两种手段。

(1) 根据混合物物理性质的不同——主要是质量、体积大小和几何形态差异, 用过筛的办法将其分离。微滤膜分离过程就是根据这一原理将水溶液中孔径大于50 nm的固体杂质去掉的。

(2) 根据混合物的不同化学性质。物质通过分离膜的速度取决于以下两个步骤的速度, 首先是从膜表面接触的混合物中进入膜内的速度 (称溶解速度) , 其次是进入膜内后从膜的表面扩散到膜的另一表面的速度。二者之和为总速度。总速度愈大, 透过膜所需的时间愈短;总速度愈小, 透过时间愈久。例如反渗透一般用于水溶液除盐。这是因为反渗透膜是亲水性的高聚物, 水分子很容易进入膜内, 在水中的无机盐离子则较难进入, 所以经过反渗透膜的水就被除盐淡化了。

2.2 膜分离技术的特点

膜分离技术是以高分子分离膜为代表的一种新型流体分离单元操作技术。

在膜分离出现前, 已有很多分离技术在生产中得到广泛应用。例如:蒸馏、吸附、吸收、苹取、深冷分离等。与这些传统的分离技术相比, 膜分离具有以下特点:

(1) 膜分离通常是一个高效的分离过程。例如, 在按物质颗粒大小分离的领域, 以重力为基础的分离技术最小极限是微米, 而膜分离却可以做到将相对分子质量为几千甚至几百的物质进行分离 (相应的颗粒大小为纳米) 。

(2) 膜分离过程的能耗 (功耗) 通常比较低。大多数膜分离过程都不发生“相”的变化。

(3) 多数膜分离过程的工作温度在室温附近, 特别适用于对热过敏物质的处理。

(4) 膜分离设备本身没有运动的部件, 工作温度又在室温附近, 所以很少需要维护, 可靠度很高。

(5) 膜分离过程的规模和处理能力可在很大范围内变化, 而它的效率、设备单价、运行费用等都变化不大。

(6) 膜分离由于分离效率高, 通常设备的体积比较小, 占地较少。而且膜分离通常可以直接插入已有的生产工艺流程, 不需要对生产线进行大的改变。

3 分离膜具备的基本条件、材料和分类

3.1 分离膜具备的基本条件

3.1.1 分离性

关于膜的分离性能, 有以下二个要点。

(1) 分离膜必须对被分离的混合物具有选择透过 (即具有分离) 的能力。

(2) 分离能力要适度。它是根据被分离混合物的原始状态和分离后要达到的目标来合理确定的。

3.1.2 透过性

能够对被分离的混合物进行有选择的透过是分离膜的最基本条件。需要除去的物质透过速度与通过的物质透过速度之比为分离效率。分离膜的透过性能是它处理能力的主要标志。我们希望在达到所需要的分离率之后, 分离膜的透量愈大愈好。

3.1.3 物理、化学稳定性

目前所用的分离膜大多数是以高聚物为膜材料、需要定期更换。这是因为高聚物在长期使用中, 与光、热、氧气或酸、碱相接触, 容易老化。膜分离过程中除上述因素外, 还有其他因素。例如有些反渗透过程或气体分离过程是在几十到上百个大气压下进行的。高聚物膜长期处在高压下, 会发生被压密现象, 它会使膜在长期使用中透量慢慢减少 (这种变化是不可逆的) , 终至达到不能使用的极限。又如, 膜在使用过程中与混合物接触的表面会被各种各样的杂质所污染, 它们遮住了膜的表面, 阻碍了被分离混合物的直接接触, 等于减少了膜的有效使用面积, 还有一些污染物会破坏高聚物的结构。污染造成的膜性能减退大部分可以通过清洗的方法使它基本上恢复。膜的更换周期关系着生产成本, 十分重要。

3.1.4 经济性

分离膜的价格不能太贵, 否则生产上就无法采用。分离膜的价格取决于膜材料和制造工艺两个方面。

综上所述, 具有适度的分离率、较高的透量、较好的物理、化学稳定性和便宜的价格是一张具有工业实用价值分离膜的最基本条件。

3.2 分离膜材料

目前使用的分离膜大多数是高聚物膜。用无机材料制成的分离膜仍属少数。

3.2.1 高聚物膜材料

塑料、橡胶、尼龙等都属于高聚物范畴, 是不同类型的高聚物。高聚物具有许多与一般其他物质不同的性能:有弹性, 温度高了会融化, 温度低了又变成固体等。高聚物膜材料可分为纤维素衍生物、聚砜类、聚酰胺类及杂环含氮高聚物、聚酯类、聚烯烃、乙烯类高聚物、含硅高聚物、含氟高聚物、甲壳素类。

3.2.2 无机膜

无机分离膜包括陶瓷膜、玻璃膜、金属膜和分子筛炭膜。还有以无机多孔膜为支撑体再与高聚物超薄致密层组成的复合膜。

4 常用的膜分离技术

常用的以压力为推动力的膜分离技术有微滤、超滤、纳滤以及反渗透 (RO) 等工艺方法。

4.1 微滤

微孔滤膜的截留机理大体可分为机械截留、物理作用或吸附截留、架桥截留、网络型膜的网络内部截留。微滤技术是目前所有膜技术应用最广泛的一种膜分离技术, 主要用于过滤0.1 μm~10 μm大小的颗粒、细菌、胶体, 微滤作为较经济的微过滤方式在饮用水处理方面应用广泛, 可代替常规的澄清过滤和二沉池, 在水质波动较大时仍可连续处理, 且占地面积小。在处理城市污水处理方面费用低于超滤能去除病毒。在饮用水生产方面若市场能顺利接受其经济性优于砂滤大规模应用将取代氯气消毒法组件建造可改变水厂地经济性。

4.2 超滤

超过滤器的工作原理即在一定的压力作用下, 当含有大, 小分子物质两类溶质的溶液流过被支撑的膜表面时, 溶剂和小分子溶质 (如无机盐类) 将透过膜, 作为透过物被收集起来, 大分子溶质 (如有机胶体等) 则被薄膜截留而作为浓缩液被回收。超滤其孔径范围为0.05 nm~1 nm, 主要用于去除固体颗粒、悬浮物, 从溶液中分离大分子物质和胶体。超滤在去除对人有害的微生物方面是很有效的。超滤在高纯水制备过程中主要用于去除胶体、微粒、细菌。用于高纯水制备的超滤组件多为中空纤维式, 膜渗透流率高达2 m/d~4 m/d。

4.3 纳滤

纳滤膜与其他分离膜的分离性能比较, 它恰好填补了超过滤与反渗透之间的空白, 它能截留透过超滤膜的那部分小分子量的有机物, 透析被反渗透膜所截留的无机盐。大部分纳滤膜为荷电型, 其对无机盐的分离行为不仅受化学势控制, 同时也受到电势梯度的影响, 所以, 其确切的传质机理至今尚无定论。纳滤介于反渗透和超滤之间, 其操作压力通常为0.5 MPa~1.0 MPa, 纳滤膜的一个显著特点是具有离子选择性, 它对二价离子的去除率高 (95%以上) , 一价离子的去除率低 (40%~80%) , 因此纳滤广泛应用于河水及地下水中含三卤甲烷中间体THM、低分子有机物、农药、异味、硝酸盐、硫酸盐、氟、硼、砷等有害物质的去除。

4.4 反渗透膜

在溶液的液面上施加一个大于渗透压的压力时, 溶剂将与原来的渗透方向相反, 从溶液向溶剂一侧流动, 这就是所谓的反渗透。反渗透膜几乎对所有的溶质都具有很高的脱除率, 反渗透出水水质很高, 在水处理中通常用于最后的精制。反渗透主要用于海水、苦咸水淡化、电厂锅炉用水净化和超纯。

5 膜分离技术发展展望

膜分离技术近年来发展迅速巳在众多领域中得到广泛的应用与常规的分离方法相比回分离过程具有节能、分离效率高等特点是解决当代能源、资源和环境污染等间题的重要技术。我国的膜技术在饮用水深度处理领域的应用与世界先进水平尚有较大差距。今后的研究重点是开发、制造高强度、长寿命、抗污染、高通量的膜材料, 对于不同的污染源采用不同的膜技术及相应的配套工艺, 以达到降低投资和运行成本的目的。在膜使用中着重解决膜污染、浓差极化及清洗等关键问题。

参考文献

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膜分离技术在水处理中的应用进展 篇10

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

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[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

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