膜分离技术及其在工业水处理中的应用研究

戴晴

【摘要】笔者结合多年实际工程经验，对膜分离技术的基本概况，膜分离技术的特点以及膜分离技术的最新进展进行了介绍，系统研究膜分离技术在工业水处理中的应用。

【关键词】膜分离技术；工业水处理；水污染

中图分类号：[F287.2]文献标识码：A 文章编号：

引言：膜分离技术作为一种清洁生产技术，其发展历史已经有几十年了，既能够有效地净化废水，又能实现对有用物质的回收，同时具有操作简单，无变相，节能等优点，在工业废水处理中占据着举足轻重的地位。本文首先介绍膜分离技术的概念，技术特点，然后重点研究膜分离技术在工业水处理中的应用。

一、 膜分离技术概况

所谓膜分离技术，是指利用一张具备选择透过性的经特殊制造而成的薄膜，在外力推动下实现对混合物的浓缩，提纯，分离处理的一种新型分离技术，根据混合物化学性质或物理性质的不同分离物质。物质通过分离膜的速度，即溶解速度取决于进入膜表面扩散到另一表面，龙眼的速度，即扩散速度，以及进入膜的速度。溶解速度只和膜材料之间的化学性质差异有关，而扩散速度除了与化学性质相关外，还和物质的分子量相关，速度越大，透过膜的时间越短，混合物各成分透过膜的速度相差越大，分离效率也就越高。

膜分离技术相比其它传统工业水处理技术具有显著的优势，因此被称为是21世纪最具发展前景的高新技术之一。这些优势主要包括如下几个方面。首先，膜分离技术的分离过程能耗低。吸附，吸收，萃取，蒸馏，蒸发等过程会发生相变，而大多数膜分离过程不会发生相变，因此也就避免了相变过程的能耗。此外，大多数膜分离过程是在低温或室温条件下进行的，被分离物的冷却或加热需要的能量损耗比较低。其次，膜分离技术的分离效率高，水质优良。混凝，絮凝，沉淀等分离技术是以重力为基础的，其最小极限是微米级，而膜分离技术可以实现对纳米级物质的分离。因此，水中的消毒副产物，色度，嗅味及其它病毒，细菌和有机物都可以使用膜分离技术去除，经膜分离处理过的水质明显优于其它处理方法。第三，膜分离技术用药少，传统水处理技术需要投放化学药剂，会对水质产生二次污染，而膜分离技术可以从根本上杜绝这个问题的发生。第四，膜分离技术操作简单，水质较稳定。膜分离设备在常温条件下工作，本身又没有运动部件，因此维护成本不高，操作简便，可靠性高，它可以提供可靠稳定的水质，出水水质只和膜选择性有关，与原水运行条件和水质无关。第五，膜分离技术所需设备占地面积小，通常可以直接在生产工艺流程中插入膜分离环节，避免了对生产线的大幅度改变。第六，膜分离技术采用压力作为推动力，因此易于实现自动化。

膜分离技术具有如此显著的优点，因此在工业水处理中得到了广泛的应用，今年来取得了很大的研究进展。目前主要的膜分离技术主要有以下几种：电渗析，反渗透，超滤，纳滤，微滤等。电渗析是以直流电作为推动力，利用阴阳离子交换膜的选择透过性，是一个水体中的离子通过膜向另一水体迁移的物质分离过程。反渗透是以压力作为推动力，利用反渗透膜不能透过溶质，只能透过水的选择透过性，从某一含有多种微生物，有机物和无机物的水体中提取纯水的物质分离过程。超滤是一种行分离的物理筛分过程。纳滤是近十年来发展较快的一种膜分离技术，以水压为推动力，介于超滤和反渗透之间。微滤介于超滤和常规过程之间，孔径范围较小，是一种精密的过滤技术。

二、 膜分离技术在工业水处理中的应用

膜分离技术主要在工业水处理中的有机化工废水处理和轻工废水处理领域得到广泛应用。

首先，膜分离技术在有机化工废水处理中发挥着越来越重要的作用，目前已在硝基苯胺废水，染料废水，含酚废水等工业水处理中得到了应用。目前主要存在以下几种应用方案：一是以NaOH溶液为内相试剂，以兰-113B为表面活性剂组成溶液，可有效处理含硝基苯废水。二是采用液膜法对高浓度含酚废水进行处理，除酚率达到99.97%，环境效益和经济效益较高。三是采用煤油-LMA-TOA-I-NaOH组成液膜体系对废水进行处理，处理后的乳液再经低电压破乳后可得到浓缩的氨基J酸，实现了对废水的综合利用。四是以HCI溶液为内相试剂，溶剂油为萃取剂，兰-113B为表面活性剂，处理硝基苯胺的工业废水，处理结果达到了国家三级排放标准。

其次，膜分离技术在轻工废水处理中发挥着重要作用，目前在柠檬酸废水和造纸废水等工业水处理中的应用前景相当广泛。现今主要存在以下几种应用方案：一是以A，C膜为一，二级对CEH漂白废水进行联合处理，COD去除率达到85%，BOD去除率达到66%，TOC去除率为71%。二是以MAE单阳膜技术对造纸黑夜污染进行处理，不但能对有用化学品进行回收，还能极大降低COD，处理效果明显。三是采用膜分离法处理柠檬酸废水，柠檬酸是一种在化工，医药，食品领域得到广泛应用的非常重要的有机酸，若采用常规的钙盐法处理会产生大量工业废水，也会损失柠檬酸；采用膜分离法处理能有效降低废水中的COD，经济效益和环境效益显著。此外，膜分离技术也在电镀和冶金工业水处理中得到一定程度的应用。冶金和电镀废水在工业废水中占有较大比例，冶金和电镀工业过程中会产生大量镉，铅，铜，镍等金属离子，利用膜分离技术可使废水的排放达标，而且可实现对有用物质的回收。

三、 总结

综上所述，膜分离技术作为一种高新技术，其发展历史并不长，但却是一种能保证和促进社会持续高速发展的关键技术。由于膜分离技术具有操作方便，设备简单，节能，分离效率高等优点，在废水处理领域有很大的发展潜力。采用膜分离技术对工业废水进行处理时，只要根据废水的实际情况采取合适的预处理，选用宽流道膜组件，工艺设计合理，就能保证处理工业废水的技术可行性。相信随着制膜工艺的不断改善和膜技术的持续深入研究，膜分离技术必将在工业水处理中发挥日益重要的作用。

参考文献

[1] 马颖春,周则水,周春鹏.反渗透膜分离技术在引滦宜兴埠管理处中的应用[J].水科学与工程技术, 2008,(S1).

[2] 张一凡.膜分离技术的现状,发展和应用[J].中国招标, 2011,(12).

[3] 陈海军.膜分离技术及其在食品工业中的应用[J].恩施职业技术学院学报,2008,(02).

[4] 张立才.膜分离技术在冶金废水中的应用[J].中国建设信息(水工业市场),2011,(01).

[5] 张文广.膜分离技术在废水处理中的关键技术[J].中国粉体工业,2009,(03).

[6] 陈麟凤.膜分离技术概述[J].能源与环境,2011,(02).

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