淺談超濾膜技術在環境工程水處理中的應用
前言
超(chao)濾(lv)膜(mo)(mo)(mo)技(ji)術是一種能夠將溶(rong)液進行凈化(hua)、分(fen)(fen)離(li)或(huo)者濃縮(suo)(suo)的(de)膜(mo)(mo)(mo)透(tou)過分(fen)(fen)離(li)技(ji)術，介于(yu)微濾(lv)和納濾(lv)之間。超(chao)濾(lv)膜(mo)(mo)(mo)是懸浮顆(ke)粒及(ji)膠體物(wu)質的(de)有(you)(you)效屏障,同時超(chao)濾(lv)膜(mo)(mo)(mo)也可(ke)以實現對“兩蟲、藻類、細菌、病毒和水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)生(sheng)生(sheng)物(wu)的(de)有(you)(you)效去(qu)除(chu)，從而(er)達到溶(rong)液的(de)凈化(hua)、分(fen)(fen)離(li)與濃縮(suo)(suo)的(de)目(mu)的(de)。與傳統工(gong)藝相比，超(chao)濾(lv)膜(mo)(mo)(mo)技(ji)術在(zai)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)處理(li)方面具有(you)(you)能耗低、操作壓力(li)低、分(fen)(fen)離(li)效率高、通量(liang)大及(ji)可(ke)回(hui)(hui)收(shou)有(you)(you)用物(wu)質等優點(dian)，廣泛應(ying)用于(yu)飲用水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)凈化(hua)、生(sheng)活污水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)回(hui)(hui)收(shou)、含油廢水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)、紙漿廢水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)、海水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)淡(dan)化(hua)等水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)處理(li)中(zhong)。在(zai)此，本文就(jiu)超(chao)濾(lv)膜(mo)(mo)(mo)技(ji)術在(zai)環境工(gong)程(cheng)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)處理(li)中(zhong)的(de)應(ying)用展開(kai)簡要(yao)闡述，以供(gong)參考。
2超濾膜技術的基本原理及特點
2.1超(chao)濾膜技術(shu)的基本原理(li)
超(chao)(chao)濾(lv)(UltraFiltration，簡稱UF)是(shi)溶(rong)(rong)液(ye)在(zai)壓力作用(yong)(yong)下，溶(rong)(rong)劑與部分(fen)(fen)(fen)低分(fen)(fen)(fen)子量溶(rong)(rong)質(zhi)穿過(guo)膜(mo)(mo)(mo)上微孔(kong)到達膜(mo)(mo)(mo)的(de)另(ling)一(yi)側，而高(gao)分(fen)(fen)(fen)子溶(rong)(rong)質(zhi)或其他乳化膠束團(tuan)被截(jie)留(liu)，實現從溶(rong)(rong)液(ye)中(zhong)分(fen)(fen)(fen)離(li)的(de)目的(de)。其截(jie)留(liu)機理主要是(shi)篩(shai)分(fen)(fen)(fen)作用(yong)(yong)，但(dan)有(you)時(shi)膜(mo)(mo)(mo)表(biao)面(mian)的(de)化學特性(膜(mo)(mo)(mo)的(de)靜(jing)電作用(yong)(yong))也(ye)起著截(jie)留(liu)作用(yong)(yong)。超(chao)(chao)濾(lv)分(fen)(fen)(fen)離(li)時(shi)是(shi)在(zai)對(dui)料液(ye)施加一(yi)定(ding)壓力后，高(gao)分(fen)(fen)(fen)子物(wu)質(zhi)、膠體(ti)物(wu)質(zhi)因膜(mo)(mo)(mo)表(biao)面(mian)及(ji)微孔(kong)的(de)一(yi)次吸附(fu)，在(zai)孔(kong)內被阻塞而截(jie)留(liu)及(ji)膜(mo)(mo)(mo)表(biao)面(mian)的(de)機械篩(shai)分(fen)(fen)(fen)作用(yong)(yong)等三種方(fang)式(shi)被超(chao)(chao)濾(lv)膜(mo)(mo)(mo)阻止(zhi)，而水、無機鹽及(ji)低分(fen)(fen)(fen)子物(wu)質(zhi)透過(guo)膜(mo)(mo)(mo)。
超濾膜技術截留分子(zi)量的定(ding)義域(yu)為(wei)(wei)500-500000左右，對應孔(kong)徑約(yue)為(wei)(wei)0.002-0.1μm，操作(zuo)靜壓差(cha)一(yi)般為(wei)(wei)0.1-0.5MPa，被分離組分的直徑約(yue)為(wei)(wei)0.005-10μm。
2.2超濾膜技(ji)術的特點
對雜質(zhi)(zhi)的(de)去除效率高，產水(shui)水(shui)質(zhi)(zhi)大(da)(da)大(da)(da)好于(yu)傳統(tong)方法。
2.徹底消除或者大(da)大(da)減(jian)少化(hua)學藥劑的(de)使用(yong)，避免二次(ci)污染。
3.系(xi)統易于自動(dong)化(hua)，可靠性高。運行簡易，設(she)施只有開啟，關閉兩(liang)檔。
4.具有良(liang)好的(de)化學(xue)穩定性，有耐(nai)(nai)酸、耐(nai)(nai)堿以及耐(nai)(nai)水解的(de)性能(neng)，能(neng)廣泛應(ying)用于(yu)各種領域。
5.耐(nai)熱溫度可達到(dao)140℃，可采用(yong)超高溫的蒸(zheng)汽和環氧乙(yi)烷(wan)殺菌消(xiao)毒;能在較寬的PH范圍(wei)內使用(yong)，可以在強(qiang)酸和強(qiang)堿和各種有機溶劑條(tiao)件下使用(yong)。
6.過(guo)濾精度高，能有(you)效濾除水中99.99%的膠體、細(xi)菌、懸浮物等有(you)害(hai)物質。
7.與(yu)常規水(shui)處(chu)(chu)理(li)系(xi)統費用相當生活污水(shui)經過(guo)超濾使處(chu)(chu)理(li)水(shui)質(zhi)變好從而進行(xing)回用，而工業(ye)廢水(shui)中由于一般技術不能達標，采用超濾技術能充分處(chu)(chu)理(li)廢水(shui)。
3超(chao)濾膜技術在水處理中的(de)應用(yong)
3.1飲用水(shui)凈化
當前(qian)，隨著(zhu)我(wo)國(guo)水污染(ran)問(wen)(wen)題(ti)的(de)日(ri)益嚴重，我(wo)國(guo)出現(xian)了新的(de)水質問(wen)(wen)題(ti)，如賈第蟲和(he)隱(yin)孢子(zi)蟲(兩蟲)問(wen)(wen)題(ti)、水蚤及(ji)紅蟲問(wen)(wen)題(ti)、藻(zao)類污染(ran)加劇及(ji)臭味和(he)藻(zao)毒素(su)問(wen)(wen)題(ti)、水的(de)生(sheng)物(wu)穩定(ding)性問(wen)(wen)題(ti)等(deng)。而將超濾膜技術應用于飲用水的(de)凈化時，其可(ke)去除水中(zhong)包括水蚤、藻(zao)類、原生(sheng)動物(wu)、細菌(jun)甚(shen)至病毒在內的(de)微生(sheng)物(wu)，對水中(zhong)的(de)致病微生(sheng)物(wu)、濁(zhuo)度、天然有(you)機(ji)物(wu)、微量有(you)機(ji)污染(ran)物(wu)、氨(an)氮等(deng)都有(you)較好的(de)處理效果，能滿足(zu)人們對水質的(de)要(yao)求。
如(ru)，張艷等[2]以混凝沉淀(dian)為預處理(li)方法，通過中試試驗(yan)，對(dui)浸沒式超濾膜處理(li)東(dong)江水(shui)的最(zui)佳運(yun)行方式進行了研究，該(gai)工藝通過對(dui)水(shui)中的致病微生物、濁質、天然有機(ji)(ji)物、有毒有害微量(liang)有機(ji)(ji)污染(ran)物、氨(an)氮、重(zhong)金屬等設置多(duo)級屏障，可以使其含量(liang)得到逐(zhu)級削減(jian),最(zui)后得到優質飲(yin)用水(shui)。
3.2造紙廢(fei)水的處理
超濾(lv)膜技術應用于(yu)造(zao)紙廢(fei)水中(zhong)，主要是對某些成分進行濃縮(suo)并回收，而(er)透過(guo)的水又重新返回工藝中(zhong)使(shi)用。一般(ban)，造(zao)紙廢(fei)水膜分離技術研究主要包括(kuo)：回收副產品，發展木(mu)素綜(zong)合利(li)用;制(zhi)漿(jiang)廢(fei)液的預(yu)濃縮(suo);去(qu)除漂白廢(fei)水中(zhong)的有毒物質(zhi)等。
楊(yang)友強等(deng)[3]研究了(le)超濾(lv)法處理造紙磺化化機漿(SCMP)廢(fei)水(shui)及影(ying)響超濾(lv)的各種因素，結果表明(ming)：截(jie)留分子量為(wei)20000u的聚醚砜(PES200)膜(mo)(mo)適于(yu)處理SCMP廢(fei)水(shui)，清洗(xi)后膜(mo)(mo)的通量可恢復98%。黃麗江等(deng)[4]采用0.8μm微濾(lv)(MF)與50nm超濾(lv)(UF)無機陶瓷(ci)膜(mo)(mo)組(zu)合工藝對(dui)造紙廢(fei)水(shui)進行了(le)處理，在溫度為(wei)15℃、壓力為(wei)0.1MPa的操作(zuo)條(tiao)件下，0.8μm膜(mo)(mo)對(dui)COD的去除率為(wei)30%~45%，50nm膜(mo)(mo)對(dui)COD的去除率為(wei)55%~70%。
3.3含(han)油廢水的處理
含(han)油(you)(you)(you)廢水存在的狀態分(fen)三種(zhong)：浮油(you)(you)(you)、分(fen)散油(you)(you)(you)、乳化(hua)油(you)(you)(you)。前兩種(zhong)較容易(yi)處理，可采用機(ji)械分(fen)離、凝聚沉淀(dian)、活性(xing)炭吸附(fu)等技術(shu)處理，使油(you)(you)(you)分(fen)降到很(hen)低。但乳化(hua)油(you)(you)(you)含(han)有表面活性(xing)劑和(he)起同(tong)樣作用的有機(ji)物(wu)，油(you)(you)(you)分(fen)以微(wei)米級(ji)大小的離子存在于(yu)水中，重力分(fen)離和(he)粗粒化(hua)法都比(bi)較困(kun)難，而采用超濾膜(mo)技術(shu)，它使水和(he)低分(fen)子有機(ji)物(wu)透過膜(mo)，在除油(you)(you)(you)的同(tong)時(shi)去除COD及(ji)BOD，從而實現油(you)(you)(you)水分(fen)離。
如，油田含(han)油廢水(shui)中(zhong)通常油量為100～1000mg/L，超過國(guo)家(jia)排放標準(zhun)(zhun)(<10mg/L)，故排放前(qian)采用先進(jin)的(de)高效衡壓淺層氣(qi)浮技術和中(zhong)空纖維(wei)膜分離(li)技術進(jin)行了分離(li)，在(zai)操作(zuo)壓力為0.1MPa、污(wu)水(shui)溫度40℃時，膜的(de)透(tou)水(shui)速度可達60～120L/(m2˙h)，出(chu)水(shui)中(zhong)含(han)油量為痕跡，懸(xuan)浮物固體含(han)量平均值(zhi)(zhi)為0.32mg/L，懸(xuan)浮物粒(li)徑(jing)中(zhong)值(zhi)(zhi)平均值(zhi)(zhi)為0.82μm，完全達到了特(te)低(di)滲透(tou)油田回注水(shui)的(de)水(shui)質標準(zhun)(zhun)。
3.4城市污水(shui)回用
城市污(wu)水(shui)(shui)是一(yi)種重要的水(shui)(shui)資源，國外早已開始(shi)廣泛英語膜法(fa)進行城市污(wu)水(shui)(shui)回(hui)用(yong)，隨(sui)著(zhu)我國水(shui)(shui)污(wu)染問題的愈(yu)發嚴(yan)重，將超濾(lv)(lv)膜技術應用(yong)于城市污(wu)水(shui)(shui)回(hui)用(yong)，也日(ri)漸(jian)引起了人們(men)的關注。如，湯凡敏等[5]利(li)用(yong)CASS與超濾(lv)(lv)膜組(zu)合工(gong)藝(yi)處理(li)小(xiao)區(qu)生活污(wu)水(shui)(shui)，當水(shui)(shui)力停留(liu)時間為(wei)12h、CODCr濃度(du)在(zai)215~677mg/L之間時，該工(gong)藝(yi)出水(shui)(shui)CODCr穩定在(zai)30mg/L左(zuo)右;NH3-N濃度(du)為(wei)22.2~41.2mg/L時，出水(shui)(shui)NH3-N最低可達0.2mg/L，去除率達到90%以上，出水(shui)(shui)pH值(zhi)在(zai)7.26~7.89之間，出水(shui)(shui)濁度(du)小(xiao)于0.5，出水(shui)(shui)水(shui)(shui)質優于回(hui)用(yong)水(shui)(shui)標準，可直接回(hui)用(yong)。
3.5海水淡化
海(hai)(hai)水(shui)(shui)淡(dan)化技術(shu)經過半個(ge)世紀的(de)(de)發展，從(cong)技術(shu)上已經比較成熟(shu)，目前主(zhu)要的(de)(de)海(hai)(hai)水(shui)(shui)淡(dan)化方(fang)法有(you)反(fan)滲(shen)透(SWRO)、多(duo)(duo)級閃蒸(zheng)(MSF)、多(duo)(duo)效(xiao)蒸(zheng)發(MED)和(he)壓汽蒸(zheng)餾(VC)等(deng)，而適用(yong)(yong)于大(da)型(xing)的(de)(de)海(hai)(hai)水(shui)(shui)淡(dan)化的(de)(de)方(fang)法只有(you)SWRO、MSF和(he)MED。隨(sui)著膜(mo)技術(shu)的(de)(de)不斷發展，從(cong)19世界(jie)60年(nian)代開(kai)(kai)始(shi)膜(mo)技術(shu)開(kai)(kai)始(shi)應用(yong)(yong)于海(hai)(hai)水(shui)(shui)淡(dan)化。但(dan)在(zai)這一(yi)過程(cheng)中，由于膜(mo)污染問題，使得反(fan)滲(shen)透系統在(zai)處理海(hai)(hai)水(shui)(shui)方(fang)面出現了瓶頸，而超濾膜(mo)技術(shu)的(de)(de)應用(yong)(yong)，可(ke)有(you)效(xiao)地控制海(hai)(hai)水(shui)(shui)水(shui)(shui)質(zhi)，為反(fan)滲(shen)透系統提供高質(zhi)量的(de)(de)入(ru)水(shui)(shui)。
如(ru)，葉(xie)春松等[6]采用中空纖維超(chao)濾膜(mo)直接處(chu)理(li)高(gao)濁(zhuo)(zhuo)度(du)海(hai)(hai)水(shui)，該超(chao)濾膜(mo)的(de)產水(shui)濁(zhuo)(zhuo)度(du)平(ping)均值(zhi)為(wei)(wei)0.11NTU，SDI15平(ping)均值(zhi)為(wei)(wei)2.4，COD的(de)平(ping)均去除(chu)率為(wei)(wei)60.0%，膠硅的(de)平(ping)均去除(chu)率為(wei)(wei)89.0%，跨(kua)膜(mo)壓差小(xiao)于6.0×104Pa，遠(yuan)遠(yuan)小(xiao)于超(chao)濾膜(mo)本身最大操作(zuo)壓差2.1×105Pa，該超(chao)濾膜(mo)對(dui)濁(zhuo)(zhuo)度(du)高(gao)、變(bian)化大的(de)海(hai)(hai)水(shui)有很強的(de)適(shi)應(ying)性(xing)，可以在(zai)以高(gao)濁(zhuo)(zhuo)度(du)海(hai)(hai)水(shui)為(wei)(wei)進(jin)水(shui)的(de)情況下作(zuo)為(wei)(wei)海(hai)(hai)水(shui)反(fan)滲(shen)透系統的(de)預處(chu)理(li)裝置。
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