淺談超濾膜技術(shù)在環(huán)境工程水處理中的應(yīng)用
2016-04-30
超濾膜技術(shù)是一種能夠?qū)⑷芤哼M(jìn)行凈化、分離或者濃縮的膜透過(guò)分離技術(shù)，介于微濾和納濾之間。超濾膜是懸浮顆粒及膠體物質(zhì)的有效屏障, 同時(shí)超濾膜也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)“兩蟲(chóng)、藻類(lèi)、細(xì)菌、病毒和水生生物的有效去除，從而達(dá)到溶液的凈化、分離與濃縮的目的。與傳統(tǒng)工藝相比，超濾膜技術(shù)在水處理方面具有能耗低、操作壓力低、分離效率高、通量大及可回收有用物質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于飲用水凈化、生活污水回收、含油廢水、紙漿廢水、海水淡化等水處理中。在此，本文就超濾膜技術(shù)在環(huán)境工程水處理中的應(yīng)用展開(kāi)簡(jiǎn)要闡述，以供參考。
2超濾膜技術(shù)的基本原理及特點(diǎn)
2.1超濾膜技術(shù)的基本原理
超濾(UltraFiltration，簡(jiǎn)稱(chēng)UF)是溶液在壓力作用下，溶劑與部分低分子量溶質(zhì)穿過(guò)膜上微孔到達(dá)膜的另一側(cè)，而高分子溶質(zhì)或其他乳化膠束團(tuán)被截留，實(shí)現(xiàn)從溶液中分離的目的。其截留機(jī)理主要是篩分作用，但有時(shí)膜表面的化學(xué)特性(膜的靜電作用)也起著截留作用。超濾分離時(shí)是在對(duì)料液施加一定壓力后，高分子物質(zhì)、膠體物質(zhì)因膜表面及微孔的一次吸附，在孔內(nèi)被阻塞而截留及膜表面的機(jī)械篩分作用等三種方式被超濾膜阻止，而水、無(wú)機(jī)鹽及低分子物質(zhì)透過(guò)膜。
超濾膜技術(shù)截留分子量的定義域?yàn)?00-500000左右，對(duì)應(yīng)孔徑約為0.002-0.1μm，操作靜壓差一般為0.1-0.5MPa，被分離組分的直徑約為0.005-10μm。
2.2 超濾膜技術(shù)的特點(diǎn)
對(duì)雜質(zhì)的去除效率高，產(chǎn)水水質(zhì)大大好于傳統(tǒng)方法。
2.徹底消除或者大大減少化學(xué)藥劑的使用，避免二次污染。
3.系統(tǒng)易于自動(dòng)化，可靠性高。運(yùn)行簡(jiǎn)易，設(shè)施只有開(kāi)啟，關(guān)閉兩檔。
4.具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，有耐酸、耐堿以及耐水解的性能，能廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。
5.耐熱溫度可達(dá)到140℃，可采用超高溫的蒸汽和環(huán)氧乙烷殺菌消毒;能在較寬的PH范圍內(nèi)使用，可以在強(qiáng)酸和強(qiáng)堿和各種有機(jī)溶劑條件下使用。
6.過(guò)濾精度高，能有效濾除水中99.99%的膠體、細(xì)菌、懸浮物等有害物質(zhì)。
7.與常規(guī)水處理系統(tǒng)費(fèi)用相當(dāng)生活污水經(jīng)過(guò)超濾使處理水質(zhì)變好從而進(jìn)行回用，而工業(yè)廢水中由于一般技術(shù)不能達(dá)標(biāo)，采用超濾技術(shù)能充分處理廢水。
3超濾膜技術(shù)在水處理中的應(yīng)用
3.1 飲用水凈化
當(dāng)前，隨著我國(guó)水污染問(wèn)題的日益嚴(yán)重，我國(guó)出現(xiàn)了新的水質(zhì)問(wèn)題，如賈第蟲(chóng)和隱孢子蟲(chóng)(兩蟲(chóng))問(wèn)題、水蚤及紅蟲(chóng)問(wèn)題、藻類(lèi)污染加劇及臭味和藻毒素問(wèn)題、水的生物穩(wěn)定性問(wèn)題等。而將超濾膜技術(shù)應(yīng)用于飲用水的凈化時(shí)，其可去除水中包括水蚤、藻類(lèi)、原生動(dòng)物、細(xì)菌甚至病毒在內(nèi)的微生物，對(duì)水中的致病微生物、濁度、天然有機(jī)物、微量有機(jī)污染物、氨氮等都有較好的處理效果，能滿(mǎn)足人們對(duì)水質(zhì)的要求。
如，張艷等[2]以混凝沉淀為預(yù)處理方法，通過(guò)中試試驗(yàn)，對(duì)浸沒(méi)式超濾膜處理東江水的最佳運(yùn)行方式進(jìn)行了研究，該工藝通過(guò)對(duì)水中的致病微生物、濁質(zhì)、天然有機(jī)物、有毒有害微量有機(jī)污染物、氨氮、重金屬等設(shè)置多級(jí)屏障，可以使其含量得到逐級(jí)削減,最后得到優(yōu)質(zhì)飲用水。
3.2造紙廢水的處理
超濾膜技術(shù)應(yīng)用于造紙廢水中，主要是對(duì)某些成分進(jìn)行濃縮并回收，而透過(guò)的水又重新返回工藝中使用。一般，造紙廢水膜分離技術(shù)研究主要包括：回收副產(chǎn)品，發(fā)展木素綜合利用;制漿廢液的預(yù)濃縮;去除漂白廢水中的有毒物質(zhì)等。
楊友強(qiáng)等[3]研究了超濾法處理造紙磺化化機(jī)漿(SCMP)廢水及影響超濾的各種因素，結(jié)果表明：截留分子量為20000u的聚醚砜(PES200)膜適于處理SCMP廢水，清洗后膜的通量可恢復(fù)98%。黃麗江等[4]采用0.8μm微濾(MF)與50nm超濾(UF)無(wú)機(jī)陶瓷膜組合工藝對(duì)造紙廢水進(jìn)行了處理，在溫度為15℃、壓力為0.1MPa的操作條件下，0.8μm膜對(duì)COD的去除率為30%~45%，50nm膜對(duì)COD的去除率為55%~70%。
3.3含油廢水的處理
含油廢水存在的狀態(tài)分三種：浮油、分散油、乳化油。前兩種較容易處理，可采用機(jī)械分離、凝聚沉淀、活性炭吸附等技術(shù)處理，使油分降到很低。但乳化油含有表面活性劑和起同樣作用的有機(jī)物，油分以微米級(jí)大小的離子存在于水中，重力分離和粗?；ǘ急容^困難，而采用超濾膜技術(shù)，它使水和低分子有機(jī)物透過(guò)膜，在除油的同時(shí)去除COD及BOD，從而實(shí)現(xiàn)油水分離。
如，油田含油廢水中通常油量為100～1000mg/L，超過(guò)國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)(<10mg/L)，故排放前采用先進(jìn)的高效衡壓淺層氣浮技術(shù)和中空纖維膜分離技術(shù)進(jìn)行了分離，在操作壓力為0.1MPa、污水溫度40℃時(shí)，膜的透水速度可達(dá)60～120L/(m2˙h)，出水中含油量為痕跡，懸浮物固體含量平均值為 0. 32mg/ L，懸浮物粒徑中值平均值為 0. 82μm，完全達(dá)到了特低滲透油田回注水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
3.4城市污水回用
城市污水是一種重要的水資源，國(guó)外早已開(kāi)始廣泛英語(yǔ)膜法進(jìn)行城市污水回用，隨著我國(guó)水污染問(wèn)題的愈發(fā)嚴(yán)重，將超濾膜技術(shù)應(yīng)用于城市污水回用，也日漸引起了人們的關(guān)注。如，湯凡敏等[5]利用 CASS 與超濾膜組合工藝處理小區(qū)生活污水，當(dāng)水力停留時(shí)間為12h、CODCr濃度在215~ 677 mg/ L 之間時(shí)，該工藝出水 CODCr穩(wěn)定在30 mg/ L 左右;NH3-N 濃度為 22.2~ 41.2 mg/ L時(shí)，出水NH3-N 最低可達(dá)0. 2 mg/ L，去除率達(dá)到90%以上，出水pH 值在 7.26~7.89 之間，出水濁度小于 0. 5，出水水質(zhì)優(yōu)于回用水標(biāo)準(zhǔn)，可直接回用。
3.5海水淡化
海水淡化技術(shù)經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，從技術(shù)上已經(jīng)比較成熟，目前主要的海水淡化方法有反滲透(SWRO)、多級(jí)閃蒸(MSF)、多效蒸發(fā)(MED)和壓汽蒸餾(VC)等，而適用于大型的海水淡化的方法只有 SWRO、MSF 和 MED。隨著膜技術(shù)的不斷發(fā)展，從19世界60年代開(kāi)始膜技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于海水淡化。但在這一過(guò)程中，由于膜污染問(wèn)題，使得反滲透系統(tǒng)在處理海水方面出現(xiàn)了瓶頸，而超濾膜技術(shù)的應(yīng)用，可有效地控制海水水質(zhì)，為反滲透系統(tǒng)提供高質(zhì)量的入水。
如，葉春松等[6]采用中空纖維超濾膜直接處理高濁度海水，該超濾膜的產(chǎn)水濁度平均值為 0. 11NTU，SDI15 平均值為 2. 4，COD 的平均去除率為60.0%，膠硅的平均去除率為 89. 0%，跨膜壓差小于6.0×104Pa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于超濾膜本身最大操作壓差2. 1×105Pa，該超濾膜對(duì)濁度高、變化大的海水有很強(qiáng)的適應(yīng)性，可以在以高濁度海水為進(jìn)水的情況下作為海水反滲透系統(tǒng)的預(yù)處理裝置。
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