双极膜技术在环境工程中的应用及展望

王 凡（宝鸡职业技术学院，陕西 宝鸡 721013）



双极膜技术在环境工程中的应用及展望

王 凡
（宝鸡职业技术学院，陕西 宝鸡 721013）

摘 要：随着全球工业化进程的快速发展，环境污染问题也日益严峻，各国越来越重视如何有效地治理环境污染的问题。双极膜凭借其水解离电渗析的特点，很好地解决了长久以来传统治污方法在环境工程中积存在的一些技术难题。双极膜的应用价值愈加受到研究学者们的重视。本文对双极膜的工作原理作简要阐述，详细研究讨论其在环境工程中的广泛应用及展望。

关键词：双极膜；环境工程；水解离电渗析；应用

1　工作原理简述

双极膜也叫双极性膜，是一种新型的特种离子交换膜，通常由一张阳膜和一张阴膜复合而成。该膜的特点是在直流电场的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O 解离成H+和并分别通过阴膜和阳膜，作为H+和离子源，通过一系列电化学反应公式，达到有效处理环境污染问题的目的。与国外的研究相比，我国对双极膜技术的研究起步较晚，最近几年市场上才开始出现商品化双极膜。目前双极膜已被广泛应用于各个领域，其中在环境工程中的应用效果显著。

2　双极膜在环境工程中的应用

2.1处理废水

2.1.1处理工业废水

在工业生产过程中经常会产生大量的工业废水，针对不同性质的工业废水，往往采取不同的方法净化。在处理含有重金属的废水，通常是将这些重金属先经过化学反应变成氢氧化物沉淀并除去。若采用纳滤膜技术，则可以对废水进行有效回收，回收率可达90%以上，同时还能浓缩重金属离子，使其具备回收利用价值。

2.1.2处理生活污水

在处理生活产生污水时，一般采用生物降解与化学氧化两者结合的方法处理，但往往氧化剂的用量太大，会剩余较多残留物。因此如果在它们之间加上一个纳滤环节，让能被微生物降解的小分子透过，截留住大分子，然后用化学氧化器处理大分子物质，使其进行生物降解，这样便可以充分利用生物降解性，节约氧化剂和活性炭的用量，并且减少最终残留物的含量。由于水污染的问题日益严重，人们的饮用水质量也受到威胁。利用双极膜纳滤法不仅可以有效去除消毒过程中产生的微毒副产物等化学残留物，而且还具有化学药剂用量少、节能、占地少、便于管理和维护等优点。

2.2处理废气

工厂在生产过程中，除了会产生废液污染，还会排放一些对大气有污染的气体，也需要进行有效处理净化。目前，工厂在燃烧过程释放出来的酸性污染气体主要以COx、NOx、SOx为主。这些大气污染气体物种每年的排放量非常大，例如 SOx，我国每年大约向大气排放1900～2100万吨的大气污染物。这些过量排放的酸性气体是引起全球温室效应、酸雨等污染问题的罪魁祸首，对人类日常生活的危害十分严重，因此必须要及时采取有效措施来进行治理。

利用双极膜技术处理这类酸性气体方法简单有效，并且易于操作。以从废气中回收二氧化硫为例，回收步骤为：一、先用碱液如氢氧化钠进行吸收；二、吸收液通过双极膜电渗析，在酸室里得到硫酸溶液；三、碱室里得到的主要成分是和NaOH液，这些液体可以返回工序的第一步重新吸收尾气。在整个回收过程中实现了零排放，从而也就避免了二次污染。在最大化回收废气中有用物质实现二次利用的同时还有效地缓解了环境污染问题。

2.3绿色能源——双极膜蓄电池

在工业冶金过程中产生的废酸碱除了可以用纳滤膜技术进行废水跟重金属离子的回收，还可以通过双极膜技术做成蓄电池进行发电。计算显示，一摩尔每升的酸和一摩尔每升的碱反应，可以得到 0.828 V的理论电位，数值上刚好等于双极膜水解电离时产生的电压降。以往这部分的电能很难加以有效利用，现在通过双极膜水解电离池，不仅可以充分利用这部分电能，而且还能够借助于可逆电极，实现充电的过程。在实际应用时可以由数十个甚至上百个基本单元组成双极膜蓄电池，使其达到人们日常生活所需的电压及输出功率。日常生产中，通常会产生大量的酸性与碱性废液，通过双极膜技术对这些工业废液进行回收，并制成蓄电池，实现资源的循环再利用，由此可见，双极膜电池具有很高的开发价值和显著的经济效益，发展前景光明。

2.4用于垃圾发酵连续制备有机酸

在日常生活中产生的厨房垃圾，一般采取直接填地的处理方法，这对环境也会产生一些较小的污染。目前处理厨房生活垃圾的主要方式是通过发酵处理的方法来制成有机酸，在保护环境的同时，充分发挥这些垃圾的经济效益。由于在传统的发酵制作过程中，反应生成的有机酸会影响环境的PH值，不利于微生物的生长、发酵，影响了反应的进一步进行，不少企业会向发酵池中加入酸碱来调节环境的PH值，这种方法，不仅工序步骤复杂，而且还消耗了大量的酸碱，反应剩余的废液残渣也对环境造成二次污染。而如果以双极膜电渗析解离作为氢离子和氢氧根离子的供应源，则可以直接从发酵液中生产出有机酸，免去了投放酸碱的过程，，也就避免了资源浪费和二次污染的问题。

3　展望

在社会工业化快速发展的今天，环境问题应受到人们的高度重视，只有保护好我们赖以生存的环境，才能实现社会的可持续发展。双极膜作为一种全新的技术，已被广泛应用于环境工程领域，它有效解决了传统方法在环境治污过程中存留的技术疑难问题。目前看来，双极膜的应用前景非常广阔，可以通过改进制备工艺过程，降低生产成本，研究开发出更高性能的双极膜，拓宽其应用领域，充分发挥其经济效益，对环境的可持续发展具有深远的意义。

参考文献：

［1］谢鸿芳，肖艳春，郑林禄，郑淑英，陈震.双极膜技术在环境工程中的应用与展望［J］.广州化学，2012（01）.

［2］彭飞燕.双极膜在环境保护方面的应用研究进展［J］.安徽化工，2012（04）.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.13.086

作者简介：王凡（1985-），女，陕西宝鸡人，本科，助教，研究方向：环境工程。