水处理环境工程中膜分离技术的应用

梁文博 孙宪宝

（1、沈阳百傲化学有限公司，辽宁 沈阳110000 2、沈阳欣北飞净化设备有限公司，辽宁 沈阳110000）

1 概述

水属于不可再生资源，人类及其它自然生物都不能缺少水。但近年来随着不断研究出现的新型工业化技术，化学物料在工业化生产过程中逐渐增多了混合物种类，对分离技术不断提高了要求。膜分离技术主要是在环境工程处理中采用选择性能较为特殊的薄膜，利用外力作用对混合物分离、提纯及浓缩等环节的一种新型分离技术。该技术对膜具有较高要求，膜的选择性能应较为突出，才能确保不同物质通过性的筛选。近年来，在实际应用中主要采用的膜都是具有液相和气相的固体。我过对该技术的重视程度不断提高，日益扩大其使用范围，不仅在淡化海水与生产纯水中应用，还在淡化苦咸水、锅炉脱盐水及含油废水等各方面应用，不只是提高经济效益，在一定程度上也能达到保护环境的目标。

2 膜分离技术应用的基本原理

2.1 物理性质应用的基本原理

主要是在几何形状、质量及体积等表现出的不同之处，膜与不同混合物相结合表现出的物理性质具有一定的特异性，主要用于对混合物的分离。

2.2 化学物质应用的基本原理

主要是在分离膜中混合物的通过速度，通常情况下速度可分为两种，一是经由膜表面接触混合物并通过一定方式进入膜内而被称为溶解速度；二是进入到膜内后，由膜表面逐渐扩散到膜另外面的速度。混合物及用于分离的材料膜化学性质对于溶解速度具有决定性作用，而扩散速度不只是由混合物及用于分离的材料膜化学性质所决定，与物质的相对分子质量之间存在较为密切的关系。

3 膜分离技术的主要类型

较常用的膜分离技术有以下几种主要类型:

3.1 微滤分离技术

微滤分离技术是较为高级的过滤技术之一，分离过程的实现主要基于筛分原理中对膜之间存在的压力差而产生的助推力。针对普通过滤技术中不会产生变化的有关技术原理，应用微粒较小的进行过滤，与普通过滤技术相比表现出更高的技术水平。

3.2 超滤分离技术

该技术在胶体及蛋白质等大分子物质分离中应用广泛，对于取出废水中的胶体及杂质等方面的作用也较为重要，能够替代活性炭及多介质过滤器。

3.3 反渗透分离技术

反渗透分离技术是一种比较重要的膜分离技术，主要是在高压条件下，能够将部分细菌、病毒或钙、锌离子等及时阻止，而水分子却能够通过，可有效提高纯水的质量。

3.4 纳滤分离技术

该技术比较先进，属于分子级，一般进行溶解组分应处于1纳米左右。

3.5 电渗析分离技术

该技术是利用电能实现膜分离的技术之一，主要利用直流电助推力将阴、阳离子从膜中透过，进而对水中的阴、阳离子进行选择，有效利用膜产生对两种水体的相互转移作用，进而实现分离物质的过程。在溶液中主要是利用离子交换膜具有的选择透过性将电解质进行分离，实现对溶液的浓缩、淡化及提纯等不同要求。

3.6 动态膜

该技术主体就是动态膜分离层，不只是与动态膜载体具有依附关系，滤饼层或污泥层也具有分离功能。动态膜分离技术目前还需要针对污水处理等方面开展比较深入的研究工作，才能不断提高该技术的研究水平。

4 水处理环境工程中膜分离技术的应用

在水处理中应用膜分离技术取得了一定成效，不仅能够用于给水处理，还可用于污水处理，为环境工程造福。以下针对废水处理中膜分离技术的应用进行分析。

4.1 处理工业废水

在处理石化废水方面，有关研究结果显示，采用中空纤维超滤装置对油田含油污水处理开展有关实验研究工作，在设计过程中，设定每小时处理1.5 吨的规模，水中悬浮固体及含油量在过滤后分别达到0.55 毫克/升和0.49 毫克/升，该设计使渗透油层注水可符合对水质的有关要求，石化企业应用超滤工艺对污水进行重复利用。

在对含重金属废水进行处理过程中，有关研究结果显示，对含重金属锡废水采用乳状液膜法进行处理，效果较为明显。国外企业也应用该方法处理粘胶纤维厂生产过程中产生的含锌废水，明显降低了废水中的含锌浓度，由351 毫克/升降至5.2毫克/升。我国在较低的料液酸度情况下，也采用与此类似的装置处理锌的质量浓度，经过处理后，降低了含锌质量浓度不足5.0 毫克/升，与国家排放标准完全相符。该处理方法不只是提高了经济效益，对于环境工程建设也具有十分重要的作用。在处理造纸废水方面，有关研究人员采用乳状液膜法处理造纸黑水实现了预期效果。还有一些研究人员对造纸废水的处理应用微滤预结合纳滤膜的处理方法，应用效果相对较为显著。在对废水中存在的溶解性有机物采取相应处理的方法，应在处理前适当添加将絮凝，微滤分离无法完全去除溶解性有机物，絮凝可在一定程度上降低化学需氧量，使膜在一定程度上增大了硬度，将水中离子能够尽可能予以除去。在对有机废水进行处理的过程中，有关研究人员在处理有机废水过程中，对醋酸质量浓度的处理采用乳状液膜体系，在环境条件适宜的情况下进行操作，提取1000 毫克/升醋酸浓度废水可达到不低于95%的提取率。在处理其它废水方面，有关研究机构针对高溶度废水研制完成的从中将资源进行回收的一种液膜分离工艺，采用液膜分离工艺从农药废水中将含酚及氰废水中的氰化物进行有效回收。另外，还可应用该工艺对燃料废水进行相应处理，也取得了较为理想的效果。

4.2 生活污水处理

发达国家早在二十纪九十年代中期就应用膜分离技术建设了几十家污水处理厂开展生活污水处理工作，此外还将MBR应用于百余座高楼的中水管道中对处理后的污水进行回收，使系统出水量都基本符合处理标准的具体要求，提高环境保护工作成效。一些研究人员在处理城市污水中采用每日800 立方米处理规模的某种微滤膜装置，通过有关实验数据显示，水质与一般生活非饮用水标准基本一致。基于此情况可保持一个月时间的运行正常，依次达到13.8、16.6 及20.7 升/(平方米·小时)。在生活污水中该装置可将化学需氧量去除超过90%，化学需氧量20-30 毫克/升的出水中，绝大部分悬浮固体在污水中都能被截留及分离。

5 结论

综上所述，属于新技术的膜分离技术，相对于传统分离而言，过程不存在变化，还采用蒸发、深冷分离等一些方法。在常温下这些技术操作也能够正常实施，优势主要体现在设备不复杂、运行费用相对较为低廉等优势，不只使能耗得到降低，还可使效率显著提升。目前，水资源开发是水处理发展的一个重要趋势，对废水采用有效技术进行回收在一定程度上缓解了水资源的压力，对环境也实现了有效保护。工业化技术近年来得到迅速发展，化学物料在工业生产中产生的混合物种类不断增多，在一定程度上对分离技术的要求逐渐提高。膜分离技术如果在环境处理中得到重视，将在水处理领域中日益得到广泛应用。膜材料随着日益改进的性能，技术水平将明显提高，可有效替代水处理过程中采用的常规处理工艺，在供水及污水处理等环节将逐渐体现出日益重要的作用。