膜分离技术在环境工程中的应用研究

2021-11-30李其亮

皮革制作与环保科技 2021年15期

李其亮

（沈阳鼓风机集团股份有限公司，辽宁沈阳 110869）

随着我国工业水平的不断提升，我国的环境污染问题也凸显出来，水污染、大气污染等事件频发，环境污染问题开始受到越来越多人的关注。针对目前存在的环境污染问题，急需创新性的新技术开展起来有效防治环境污染。目前，膜分离技术作为一项较为先进的技术，在环境工程中用于环境污染问题的处理和防治效果良好，受到越来越多的青睐[1]。

1 膜分离技术

1.1 膜分离技术的原理、特点及与传统分离技术的比较

膜分离技术是指根据膜自身作为一种起过滤作用的介质，因其具有独特的性能，当溶液与膜接触时，在以膜两侧压力差作为推动力的作用下，利用各种组分在膜中传质的选择性的差异，使一些物质透过膜，而另外一些物质则被选择性地拦截，从而达到使溶液中的不同组分被分离、提纯和富集的一种技术，和传统的分离技术相比脱离了助剂的协助分离，从而节约了成本，提高了效益。此外，膜分离技术还具有分离效率高、能耗低、没有二次污染、设备比较简单，操作方便等特点使其和传统分离技术对比更加适用于热敏性物质的分离，同时在污染防治过程中也发挥着重要的作用[2]。

1.2 膜分离技术与环境保护的关系

膜分离技术广泛应用于环境工程各个领域，与环境保护关系十分密切，它通过外部能量与化学差作为动力，结合合成膜对多组分或双组分溶剂进行有效分离，同时不但能区别不同等级的物质而且还能够利用多种技术方法对物质进行分析、收集和提取，此外膜分离技术对环境保护有着极其重要的意义和作用，环境保护法明确规定要有效处理日常生活、生产中产生的固体、液体、气体废弃物，减少他们向环境的排放量，同时通过一定的技术方法回收有用的物质，达到无害、减量、资源三化的目的，而膜分离技术它可以针对性的对这些固态废弃物、液态废弃物和气态废弃物进行有效的分离处理，并使其达到环境保护法的规定标准后进行排放，它还可以通过一定的技术方法对回收物质进行二次利用，有效的保护了生态环境。

2 常见的膜分离技术及其在环境工程中的应用

常见的几种膜分离技术主要有：微滤（MF）技术、纳滤（NF）技术、超滤（UF）技术、反渗透（RO）技术等[3]。它们在环境工程中的应用如下：

2.1 微滤（MF）技术

微滤技术在目前膜分离技术中因其技术过滤压力较低，处理水质的效率高且操作面积不需要太大等优点所以是目前应用最为广泛的一种。微滤一般适用于分离直径在0.1 μm～10 μm之间的粒子，通过膜两侧的压力差作为推动力将粒子和水进行分离，在操作中一般要求压力差小于0.2 MPa。但是，微滤技术目前面临着如何清洗，随着时间的增加而增厚的滤饼层这样一个亟待解决的难题，同时研发一款新型的耐高温、抗污染、耐溶剂易于清洁的膜和膜组件也是目前的膜分离技术研究者需要思考和研究的问题。

2.2 超滤（UF）技术

超滤技术主要依靠膜两侧的静压差同时利用机械筛选的方式去除水体中的悬浮物和胶体等杂质，实现对水体的净化。此技术主要应用于工业废水处理、污水处理等，装置具有很强的灵活性，在进行膜分离的时候既可以单独操作运行也可以与其它设备结合运行。

2.3 反渗透（RO）技术

反渗透技术和超滤和微滤一样也是靠压力驱动来实现分离的一种膜技术，它的特点是反渗透膜利用两侧的静压差作为推动力，把溶剂的渗透压克服掉之后只能让溶剂通过反渗透膜而把离子物拦截掉，拦截掉的离子物大多为（1～10）×10～10 m的小分子，利用反渗透技术的特点，它主要应用于污水的深度处理以及饮用水的净化。它的优点在于能在短时间内达到预期的处理效果，缺点首先是反渗透膜因为对污染物的选择性比较低所以更容易受到污染，其次是由浓差极化带来的反渗透系统内水通量下降和透盐率上升的问题。

2.4 纳滤（NF）技术

纳滤技术是20世纪80年代随着反渗透技术的问世后发展起来的新的膜分离技术。它主要利用自身的压力驱动去除水体中绝大部分的二价离子，硝酸盐等有害物质，它具有极强的离子选择性，因此广泛应用于饮用水的纯化及工业用水的纯化和净化处理等。但是，纳滤技术因为其纳滤膜很容易受到污染，因此纳滤技术对水质的要求很高，需要在进行膜分离之前对水质进行复杂的预处理工作，以保证水质不会对纳滤膜产生污染。

3 膜分离技术在水处理环境工程中的应用

3.1 膜分离技术可净化饮用水

目前，随着我国环境污染问题越来越严重，使得水体也受到了严重的污染，其中的有毒和有害物质开始出现并逐渐增加，甚至在人们的饮用水中也出现了有毒有害物质，直接影响了人们的生活质量并威胁到了人们的身体健康。因此，水污染问题也开始引起人们的重视，如何处理水污染净化水质就显得尤为重要。尤其是对水质要求比较高的饮用水，一旦人们饮用了未经处理或者处理不达标的水将会对人们的身体造成严重的伤害。将常用的几种膜分离技术应用在饮用水处理中，不仅充分发挥了每种技术的优势同时又能在不添加任何别的试剂的情况下高效的去除水体中的细菌、微生物和悬浮物等，提高了饮用水质量，因此，利用膜分离技术来净化饮用水提高人们的生活质量在许多国家已广泛应用。

3.2 膜分离技术处理工业废水

工业生产中会产生大量的工业废水，其中含有各种重金属等有毒有害物质，如果不经处理直接外排将会对自然环境造成严重的污染，甚至威胁到人们的身体健康和生命安全，尤其是机械加工厂排出的含油废水、冲洗废水等，其中含有各种金属离子如锌、铬以及氰化物等剧毒物质，如果随意排放或者不达标排放污染性极大，也是重点控制的污染废水之一。因此，合理的利用膜分离技术，对工业废水进行有效处理，实现工业废水的循环利用意义重大。

3.3 膜分离技术处理海水和苦咸水

苦咸水主要指的是偏碱性的水，一般硬度小于酸碱度，且苦咸水中还含有大量的中性盐，多项指标达不到饮用水标准。因此，不宜直接饮用，长期饮用会引起胃肠道疾病甚至能导致人体免疫力低下。但是，我国因淡水资源短缺，在北方、东部沿海地区和西北内陆干旱地区分布有大量的苦咸水，目前仍有上千万农村人口饮用苦咸水，严重影响着人们的身体健康。众所周知，海水中含有大量的盐类和微生物，如果直接饮用会导致人体出现脱水甚至中毒，严重影响着人体的健康。然而，我国海水资源丰富，淡水资源短缺，因此如何利用膜分离技术有效地处理苦咸水和海水使其达到饮用水标准以缓解我国淡水资源短缺的问题就显得十分重要。目前，苦咸水和海水的膜技术处理主要有三种方法，蒸馏、电渗析法和反渗透法。但是电渗析法因其能耗较高故应用较少，应用较为广泛的是反渗透法，反渗透技术在处理苦咸水和海水的过程中能耗低、经济适用、操作设备简单而且绿色环保，而且在处理苦咸水中不但去除了水中的各种离子还能去除一些大于离子的微粒，在处理海水的过程中还能减少树脂再生剂的使用量，适用性更强。使得膜分离技术在用于海水和苦咸水的处理中受到越来越多人们的青睐。