李 磊/青島后海熱電有限公司
水處理過程中膜分離技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐探究
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膜分離技術(shù)作為一種新型的分離技術(shù)的分支,開始于二十世紀(jì)初期,在1960年以后得到了很好的發(fā)展。膜分離技術(shù)既高效又節(jié)能,可以應(yīng)用于水處理過程,具有很好的發(fā)展前景。隨著社會各領(lǐng)域的不斷發(fā)展,此技術(shù)在分離技術(shù)中占有重要作用,其使用范圍也越來越廣泛。本文就水處理過程中膜分離技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐展開分析和探討。
水處理過程;膜分離技術(shù);應(yīng)用實(shí)踐
水資源十分重要,地球生命不能離開水,它更加與人們的生活密不可分。針對海水淡化的問題,不同時期的人們提出相應(yīng)的解決方法,比如:反滲透法,從不同程度上解決了問題,隨著社會科技的不斷進(jìn)步,出現(xiàn)膜分離技術(shù)。它作為一種新型的分離技術(shù),節(jié)能且高效。其中,采用的納濾作為新型分離膜,它所截流下的物質(zhì)分子量在反滲透與超濾之間,并且其膜的表面具有電荷。
2.1膜分離技術(shù)的原理
膜分離技術(shù)的分離原理包含兩個方面,一方面是在物理性質(zhì)的篩選分離,在混合溶液中,不同的分子具有不同的體積、質(zhì)量,對同一生物膜的選擇透過能力不一樣,因此,在膜的篩選下可以對混合物中不同物理性質(zhì)的組成部分進(jìn)行分類,另一方面則是在化學(xué)性質(zhì)的篩選分離,當(dāng)混合物中各種組分對膜的選擇透過性差異性較小時,通常利用其對膜的滲透速度來進(jìn)行分離,如溶解速度和擴(kuò)撒速度。通常情況下,利用化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分離的材料膜的化學(xué)性質(zhì)會影響到分離效果。
2.2膜分離技術(shù)分類
目前已經(jīng)深入研究和開發(fā)的膜分離法主要有反滲透(RO)、電滲析(ED)、滲析(D)、微濾(MF)、滲透蒸發(fā)(PV)、超濾(UF)、氣體分離(GS)等等。根據(jù)膜分離的不同原理,可以將以上膜分離技術(shù)分為兩大類。
2.2.1是反滲透膜分離技術(shù)。
例如納濾、超濾以及微濾都是采用的反滲透原理,反滲透技術(shù)是膜用于分離的最直接應(yīng)用之一,以外界壓力作為驅(qū)動力將溶液中的組分進(jìn)行分離。反滲透膜分離技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)污水處理、含鹽廢水處理工藝中。反滲透分離設(shè)備的核心組成為反滲透的膜組件,反滲透膜本身的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)材料的相關(guān)特性對于反滲透性能有著重要的影響。目前在工業(yè)生產(chǎn)中最為廣泛應(yīng)用的反滲透膜為復(fù)合膜以及不對稱醋酸纖維素膜,相對而言,復(fù)合膜的水通量較高、pH適用范圍廣等優(yōu)勢,但不對稱醋酸纖維素膜的經(jīng)濟(jì)性更強(qiáng),價(jià)格相對低廉,并且具備較高的抗氧化能力,使用廣泛。
2.2.2電滲析分離技術(shù)。
電滲析技術(shù)是在電場作用的驅(qū)動下,由于離子交換膜的選擇透過性使溶液最終實(shí)現(xiàn)濃縮和淡化的一種膜分離技術(shù)。電滲析的基本原理是根據(jù)電場中,陰陽離子相互吸引的法則來進(jìn)行分離。
在水處理過程中,膜分離技術(shù)需要在一定壓力下作用,分離掉液體中的無機(jī)鹽以及分子量較大的物質(zhì)。水透過膜的同時,水中的污染物會被分離出來,反滲透膜的使用度較高,可以適用于幾乎所有物質(zhì),納濾膜相對使用度較低,并且它具有一定的電荷,僅可以用于單價(jià)無機(jī)離子,在進(jìn)行水處理的過程中,需要減小壓力,以實(shí)現(xiàn)分離作用。通過了解清楚了二者在不同領(lǐng)域都具有一定的使用價(jià)值。
一方面,膜分離技術(shù)應(yīng)用于海水與苦咸水領(lǐng)域。生活中所需的飲用水均需要對海水及苦咸水進(jìn)行脫鹽作用,反滲透脫鹽法成為獲得淡水的主要方法。在對水進(jìn)行軟化的處理過程中,納濾膜發(fā)揮了重要作用。它可以軟化水質(zhì)、除去顏色以及有機(jī)化合物,由于自身選擇透過性特征廣泛使用于水處理過程,但是,值得注意的是,此膜需要在較低的壓力下工作。
另一方面,膜分離技術(shù)應(yīng)用于廢水處理領(lǐng)域。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展,工業(yè)廢水隨之增多,工業(yè)廢水涉及不同方面領(lǐng)域,比如:電鍍廢水、紡織印染污水、食品廢水、化工廢水等。電鍍過程中使用水,所產(chǎn)生的污染物中含有大量的單一或者混合的重金屬元素,比如:銅、鐵、鋅等,如果不能很好地對其進(jìn)行處理,將會造成人類生活的困擾。為了獲得干凈的水資源,對其進(jìn)行水處理操作,通過沉降、調(diào)整pH值來等方法改善水質(zhì)。紡織印染行業(yè)所產(chǎn)生的廢水中,會產(chǎn)生毒性重金屬污染物,對環(huán)境造成影響。食品加工廠在生產(chǎn)過程中,會產(chǎn)生大量含有有機(jī)物的廢水,例如:蛋白質(zhì)等。化工廠排放的污水更是為環(huán)境帶來極大負(fù)擔(dān)。
還有就是海水淡化處理。地球上具有豐富的水資源,但是其中約97%的水資源都是海水,海水的鹽含量很高,要想對海水進(jìn)行使用,就必須對其進(jìn)行淡化處理。海水淡化可以通過RO、MED(多級蒸發(fā))、VC(壓力蒸餾)完成。RO在應(yīng)用過程中具有以下優(yōu)勢,如能耗低、費(fèi)用低、建造周期短等,因此其已經(jīng)成為了目前海水淡化的一項(xiàng)主要手段。中東地區(qū)的一些國家在海水淡化過程中已經(jīng)開展了對RO的應(yīng)用,其中沙特具有多家海水淡化工程。目前,我國遼寧省和浙江省也興建了反滲透化裝置。
第一,膜受污染。在實(shí)踐應(yīng)用時,膜會遇到污染的問題,其原因在于膜所截留下的物質(zhì)堵塞,從而對膜造成污染,這樣的情況會影響到膜的分離能力。因此,在使用膜的過程中,需要了解具體的使用環(huán)境,從而避免出現(xiàn)損壞膜的現(xiàn)象,造成浪費(fèi)。
第二,成本問題。采用反滲透與納濾膜,其成本是比較高的。由于我國生產(chǎn)的膜不具備高標(biāo)準(zhǔn)的條件,目前使用的是進(jìn)口膜,性能較好,在膜分離技術(shù)中得到很好的應(yīng)用,但是它的成本較高。在對水進(jìn)行處理的過程中,消耗是一定存在的,如果不能提高膜的利用度和延長膜的使用壽命,將會一筆較大的支出。所以,根據(jù)實(shí)際情況,需要結(jié)合所用膜的性質(zhì)進(jìn)行工作,提高膜的利用度,延長使用壽命。膜分離技術(shù)作為一種新型的分離技術(shù)分支,既高效又節(jié)能,為人們生活帶來好處??梢詰?yīng)用于水處理過程,具有很好的發(fā)展前景。
第三,濃差極化。采用膜分離技術(shù)的過程中,由于膜自身具有選擇透過性特點(diǎn),多數(shù)溶質(zhì)會被分離出來,并且留在壓力較大的一側(cè),這樣的狀況會形成濃度差,通常稱之為濃差極化。膜分離技術(shù)操作的過程中,這樣的現(xiàn)象不能避免,隨著滲透壓的增加,使膜分離下降,導(dǎo)致膜孔堵塞的結(jié)果。針對這種濃差極化的現(xiàn)象,可以通過改善表面流動,以解決濃差極化的問題。一方面,膜自身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,通過設(shè)計(jì)適合的膜元件,進(jìn)而改變膜結(jié)構(gòu),從而解決濃差極化問題;另一方面,在膜分離過程中,統(tǒng)一規(guī)范使用方法和操作步驟,嚴(yán)格遵循,杜絕出現(xiàn)隨意操作或者使用的現(xiàn)象。
膜分離技術(shù)具有設(shè)備簡單、分離效率高、節(jié)能等諸多優(yōu)點(diǎn),其在水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用有著巨大潛能。但是對膜分離技術(shù)的應(yīng)用要理性,為了擴(kuò)大膜技術(shù)應(yīng)用范圍,促進(jìn)膜技術(shù)的發(fā)展,在日后研究過程中更應(yīng)當(dāng)降低膜的成本、提高其抗污染能力、延長膜的使用壽命,對膜分離技術(shù)進(jìn)行組合應(yīng)用,提高分離效果,從而擴(kuò)大膜分離技術(shù)的應(yīng)用范圍,促進(jìn)膜分離技術(shù)的發(fā)展。
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