一、膜分離技術
膜是具有選擇性分離功能的材料。利用膜的選擇性分離實現(xiàn)料液的不同組分的分離、純化、濃縮的過程稱作膜分離。膜的孔徑一般為微米級,依據(jù)其孔徑的不同,可將膜分為微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜。
在廢水處理中應用的膜分離過程主要有微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)和反滲透(RO)。這些膜分離過程都是以壓力為驅動力,廢水流經(jīng)膜面的時候,廢水中的污染物被截留,而水透過膜,實現(xiàn)了對廢水的處理。對于MF和UF來說,它們的孔徑較大,可以用常規(guī)的過濾過程來描述其分離機理。而對于NF和RO這些無孔膜來說,它們的分離機理一般用溶解—擴散模型,和非平衡熱力學模型來解釋。一些納濾膜表面帶有電荷,它們的分離機理比較復雜,一般用電荷模型和空間位阻模型來闡明分離過程。而當膜與微生物構成生物膜反應器時,就可以利用微生物的代謝作用,更容易的處理含有大量有機物的廢水。
二、膜技術處理工業(yè)廢水[1]
1、 處理油田采出水
目前,我國大部分油田已經(jīng)進入石油開采的中后期,注入油層的水量逐年增加,采出水量也隨之增加。在干旱地區(qū),采出水是寶貴的水資源,處理后用于飲用或灌溉已經(jīng)是被重視并正在努力研究的課題之一。
梁立軍等用中空纖維超濾器對大慶油田的注水站的回注水進行試驗,開發(fā)的膜組件在通量上比常規(guī)的中空纖維組件大3~4倍,在0.08MPa的壓差下,其穩(wěn)定通量達到最大,采用自配的清洗液清洗后,通量恢復達95%以上。[2]
對于近海石油開采中分離出的廢水,采用低脫鹽率的納濾膜技術處是比較適合的處理方法,它不僅可使廢水達標排放,而且通量大,水的回收率高。一般所采用的納濾膜對NaCl的截留率小于20%。
2、 處理造紙工業(yè)廢水
近年來國內對中小型造紙黑液的處理采用酸化法和超濾法,主要是提取黑液中的木質素并降低COD和BOD。潘碌亭等采用正三辛胺乳狀液膜法可用于處理造紙黑液,其COD的去除率為98%以上,提取的木質素可生產其它化工產品,達到了污染治理和綜合利用的雙重目的。
3、 處理紡織印染廢水
吳玲玲等采用新研制出的一種既適合分離和濃縮中堿,又適合無堿玻璃纖維浸潤液劑廢水的新型超濾膜,用于處理和回用中堿和無堿廢水,發(fā)現(xiàn)COD和BOD去除率達到93%以上,且總排放口的水質達到了排放標準。通過在超濾濃縮液中加入一些由于超濾而損失掉的成分,可將其返回車間循環(huán)使用。
4、處理重金屬廢水
在金屬加工和合金生產中,經(jīng)常需用大量的水沖洗。在這些清洗水中,含有濃度很高的鎳、鐵、銅和鋅等重金屬。采用NF膜技術,不僅可以回收90%以上的廢水,同時使重金屬離子的含量濃縮10倍,濃縮后的重金屬具有回收的價值。在制革過程中,多用硫酸鉻進行鞣制,但僅70%左右被利用,廢水中大量鉻鹽引起嚴重的排放問題,因此使用納濾使鉻鹽回用,避免了環(huán)境免受其害,也取得較好的經(jīng)濟效益。
5、處理高濃度有機廢水
在高濃度有機廢水處理中,膜技術發(fā)揮著重要的作用。將液膜法用于除酚較其它方法有高效、快速、專一的優(yōu)點?;旌闲捅砻婊钚詣┠茱@著改變含單一表面活性劑的液膜性能,降低液膜的傳質阻力,提高液膜的傳質效率。秦非等運用混合型表面活性劑-蘭-113B/Span-80-煤油-NaOH液膜體系處理苯酚廢水的最佳操作條件進行了研究,并用于對高濃度含酚廢水濃度(50,000mg/L以上)進行處理,結果表明,混合型表面活性劑各項指標均很好,除酚率可達99%以上。此外膜分離技術在制藥廢水、制糖廢水、乳化液廢水、啤酒廢水、味精廢水等領域也得到了廣泛應用。
三、膜分離技術的影響因素[4]
1、操作壓力
操作壓力對膜分離過程的影響十分重要。膜分離技術處理污水的過程中存在一個臨界操作壓力,在達到臨界操作壓力之前,膜通量隨操作壓力的增加而增加,當操作壓力超過這個臨界壓力后膜通量就會隨操作壓力的增加而下降。
2、操作時間
在膜分離過程中,隨著時間的增加,膜通量會下降。這是由于膜表面受到污染或者膜表面出現(xiàn)濃縮溶液或膠體層。
3、溫度
溫度對膜分離過程的影響主要是由于溫度對粘性的影響。此外溫度的改變也會影響膜面及膜孔與料液中可引起污染的成分的作用力,這些都會改變膜通量。
4、料液濃度
膜分離過程是一個料液的濃縮過程,存在著濃縮的極限。當料液濃度較小時,膜面不易形成覆蓋層,隨濃度的增大,膜面阻力增大,膜通量顯著降低;當料液濃度較大時,在膜表面形成薄層覆蓋層,阻擋了細小顆粒進入膜孔,減緩了膜阻塞,膜通量基本不變。
5、膜孔徑
膜的孔徑是膜的基本特性之一,一般認為孔徑增加,膜通量會提高;孔隙率越大,膜通量越大;膜孔的曲折率越小,膜通量越大。
6、膜厚度
膜厚度對分離效率的影響具有雙重作用。膜厚度的增加會減少膜通量,卻會使分離效率提高。因此,需要通過試驗來確定膜合適的厚度。
7、膜面流速
膜通量隨膜表面流速的增加而增加并會達到一個最大值,流速再增加時膜通量反而下降。過高的流速會增大背壓(回壓),使膜透過壓力下降,并且使混合物中油離開膜的速率遠大于油進入膜的速率,導致膜通量下降 。
四、膜分離技術的優(yōu)勢及發(fā)展前景
與傳統(tǒng)工藝相比,膜可以在分子范圍內進行分離,并且該過程是一種物理過程,不需發(fā)生相的變化和添加助劑,具有分離效率高、節(jié)能、設備簡單、操作方便等優(yōu)點,而且在污水處理過程中不易造成二次污染,使其在廢水處理領域有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/div>