膜分离技术在水处理中的研究及应用进展

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1、膜分离技术在水处理中的研究及应用进展一、前言自从1748年法国科学家AbbleNallet发现了膜分离现象，即水能自然扩散到装有酒精溶液的猪膀胱膜内，各国学者就开始了对膜的研究。膜分离技术与传统的分离过程如过滤、精馏、萃取、蒸发、重结晶、脱色、吸附等相比，具有操作简便，设备紧凑，工作环境安全，节约能耗和化学试剂，无相变，无污染等特点，被认为是2l世纪最有发展前途的高新技术之一，将在21世纪的工业技术改造中起决定性的作用。目前，膜分离技术已广泛应用于各行各业，尤其在水处理的领域，现已遍布生活污水、工业废水(电厂废水、重金属废水、造纸工业、印染废

2、水、石化工业废水和医药废水)、生活饮用水等方面。膜分离技术就是利用一张特殊的具有选择性能的薄膜，在外力推动下对混合物进行分离、提纯、浓缩的一种分离的新方法。这种薄膜必须具备使有的物质通过，有的物质不能通过的特性。这种膜可以是固相、液相或气相，但目前使用的绝大多数是固相膜。二、膜分离原理及其特点膜分离技术是在外力推动下，利用一种具有选择透过性能的特制薄膜作为选择障碍层使混合物中某些组分易透过，其他组分难透过被截留，来达到分离、提纯、浓缩作用的技术，其工作原理为：一是根据混合物中组分质量、体积、大小和几何形态的不同，用过筛的方法将其分离；二是根据

3、混合物不同化学性质进行分离，物质通过分离膜的速度(溶解速度)取决于进入膜内的速度和进入膜表面扩散到膜另一表面的速度(扩散速度)，其中溶解速度完全取决于被分离物与膜材料之间化学性质。一般，膜的形态结构决定其分离机理及应用方式。根据结构的不同，膜可分为固膜和液膜，固膜又可分为对称膜(柱状孔膜、多孔膜、均质膜)和不对称膜(多孔膜、具有皮层的多孔膜、复合膜)，液膜可分为存在于固体多孔支撑层中的液膜和以乳液形式存在的液膜两种。与传统分离技术相比，膜分离技术具有以下特点：①膜分离是可分离相对分子量为几千甚至几百物质的高效分离过程。②膜分离过程基本不发生“

4、相”的变化，耗能低，能量转化率高。③膜分离过程可在常温下进行，适用于热敏性物料如果汁、酶、药物等的分离、分级和浓缩。④膜分离设备的运动部件少，结构简单，操作、控制、维修方便。⑤膜分离效率高，设备体积小，占地少，适用范围广。3膜分离技术的种类3．1微滤分离技术(MF)微滤分离技术是根据筛分原理以压力差作为推动力的膜分离过程。在给定压力下(50～100kPa)，溶剂、盐类及大分子物质均能透过孔径为0．1～20.0µm的微滤膜，只有直径大于50nm的微细颗粒和超大分子物质被截留，从而使得溶液或水得到净化。它是一种精密过滤技术，其原理与普通过滤类似，

5、但过滤的微粒比普通过滤小很多，是过滤技术的最新发展。3．2超滤分离技术(UF)超滤是一个压力驱动的膜分离过程，主要由筛除机理去除水中杂质。以压力差为推动力，分离膜的孔径在0．0015～0．02µm之间，推动压力在100～1000kPa左右。超滤适用于分离大分子物质、胶体、蛋白质等，可有效取出水中的悬浮物、胶体、有机物等杂质，是替代活性炭过滤器和多介质过滤器的新一代预处理产品。3．3反渗透分离技术(RO)反渗透是用足够的压力使得溶液中的溶剂通过反渗透膜而分离，是依靠反渗透膜在压力下使溶液中溶剂与溶质进行分离的过程。由于反渗透膜在高压情况下只允许

6、水分子通过，而不允许钾、钠、钙、锌等离子及病毒、细菌通过，从而获得高质量的纯水。3．4纳滤分离技术(NF)纳滤是介于反渗透和超滤之间的一种分子级的膜分离技术，属压力驱动膜过程，操作压力通常为0．5～1．0MPa，一般为0．7MPa左右，最低为0．3MPa。适合分离分子大小为lnm的溶解组分，故命名为“纳滤”。3．5渗析分离技术(D)渗析分离技术是根据筛分和吸附扩散原理，利用膜两侧的浓度差使得小分子溶质通过对称微孔膜进行交换，大分子被截留的过程。渗析分离技术主要适用于将大分子溶液中的低分子组分分离。3．6电渗析分离技术(ED)电渗析分离技术是一

7、种利用电能的膜分离技术，以直流电为推动力，利用阴、阳离子交换膜对水中阴、阳离子的选择透过性，使某一水体中的离子通过膜转移到另一水体中的物质分离过程。在直流电场的作用下，以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，把电解质从溶液中分离出来，从而实现溶液的浓缩、淡化、精制和提纯。3．7渗透汽化(PV)渗透汽化是一种新型膜分离技术。该技术用于液体混合物的分离。其优点在于能够以低能耗实现蒸馏、萃取、吸收等传统方法难以完成的分离任务。它适合用在对废水中少量的有机污染物的分离。3．8液膜(LM)液膜就是悬浮在液体中很薄的一层乳液颗粒。至今已经经历了带支

8、撑体液膜、乳化液膜和含流动载体乳化液膜3个阶段。液膜主要适用于分离物理、化学性质相似而不能用常规的蒸馏、萃取方法分离的烃类混合物。3．9动态膜(DM)动态膜分离技术