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超滤膜技术的应用前景

来源:海德能膜公司作者:海德能膜发表时间:2013-04-25 16:09:39

  在国际中,超滤膜技术已得到了广泛应用。近 10年来,我国的超滤膜技术有了很大的进展,但与 国外产品相比差距仍然很大。问题主要表现在:生 产现代化、产业化程度低,原料不规范,工艺参数 未严格控制,产品质量不稳定;膜的品种少,应用范 围小。所以只要我们要加强研发能力,努力推动膜 技术产业的发展,依靠科技进步,提高产品质量, 降低成本,增加品种,扩大应用面提高膜技术应用 的工艺设计、系统成套能力,膜制备和膜组件水平, 扩大膜品种及相关机电产品,就能使我国超滤膜得 到广泛的发展,在水处理领域中发挥更大的作用。

  膜技术是一门崭新的跨学科实用技术,膜分 离过程是一种无相变、低能耗物理分离过程,具 有高效、节能、无污染、操作方便和用途广等特 点。半个世纪以来,膜技术已在许多领域中得到 广泛地应用,被公认为是当代较有发展前途的高 新技术之一。在水处理应用较多的仍属压力式的 膜技术(微滤、超滤、纳滤和反渗透等),超滤膜 从20世纪90年代得到广泛应用,其膜以中空形 式居多,主要材质为聚醚砜、聚偏氟乙烯等高分 子材料。

  这些膜分离产品均是利用特殊制造的多孔材料 的拦截能力,以物理截留的方式去除水中一定颗粒 大小的杂质。在压力驱动下,尺寸较小的物质可通 过纤维壁上的微孔到达膜的另一侧,而尺寸较大的 物质则不能透过纤维壁而被截留,从而达到筛分溶 液中不同大小组分的目的。

  海德能膜规格其过滤的精度和滤膜本身的孔径大小有关。通常习惯把孔径较大的称为微滤(microfiltration),而 较小的称为超滤(ultrafiltration),而“孔径”更小则 是钠滤和反渗透。超滤是介于微滤和纳滤之间的一 种膜过程,平均孔径在3~100 nm。超滤膜技术是 一种能够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜分离技 术。其截留机理主要是筛分作用,但有时膜表面的 化学特性(膜的静电作用)也起着截留作用。以膜两 侧的压力差为驱动力,以超滤膜为过滤介质,在一 定的压力下,当水流过膜表面时,只允许水及低分 子量溶质通过,从而达到溶液的净化、分离、与浓 缩的目的。

  图1显示了水中各种杂质的大小和去除它们所 使用的分离方法。反渗透主要用来去除水中溶解的 无机盐;微滤一般能够去除水中的细菌、灰尘,具 有很好的除浊效果;而超滤则可以去除病毒、大分 子物质、胶体等。这些都是传统的过滤(如砂滤、 多介质过滤等)无法实现的。

  图1各种膜分离方法

  这些膜分离的产品从功能上可以分为反渗 透、超滤、微滤等;从形式上分为中空纤维、管 式、卷式、平板式等;从材质上分PP、PE、PS、 PVDF、Nylon、PAN等多种;从操作方式上分为 错流过滤和终端过滤两种,或者分为内压式、外 压式等。这些膜产品能够具备优异的分离能力, 是和它的结构及材料密不可分的。图2显示了聚 合物膜材料的结构。

  可见,各种形式的分离膜大都属于非对称的结 构,即包括致密的皮层(真正起分离作用)和多孔 的支撑层。这种结构既保证了良好的分离效果,又提高了膜通量,降低运行能耗,并抗污堵。这些因 素使得分离膜产品最终能够实现大工业化的应用。

  图2聚合物膜材料的结构

  本文重点介绍超滤在水处理中的应用及前景。

  1 饮用水处理

  20世纪末,由于水环境污染加剧,以及水质 检测技术的发展,出现了许多新的水质问题,如 贾第虫和隐孢子虫(两虫)问题、水蚤及红虫问 题、藻类污染加剧及臭味和藻毒素问题、水的生 物稳定性问题等。为此,世界各国都对饮用水制 订了更多的指标项目(100多项)和更严格的水质 卫生标准,我国卫生部新的《生活饮用水卫生标 准》(GB 5749—2006)将于2012年全面推行,检 测指标由35项增至106项,但用常规处理(第一代 饮用水技术)加臭氧—活性炭深度处理(第二代饮 用水技术)已不能满足要求了,故超滤膜技术被引 用,被称之为第三代饮用水技术。

  超滤一般能去除水中包括水蚤、藻类、原生动 物、细菌甚至病毒在内的微生物,与第二代处理工 艺结合能充分发挥各工艺的优点,对水中的致病微 生物、浊度、天然有机物、微量有机污染物、氨氮 等都有较好的处理效果,从而满足人们对水质越来 越高的要求。

  2 废水处理

  据超滤膜各项特点,无论在生活污水还是在工 业废水中都得到广泛应用。这是因为它具有如下的 优点:

  (1)对杂质的去除效率高,产水水质大大好于 传统方法;

  (2)彻底消除或者大大减少化学药剂的使用, 避免二次污染;

  (3)系统易于自动化,可靠性高。运行简易, 设施只有开启,关闭两档;

  (4)占地面积要求小;

  (5)与常规水处理系统费用相当生活污水经过 超滤使处理水质变好从而进行回用,而工业废水中 由于一般技术不能达标,采用超滤技术能充分处理 废水。

  2.1生活污水处理

  城市污水处理厂废水,可采用膜生物反应器 (MBR)技术进行处理,处理后的水质较好,可用 于中水回用,且反应器占地面积小,设备投资低。 可广泛应用于小区中水回用。

  2.2含油废水的处理

  含油废水存在的状态分三种:浮油、分散油、 乳化油。前两种较容易处理,可采用机械分离、凝 聚沉淀、活性炭吸附等技术处理,使油分降到很低。 但乳化油含有表面活性剂和起同样作用的有机物, 油分以微米级大小的离子存在于水中,重力分离和 粗粒化法都比较困难。超滤膜能达到目的,它使水 和低分子有机物透过膜,从而实现油水分离。例如, 油田含油废水中通常油量为100~1000 mg/L,超过 国家排放标准(<10 mg/L),故排放前必须进行除油 处理应用中空纤维超滤技术,在操作压力为0.1MPa, 污水温度40℃时,膜的透水速度可达60~120 L/(m 2 ·h),可将原油200~1000 mg/L的废水处理后 达到环境排放标准。

  2.3食品工业废水处理

  食品工业中牛奶、饮料、淀粉、酵母、豆腐、 肉类等加工过程中形成的废水,含有大量的蛋白质、 淀粉、酵母、乳糖及脂肪等,都有一定的回收价值, 而这类废水中的BOD和COD又较高,会对环境造 成污染。用一般生化法较难处理,且无法回收其中 有用的物质,用超滤法可以实现回收利用又达到净 化废水的目的。

  如采用中空纤维和管式超滤装置处理蟹加工废 水时,入口压力采用0.18 MP,出口压力采用0.12 MP,浓缩倍数可达十倍,20 L废水浓缩液经离心 干燥可获得180 g的干燥固体、含40%的蛋白质和 23%~45%的脂肪。

  2.4电镀废水

  电镀废水的用水量高,其中的氰化物、六价铬、 镍、铜、锌、镉等重金属离子具有很强的毒性,对 人、动物和农作物等都会造成严重的危害。电镀废 水的特点是可生化性小,且里面的金属离子难以被 微生物吸收。目前国内外治理电镀废水使用技术中, 利用铁氧化法处理电镀废水,虽然原料方便和价廉, 但是出水色感差、污泥量大。利用电解法处理电镀 废水,处理效果虽然较好,但是投资较大、耗电较 多,处理成本持高不下。

  采用超滤膜和反渗透膜连用可以使镀镍废水中 的电导率、镍、硝酸盐和总有机碳的去除率分别为 97%,99.8%,95%和87%,通过超滤膜作为预处理, 反渗透膜的污染明显减少,并且反渗透膜的通量能 提高30%~50%。

  2.5造纸废水的处理

  造纸废水处理碱回收中应用较多的是燃烧法碱回收,此种方法不仅不经济,还没有对有用的物质 进行回收。超滤应用于造纸废水中,主要是对某些 成分进行浓缩并回收,而透过的水又重新返回工艺 中使用,主要回收的物质是磺化木质素,它可以再 返回纸浆中被在利用,这样就能创造较大的环境效 益和经济效益。

  3 海水淡化

  海水淡化技术经过半个世纪的发展,从技术上, 已经比较成熟,大规模地把海水变成淡水已经在世 界各地出现。目前主要的海水淡化方法有反渗透 (SWRO)、多级闪蒸(MSF)、多效蒸发(MED) 和压汽蒸馏(VC)等,而适用于大型的海水淡化的 方法只有SWRO、MSF和MED。虽然现有淡化容 量的70%是蒸馏法,主要是多级闪蒸,但近年来这 种局面正在改变,反渗透法以其低投资费和低能耗 迅速扩大市场。从19世纪60年代膜技术被用于解 决这些国家的缺水问题,但许多反渗透海水淡化系 统面临着膜污染严重的问题,主要因为反渗透系统的传统的预处理方法无法提供可靠的入水水质。因 此,绝大多数淡化工厂,在远远低于其设计出水量 的情况下工作,导致制水成本居高不下。 国内外多个膜法海水淡化工程实际运行情况表 明,超滤系统可以有效的控制海水水质,为反渗透 系统提供高质量的入水。

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