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膜技术在水处理中的应用

文章来源:志恒环保   作者:志恒环保   发布时间:2018-04-21 13:34   浏览次数:

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  膜是一种起分子级分离过滤作用的介质,当溶液或混和气体与膜接触时在压力下,或电场作用下,或温差作用下,某些物质可以透过膜,而另些物质则被选择性的拦截,从而使溶液中不同组分,或混和气体的不同组分被分离,这种分离是分子级的分离。膜技术在水处理中应用是利用水溶液(原水) 中的水分子具有透过分离膜的能力,而溶质或其他杂质不能透过分离膜,在外力作用下对水溶液(原水) 进行分离,获得纯净的水,从而达到提高水质的目的。本文介绍了正向渗透膜、反渗透膜、微滤膜、超滤膜、纳滤膜技术、双极膜技术、电渗析技术的基本原理及其在水处理中的应用,并着重介绍双极膜的原理及其应用

  随着我国工业化和城市化的发展,大量的生活和工业废水排入水体,这些废水中多含有不同浓度的化学成分,造成了严重的水体污染,为保护环境,使其不受污染,并能回收一些有用物质,在工业和城市废水排放之前必须进行净化处理。膜分离技术是一种新型高效、精密分离技术,它是材料科学与介质分离技术交叉结合形成的一门技术,具有高效分离、设备简单、节能、常温操作、无污染等优点,广泛应用于工业领域众多行业,据统计,全球膜销售额每年以14%~30%的速度增长。膜分离在废水处理中已得到了广泛的应用,并将会成为主要的先进废水处理技术,有着广阔的发展前景。

  1 正向渗透膜技术

  1.1 正向渗透(FO)的原理

  用只能透过溶剂而不能透过溶质分子的半透膜将溶剂和溶液隔开,溶剂分子将在渗透压的作用下自发地从溶剂侧透过膜进入溶液侧,这就是渗透现象,也即所谓的“正向渗透”。渗透过程的驱动力是膜两侧的渗透压差,或理解为膜两侧水的化学势的差值,水流方向为从渗透压低(水化学势高)的一侧流向渗透压高(水化学势低)的一侧。由正向渗透的原理可知,FO膜的产水侧需要比进水侧具有更高的渗透压以保证获得一定的水通量。在FO膜产水侧能提供高渗透压的溶液是FO工艺的关键所在,一般称之为“提取液”(Draw Solution,DS)[2]。进料中的水透过膜进入提取液,稀释的提取液需要经过再浓缩工艺以恢复其渗透压并进行循环利用,同时获得洁净的产水。正向渗透膜分离工艺的流程见图1。

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图1 正向渗透分离工艺图

  1。2正向渗透膜在水处理中的应用

  1。2。1海水淡化

  FO用于海水淡化是其研究最为广泛的领域之一。早期的应用研究主要见于一些专利中,但这些研究大都不成熟,可行性不高。

  McCutcheon等[3]研究了一种新型的FO海水淡化工艺,采用易溶气体氨气和CO2制成提取液,可获得非常大的渗透压,且该提取液可在较低的温度(60℃)下热解为氨气和CO2,便于循环利用。进一步的研究[4]考察了不同进水浓度的通量变化,当采用6 mol/L的提取液浓度处理0。5 mol/L的NaCI溶液(相当于原海水浓度)时可获得23.04 L/( m2·h)的水通量,处理2 mol/L的NaCl溶液(相当于水回收率为75%时的海水淡化的浓水)时可获得7.2 L/(m2·h)的水通量,且脱盐率均高于96%。尽管试验所得的通量值远低于理论计算值(约为理论值的2%~5%,主要由于内部浓差极化所致),但此通量已相当可观。因而,FO工艺用于海水淡化具有良好的应用前景,主要的技术难点在于适用于FO工艺的膜的研制,以尽量减小浓差极化影响,提高膜通量;另一方面,高溶解度、易浓缩分离的提取液的开发也是关键点之一。

  1.2.2 工业废水处理

  早期有研究报道了FO膜用于低浓度重金属废水的处理,但由于其采用的RO(反渗透)膜污染严重,通量下降迅速,因而未得到深入开展。近来有报道采用FO/RO组合工艺处理纺织印染生产废水,无需化学药剂,浓缩液可进行焚烧或厌氧消化产气。该工艺还可用于离子交换再生废水、制革废水、煤层气生产废水等工业废水的处理,尤其适合于沿海地区(可采用海水作为提取液)。

  1.2.3 垃圾渗滤液处理

  美国俄勒冈州科瓦利斯市的Coffin Butte垃圾填埋场每年可产生(2-4)×104 m3的垃圾渗滤液,为达到土地利用的水质标准,必须将出水的TDS降到100 mg/L以下。通过前期试验,建立了以F0工艺为主体的垃圾渗滤液处理厂,采用75 g/L的NaCl溶液作为FO的提取液,用RO单元对提取液进行浓缩回用。在1998年6月-1999年3月的运行期间,该厂共处理垃圾渗滤液18 500 m3,平均水回收率为91.9%,RO产水平均电导率为35μS/cm,对大多数污染物的去除率>99%,远高于土地利用的水质要求。

  2反渗透膜技术

  2.1 反渗透(RO)的原理

  反渗透是一种以压力为推动力的膜分离过程在使用中为产生反渗透压 需用水泵给含盐水溶液或废水施加压力以克服自然渗透压及膜的阻力使水透过反渗透膜,,将水中溶解盐或污染杂质阻止在反渗透膜的另一侧 其原理详见图2

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图2 反渗透原理

  膜是反渗透系统的心脏 膜的好坏直接决定着反渗透系统的性能 采用不同膜材料制备的反渗透膜具有不同的化学稳定性 热稳定性 机械性能和亲和性能目前常用的膜材料有[5]:1。纤维素酯、二醋酸纤维素及三醋酸纤维素:2。聚芳香酰胺3。聚苯并咪唑、聚苯并咪唑酮、聚酰胺酰肼和聚酰亚胺。

  2。2反渗透膜在水处理中的应用

  2.2.1 反渗透膜在水处理方面的常规应用

黑龙江快乐十分官方网站  水是人们赖以生存和进行生产活动必不可少的物质条件。由于淡水资源日益缺乏,世界上反渗透水处理装置的能力已达到每天数百万吨。现在采用反渗透膜淡化海水制取饮用水已成为最经济的手段[6], 每吨水耗电在5 kW•h以下,最大的装置处理能力达2.0×105 m3/d,同样它也是苦咸水淡化最经济的方法,每吨水耗电在0.5~3kW•h, 最大的装置处理能力达1.3×105 m3/d。2000年,在国家科技部重点科技攻关项目“日产千吨级反渗透海水淡化系统及工程技术开发” 的支持下,1000 t/d级的反渗透海水淡化示范工程先后在山东长岛浙江嵊泗建成[7]。

  2.2.2 反渗透膜在城市污水方面的应用

  目前,反渗透膜在城市污水深度处理方面的应用尤其是污水处理厂二级出水回用及中水回用等, 已受到高度重视。美国Califoinia Oiange县WF21工厂最早在废水深度处理中使用了反渗透膜技术。中东不少缺水国家也采用反渗透膜技术处理城市污水,其一级反渗透膜出水含盐80mg/L二级出水含盐10mg/L达到回用要求。 SUZUKIY[8]等将不同组件形式、不同材质的反渗透膜用于生活污水回用处理研究,结果表明:螺旋卷式聚乙烯醇复合膜和三醋酸纤维素中空纤维膜在废水回用工艺中具有较高的实用价值:膜透过液水通量较大,水质无色透明、无味,粪便大肠菌类的截留率为100%,渗透液COD为1-2mg/L ,色度≤1度,磷含量为0.01mg/L,基本与城市给水相差不大。

  2。2。3 反渗透膜在重金属废水处理方面的应用

  含重金属离子废水的常规处理方法都只是一种污染转移, 即将废水中溶解的重金属转化成沉淀或更加易于处理的形式,其最终处置常常是进行填埋,而重金属对地下水和地表水环境造成二次污染的危害依然长期存在。国内外均对反渗透法处理重金属废水进行了广泛深入的研究,发现采用反渗透膜技术不仅可以避免产生二次污染,而且还能获得高的金属离子截留率。

  目前, 在电镀工业中我国约有100套反渗透装置应用于处理含镍及含铬电镀液,组件多采用内压管式或卷式 。国家海洋局杭州水处理技术中心采用3级浓缩即第一级纳滤浓缩10倍,第二级反渗透(BWRO)浓缩5倍,第三级反渗透(SWRO)浓缩2倍,对电镀镍漂洗水进行处理,结果水中的Ni2+由300mg/L浓缩至30mg/L流量由50t/h减至0。5t/h后进入负压蒸发系统得到NiSO4 •6H2O晶体和其它电解质晶体,透过液经离子交换后Ni2+ 小于0。5mg/L,然后同自来水混合经处理后回用作漂洗泡沫镍的纯水[9]。

  2.2.4反渗透膜在含油废水方面的应用

  含油废水是一种量大面广的工业废水,若直接排入水体,会在水体表层产生油膜阻碍氧气溶入水中从而致使水中缺氧、生物死亡、发出恶臭,严重污染生态环境。一般,含油废水中的油分以浮上油、分散油、乳化油三种状态存在,其中前两种比较好处理,经机械分离、凝聚沉淀和活性炭吸附、油分可降低到几mg/L以下,而乳化油含有表面活性剂和起同样作用的有机物,油分以微米数量级大小的粒子存在,所以长期保持稳定难以分离。

  对含乳化油的废水应用反渗透法处理,不需破坏乳化液进行浓缩分离,其浓缩液采用焚烧处理,渗透液可进行回用或排放处理美国加利福尼亚的圣泡斯废热电站第一次大规模应用反渗透装置于油田采出水处理,成功地将含盐3000mg/L、 硅6263mg/L、 油3.5mg/L、总有机碳(TOC)(16 ~23) mg/L的油田采出水处理到锅炉用水水质于是处理后的水回用于电站锅炉给水。

  3微滤和超滤膜技术

  3.1 超滤(UF)和微滤(MF) 的基本原理

  超滤和微滤都是在静压差的推动力作用下进行液相分离的过程,从原理上说并没有什么本质上的差别,同为筛孔分离过程。在一定压力作用下,当含有高分子的溶质和低分子溶质的混合溶液流过膜表面时,溶剂和小于膜孔的低分子溶质(如无机盐)透过膜,成为渗液被搜集;大于膜孔的高分子溶质(如有机胶体)则被膜截留而作为浓缩液回收。能截留分子量500以上、106以下分子的膜分离过程称为超滤;只能截留更大分子(通常被称为分散颗粒)的膜分离过程称为微滤。

  浓差极化和膜污染对以压差为推动力的膜过程的分离效果和过程可靠性有极大的影响,尤以对超滤和微滤的影响最大。

  浓差极化是由于膜的选择透过性,被截留组分在膜料液侧表面累积,其浓度往往比料液主体的浓度高得多,此时,膜渗透流率与操作压力无关,主要取决于边界层内的传质情况,即产生了浓差极化。

  3。2超滤和微滤膜的应用

  超滤、微滤技术可以有效去除颗粒状物质,包括微生物,如隐胞虫子、贾第虫、细菌和病毒。还可通过一定程度地降低消毒副产物前体物的浓度和限制消毒过程中氧化剂需求量来减少消毒副产物。但对水中有机物的去除率很低,仅在20%以下。超滤和微滤的使用范围比较广,能够适用于处理不同的水质量。

  4纳滤膜技术

  4.1 纳滤(NF)原理

黑龙江快乐十分官方网站  纳滤(NF)是一种新型分子级膜分离技术,是目前世界膜分离领域研究的热点之一。NF膜孔径在1nm以上,一般在1-2nm;对溶质的截留性能介于RO与UF膜之间;RO膜几乎对所有的溶质都有很高的脱除率,但NF膜只对特定的溶质具有高脱除率[10]。NF膜能够去除二价、三价离子,Mn≥200的有机物,以及微生物、胶体、热源、病毒等[11]。纳滤膜的一个很大特征是膜本体带有电荷,这是它在很低压力下(仅0.5MPa)仍具有较高脱盐性能和截留分子量为数百的膜也可脱除无机盐的重要原因,也是NF运行成本较低的主要原因。NF适合各种含盐水源,水利用率一般为75%~85%,海水淡化时在30%~50%,没有酸碱废水排放[12]。

  4.2 纳滤膜在水处理中的应用

  4.2.1 纳滤膜在饮用水中的应用

  纳滤操作压力小,是饮用水制备和深度净化的首选工艺。

  目前,大多数城市的给水水源均受到不同程度的污染,而自来水厂的常规处理工艺对水中有机物去除率不高,当采用氯杀菌消毒时,氯又会与水中的有机物会生成卤代副产物。Peltier等[13] 4年的跟踪研究表明:采用纳滤系统后水中的DOC降低到平均0。7mg C/L,出水余氯的含量由0。35mg/L降到0。1mg/L,最终网线中三卤甲烷(THMs)的形成比未采用纳滤系统时减少了50%。另外,由于生物降解型溶解有机碳(BCOD)的减少,改进了产水的生物稳定性。

  纳滤技术能够去除绝大部分的Ca、Mg等离子,因此脱盐(desalination)是纳滤技术应用最多的领域[14]。膜法水处理技术在投资、操作和维修及价格等方面与常规的石灰软化和离子交换过程相近,但具有无污泥、不需再生、完全除去悬浮物和有机物、操作简便和占地省等优点,应用实例较多。纳滤可以直接用于地下水、地表水和废水的软化,还可以作为反渗透(Reverse osmosis,RO)、太阳能光伏脱盐装置(Photovoltaic powered desalination system)等的预处理[15]。

  4.2.2纳滤膜在海水淡化中的应用

  海水淡化是指将含盐量为35000mg/L的海水淡化至500mg/L以下的饮用水。利用海水淡化技术从海水中制取饮用水已成为人们取得淡水的一种重要手段。目前,世界上装机应用的海水淡化方法主要有反渗透(RO)、多级闪蒸(MSF)、多效蒸发(MED)和压汽蒸馏(VC)等,装机容量以MSF为主,但近年来RO发展相当快,市场份额日渐增大。NF技术可以作为蒸馏法或者RO法海水淡化的预处理技术。Hilal[16]研究了纳滤操作条件和不同截留分子量的纳滤膜对海水的截留性能,实验表明:纳滤能够降低部分含盐量,但透过水通量的变化与脱盐率成反比。沙特阿拉伯的SWCC公司成功地开发出了NF技术作为海水淡化的预处理技术[17]。实验表明NF膜可以脱除硬度和总溶解固体,从而提高海水反渗透的操作压力和系统的回收率,保证RO组件运行的安全、稳定,工艺见图3。实验中NF段的水回收率是80%;RO段的水回收率是62.5%。

 

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图3 NF-RO联合技术得到的两种不同的浓盐水

  4.2.3纳滤膜在废水处理中的应用

  4.2.3.1生活污水

  生活污水一般用生物降解/化学氧化法结合处理,但氧化剂的用量太大,残留物多[18]。薛罡等[19]采用微絮凝纤维球过滤.超滤.纳滤组合工艺对宾馆洗浴废水进行了小试试验。超滤出水水质可达到回用至宾馆厕所冲洗、绿化等环节的用水要求,纳滤出水水质可达到生活饮用水卫生标准(GB5749.85),可以回用至宾馆洗衣、洗浴等用水要求更高的环节。

  4.2.3.2 纺织、印染废水

  纺织废水中含有的染料很难用生物的方法去除,Hassani[20]研究了酸性、活性、直接和分散染料水溶液的浓度、压力、总溶解性固体和无机盐含量等对纳滤膜截留性能的影响。研究表明:染料的截留性能和实验条件相关,但与染料的种类无关;水透过量随时间的延长有一定的衰减;当染料溶液中加入NaCl时,染料的截留率达到100%。Sahinkaya等[21]确定了棉纺厂废水的生化法-纳滤联合工艺,纳滤能够完全去除色度,COD的去除为80%~100%,脱盐率约65%,产水达到回用标准。Fersi等[22]的研究工作表明:UF/NF集成膜技术比单独采用NF技术的处理效率更高,减容比(VRF)从1。35提高到2。77,Gozalvez-Zafrilla[23]的研究工作也证实了UF/NF集成膜技术用于纺织废水回用的可行性。

  4.2.3.3 制革废水

黑龙江快乐十分官方网站  制革废水含有高浓度的有机物、硫酸盐和氯化物,酸洗工序的废液电导值达到75 mS/cm。Bes-Pia[24]采用NF技术回收了制革废水,所得到的高浓度硫酸盐浓水回到酸洗段,而氯化物的产水打回裂化反应鼓,简单操作流程如图4。

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黑龙江快乐十分官方网站图4实验酸洗废水管理工艺流程

  4.2.3.4 电镀废水

  电镀工厂往往产生大量废液,尽管采取酸化、化学无害化、沉降和分离污泥等复杂处理步骤,产水含盐量高,不能重新回用。

  德国Salzgitter Flachstahl钢铁厂采用UF—NF联合技术回收镀锌生产线的清洗废水[25]。该套装置于2005年投入运行,浓水中Zn浓度达到20g/L,回收后用于镀膜工序,酸性产水被直接用于清洗工序,仅用13个月就收回了投资成本。

  刘久清等[26]以废水处理和金属回用为目的,研究了络合一超滤一解络一纳滤耦合过程处理铜电镀工业废水。实验利用聚丙烯酸钠(PAAN)为络合剂,讨论了pH、体积浓缩因子等对超滤过程的影响,以及解络、纳滤过程和络合剂再生回用性能。试验研究表明,在络合过程对Cu2+可达到98%的去除,在解络过程对Cu2+的回收率仍可达到96%以上。经过纳滤浓缩的铜电镀废水,可回收铜金属,而滤过液可达到回用水的标准。

  4.2.3.4造纸废水

  在纸浆和造纸业中,匀浆、漂白和造纸等工序都需要大量的水。实现水系统的(半)密闭循环是纸浆厂、造纸厂节约水资源降低排放量的最佳途径。传统活性污泥法的产水中还含有部分有色化合物、微生物、抗体和少量的生物分解物,悬浮固体等,仅能被用于制造包装纸,不能用于更高级别纸的生产。另外,该法不能减少无机盐的含量。Koyuncu[27]对比了水→纳滤以及造纸废水→活性污泥→纳滤两种处理工艺的实用性,实验表明:两种方法的出水质量相似,第二种方法的产水通量更好,出水可以用于高级别纸。但纳滤产水仍然含有一定量的一价盐,需要再增加低压反渗透装置脱除盐类才能保证循环水的质量。

  5 渗析和电渗析

  5。1 渗析

  渗析(Dialysis,简称D)是溶质在自身的浓度梯度作用下,从膜的上游传向膜的下游的过程。

  渗析是最早被发现并研究的膜分离技术,但因为受到本身体系的限制,渗析过程进行缓慢,效率低下,渗析过程的选择性不高,因此渗析过程主要用于脱除含有多种溶质溶液中的低分子量组分[28],如血液渗析,即以渗析膜代替肾来去除尿素、肌酸酐、磷酸盐和尿酸等有毒的低分子量组分,以缓解肾衰竭和尿毒症患者的病情。

  5.2电渗析

  电渗析(Electro dialysis,简称ED)是在直流电场的作用下,以电位差为推动力,利用离子交换膜对溶液中的阴阳离子的选择性,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。

  在1950年Juda[29]开发了选择性离子交换膜之后,电渗析技术才进入实用阶段。目前电渗析已经成为膜分离技术的重要组成部分,主要用于淡化苦咸水、制备工业用水和饮用水。美国内务部盐水局(OSW)在上个世纪的七十年代建立了达1.89m3×106m3级的大型电渗析海水淡化试验厂,海水含盐量约35g/l,可用电渗析淡化到300rng/l~500mg/l。在中东和非洲缺淡水的地区,利用电渗析方法淡化苦咸水的工厂总产水量已经超过了30万吨/日,出水的含盐量也只有3g/l~6g/l。

  6 双极膜技术

  6.1 双极膜介绍

  双极膜(BPM)是一种新膜,通常是由阴离子交换层、阳离子交换层复合而成的一种复合型离子交换膜,也可以在阴膜、阳膜之间加入第三层物质促进水的解离,成为阴离子交换层、阳离子交换层、中间反应层构成的三层结构。在直流电场的作用下,双极膜可以将水解离[30-31],在阳膜、阴膜两侧分别产生H+和OH-。具有不同电荷密度、不同结构的膜材料在不同的复合条件下可以制成一些具有独特功能的双极膜。目前国外对双极膜的研究已较多,一般认为,双极膜主要具有水解离电渗析性能和双极膜纳滤性能。双极膜的选择透过性、化学稳定性以及有关物质对其扩散迁移能力对双极膜的应用有很大影响,制备性能优良的双极膜是其研究与发展的关键。

  20世纪80年代之前,双极膜[32-33]仅由两片阴、阳离子膜直接压制而成,性能差,研究主要处于实验室阶段;80年代初至90年代初,出现了单片型双极膜,制备技术有了新的进展,性能大为提高,在生产酸碱、烟气脱硫等方面有了工业应用;90 年代至今,对双极膜的研究进一步深入,从膜结构、材料、制备过程等方面进行了重大改进,阴膜阳膜间出现了“催化层”复杂结构,制备了三明治型双极膜[34]。五氯吡啶对环境具有严重的危害,而2,3,5,6-四氯吡啶(2,3,5,6-TCP)是一种有价值的商业化产品, 是重要的医药和农药中间体。利用双极膜技术电还原脱氯[35]可以变废为宝,减少环境污染,实现人与自然可持续发展。双极膜的应用从化工行业扩展到生命科学、环境科学、能源等诸多领域。

  6。2 双极膜的应用

  6。2。1 含氟废液的处理及有价氟的回收

  在氟碳工业及铀工业(UF6)的生产中,排放的废气废水中含有的氟和有机酸的质量分数是50~500×10-6,通常需要用KOH中和才能完全除去,结果生成的KF溶液含有许多重金属(如铀、砷等)和微量放射性物质,还需用Ca(OH)2与KF反应再生KOH并生成不溶性的废料。这种方法导致有价氟的损失,且给用户留下如何处理含放射性物质的Ca(OH)2废料问题,如果采用双极膜电渗离解技术可直接将KF转化为HF和KOH,不仅能回收高价值的氟,且可避免石灰的使用,并减少废渣的处理量。

  6。2。2 双极膜用于酸、碱废液的净化和回收

黑龙江快乐十分官方网站  工业生产会产生很多酸碱废液,如离子交换树脂再生废液、酸洗废液、铅蓄电池废液、造纸厂废液等。为减轻对环境的污染,这些废液必须经过必要的处理才能排放,但处理工艺复杂,资金耗费大。双极膜电渗析工艺为这类废液的处理提供了一种很好的解决办法。1986年我国在浙江省邮电印刷厂安装了一套电渗析和离子交换联合设备,用于处理含铜废水,经处理后的废水含铜量为100 mg/L,pH值为6~7,达到允许排放的标准。电渗析法还适用于造纸工业的废水处理。陈长春利用双极膜和离子交换膜组合从造纸黑液中回收碱,该法回收纯碱电耗比氯碱生产烧碱和黑液燃烧回收碱都低,可稳定在3 000 kW/h。当回收终点黑液pH值为7时,Na+回收率为50%,阳极黑液含Na+质量浓度为5 000~7 000 mg/L,可直接回用于工段。医药废水中常含有大量的有机物及许多有价值的物质,如氨基酸等,刘跃进等人[36]采用电渗析法成功处理了制药厂酸性氨基酸的废水,既净化了废水,又回收了氨基酸。该技术是先进的环境治理技术,在酸碱废液的治理方面是其他膜技术不能取代的,是实现我国的金属加工工业、冶金工业、稀土工业、微粉制造业等可持续发展的有力的技术保障。

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图5 三室式

  图5为两张单膜和两张双极膜交替放置构成的三室结构[37]。废酸料液从中间室通过,阴离子可通过阴膜向左室扩散。与双极膜产生的H+形成酸,于是料液中酸的浓度降低,其中的酸以较纯的形式得以回收。显然该过程比扩散渗析来得快,回收酸的浓度高(由于有电场力的作用)。另外在双极膜的另一侧产生的OH-(绝大部分与废液中的酸进行中和)与废液中的阳离子生成碱。

  6.2.3 生活污水处理

  生活污水一般用生物降解/化学氧化法结合处理[38-39],但氧化剂的用量太大,残留物多。若在它们之间加上纳滤环节,使能被微生物降解的小分子(相对分子质量<100)透过,而截留住不能被微生物降解的大分子(相对分子质量>100)。大分子物质经化学氧化器处理后再进行生物降解,这样就可充分利用生物降解性,节约氧化剂和活性炭用量,降低最终残留物含量。

  6.2.4 饮用水净化

  随着水污染加剧,人们对饮用水水质越来越关心。试验证明[39],双极膜纳滤法可以去除消毒过程中产生的微毒副产物、痕量的除草剂、杀虫剂、重金属、天然有机物及硬度、硫酸盐及硝酸盐等。同时具有处理水质好且稳定、化学药剂用量少、占地少、节能、易于管理和维护的优点。

  6。2。5 含重金属废水的处理[39]

  在电镀加工和合金生产中,经常需用大量水冲洗,这些清洗水含有浓度相当高的重金属,有镍、铁、铜和锌等。为了使这些含重金属的废水符合排放要求,一般的措施是将这些重金属处理成氢氧化物沉淀除去。如果采用纳滤膜技术,不仅可以回收90%以上的废水,使之纯化,同时使重金属离子含量浓缩10倍,浓缩后的重金属具有回收利用的价值。

  6.2.6 食品工业废水处理

  1998年张伟等[39]利用N-P型复合纳滤膜对豆腐废水进行处理。实验结果表明,N-P型复合双极纳滤膜对一价盐和二价盐有着明显的分离作用,显著降低废水中的COD含量,达到环保要求。2001年袁其朋等[40]又采用超滤―纳滤式组合工艺进行了大豆乳清废水的处理试验,经过超滤处理后的乳清废液,再经纳滤浓缩10倍后,浓缩液中总糖约有77%被截留,其中功能性低聚糖水苏糖和棉子糖的截留率高达90%以上。浓缩液中总糖质量分数8。2%,再经活性炭脱色和离子交换脱盐及真空浓缩,即可得到透明状大豆低聚糖糖浆(干基质量分数为76%)。该法的优点在于既解决了废水的排放问题,又通过回收利用提高了经济效益。

  利用双极膜纳滤,可以同时将一价阴、阳离子与高价阴、阳离子分离开,把双极膜用于海(卤)水脱硬中,Ca2+、Mg2+和SO42-可同时被去除,既可实现海水脱硬,又可提高溴素产品质量。在地下卤水含量丰富的地区,制碱时往往用卤水溶解盐,减少盐的消耗,但卤水中镁离子往往对电解过程产生一些不利影响,一般用化学沉淀法加以去除,投资增加,工序长,而且污染环境,可应用双极膜预先将镁离子除去。

  此外,双极膜在绿色能源中有着重要的应用,双极膜蓄电池[41-42]的开发具有较为广泛的前景和明显的经济效益。双极膜有机电合成[43]是一种绿色环保技术,具有广泛的应用前景。

  6.2.7 双极膜展望

  双极膜作为一种新型膜,以其独特的优点,为解决环境工程中存在已久的一些技术难题提供了许多新的思路和解决办法。继续开发高性能的双极膜,改进膜的制备工艺,降低膜的生产成本,深入开展机理研究,研究膜中离子迁移及水传递的机理,研究高性能双极膜材料及制备,拓宽应用领域,具有深远的意义。例如,把双极膜电渗析过程与光催化过程耦合,在双极膜中间层中引进纳米光催化剂,不仅可增大水的渗透性和离子的迁移率,而且光催化作用能使双极膜的性能得到极大的改善,使其达到节能的效果。因此,双极膜技术不仅能为环境工程中存在的技术难题提供解决办法,在其他领域也有着广阔的应用前景。

  结语

  1)从处理工艺上来讲,膜工艺应用于水处理技术中,具有极大的优势。与传统的水处理相比,膜工艺的应用,能更有效地去除水中的无机物、有机物和各种微生物,极大地提高出水水质;应用到污水处理中,也能减少污泥产量。

黑龙江快乐十分官方网站  2)由于膜的性质和膜工艺的应用存在着一定的局限性,因此通常将膜工艺和传统工艺结合,或者把两种以上的膜工艺结合起来,来解决膜在水处理中存在的问题。

  3)膜污染的问题更是阻碍膜技术推广应用的关键之一。但随着膜技术的不断发展,膜污染的问题将会进一步得到解决,从而膜的使用可靠性也会不断地提高。

  4)从经济的角度来看,由于膜的工艺流程较为复杂,再加上膜组件的价格较高,所以与传统工艺相比,膜工艺的造价会比传统工艺高,因此,目前膜技术较少用在大规模的水处理当中,一般适合于小水量的净水厂。


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