水处理环境工程中膜分离技术的应用

丁冬

大唐环境产业集团股份有限公司大唐（北京）水务工程技术有限公司北京100097

摘要：伴随科学技术的不断进步，为降低水资源污染，提高生态环境发展水平。可将膜分离技术应用到水处理环境工程中，本文在全面了解膜分离技术应用原理的基础上，对其在生活污水、工业废水等方面的应用进行了分析，并通过具体工程案例进行了深入探讨。

关键词：水处理环境工程；膜分离技术；原理

1膜分离技术概述

1.1与传统过滤的区别

一般情况下，传统的过滤方法主要采用的是物理分离方法，该种方法通常具有较强的复杂性，且需要采用较多设备。而膜分离技术在主要是根据混合物的物理特性来完成分离工作，并且还能够通过不同速度来分离混合物。该种方法可以不需要在化学反应中进行，属于一种低能耗的分离方式，不但操作便捷，而且不会造成环境污染，所以具有极为广阔的发展前景。

1.2与环境保护间的关系

膜分离技术和环境保护密切相关。其主要是通过化学位差和外部能量作为动力，并采用人工合成膜、天然膜、多分组溶剂等来实现膜的恩利。如若是要分离气态或固态气体时，可以采取针对性的膜分离技术来完成，以确保其排放标准达标，这对于保护环境而言有着极为重要意义。

2膜分离技术的原理

20世纪初膜分离产生，作为一项新型分离技术，膜分离技术是指通过隔膜使溶剂同溶质或微粒分离的技术，包含电渗析、扩散渗析等。膜分离技术的功能为分离、浓缩、纯化及精制等。其应用原理可分为物理性质、化学物质两种，具体如下：

2.1应用物理性质原理

物理性质是指多方面差异，如质量、体积、几何形状等，可按照混合物的具体物理性质，膜可具备筛子的功能，分离混合物。全部膜分离技术都是在物理功效下，筛选、分离各种粒径的物质。

2.2应用化学物质原理

是指混合物由分离膜通过的速度。可将此类速度进行两种形式划分。其一，通过膜表面接触混合物，并向膜内速度进入，也就是我们所说的溶解速度；其二，扩散速度，向膜内进入以后，由膜表面向膜另一侧表面扩散的速度。可通过混合物、分离材料膜的化学性质对溶解速度加以确定，且其扩散速度和物质相对分子质量之间也存有极大关联性。

3水处理环境工程中膜分离技术的应用

水处理环境工程中，为纯化自来水、处理工业废水、生活污水，可广泛选用膜分离技术。本文以废水处理应用为主进行分析。

3.1生活污水处理

上世纪90年代中期，日本即利用膜分离技术建造了39座污水处理厂，且投入运营取得了良好的效果。据相关学者研究表明，针对城市污水，可选取某种微滤膜装置（800m³/d）进行处理。通过该装置的应用，水质可满足一般生活非饮用水标准。通过30天正常运作，可实现每小时13.9L/㎡、16.7L/㎡、20.8L/㎡。在生活污水中，该装置能够去除90%以上的COD，且能拦截、分离污水内的大部分悬浮固体。

3.2工业废水处理

第一，石化废水处理。以胜利油田含油污水试验为例分析，可选取中空纤维超滤作为装置。在设计环节，规模定为1.5t/h，过滤之后，0.56mg/L、0.5mg/L分别为水内悬浮固体量及含油量。此设计与地渗透油层注水对水质的需求相符。第二，含重金属废水处理。处理过程中选取乳状液膜法进行含重金属锡废水、含锌废水处理效果良好。尤其是在含锌浓度方面，通过该处理法能够由350mg/L降至5mg/L，由此可见，降低幅度大，且与国家排放标准相符。第三，有机废水处理。有机废水处理过程中，醋酸质量浓度可通过乳状液模体系进行处理。环境适宜的情况下，如废水醋酸浓度为1000mg/L，则提取率将在96%以上。

3.3.微滤技术

在膜分离技术中较为常见的一项技术即微滤技术，该技术在操作压力小于0．2MPa的情况下便能够将0．1～10μm的物质或颗粒过滤掉。该技术和其他过滤工艺原理大致相同，均属于筛网过滤的范畴。其对液体具有较强的适应性，且占地面积较小，是一种经济性的微过滤方式，所以常常被用来处理饮用水。不仅如此该项技术还能替代城规的澄清过滤以及二沉池，就算出现较大的水质波动，利用微滤技术也可以连续处理。不仅如此，微滤技术还适用于各类废水的处理，从而大幅降低水中的浑浊度与悬浮物，以便于达到重复利用的目的。通常情况下，根据过滤方式的不同，可将该项技术分为死端过滤以及全量过滤两种。而第一种方式具有能耗低、产量高的特点，因而得到了广泛的应用，然而，经过长时间过滤，其中的滤饼层会逐渐便后，使得溶液的透过量下降。所以，当前对思端过滤技术的研究重点在于如何有效将滤饼清理干净从而提高溶液的透过量。

3.4超滤技术

该项技术的原理与筛选原理相似，通过筛选出废水中的大分子物质、胶体、固体颗粒物以及悬浮物等以达到净化水体的目的。当前该项技术主要运用于汽车工业以及电气工业中的电泳漆废水处理当中。超滤膜属于压力驱动膜，在对电泳漆废水处理时，将其中的金属离子杂质进行有效筛选，从而实现重复利用。但是在利用该项技术时，随着时间的增长，超滤膜的通过量会逐渐下降，情况严重的还会导致膜污染以及浓差极化的情况。不仅如此，通常需要开展较为复杂的预处理方能有效利用超滤技术，并且其成本费用高昂，所以在推广与应用过程中会受到一定制约。

3.5反渗透技术

反渗透技术的脱除率极高，绝大部分的溶质都能够通过该项技术脱除，以有效提升反渗透水质的质量。当前，在除盐处理中方法适用该项技术，不仅如此，在工业用水、垃圾渗滤液、城市污水以及饮用水工业的水处理中也广泛使用该项技术。其中，在垃圾渗透液中反渗透技术取得了突破性的进展。因为垃圾渗透液中含有高碱度、重金属、高浓度的有机物以及氨氮等成分，具有较强的负责性，若果采用普通的活性污泥法则难以将垃圾渗透液中的氨氮产生的毒副作用去除，但是采用该项技术则能够有效弥补普通方法中缺陷。然而反渗透技术存在一定程度的浓差极化以及膜污染等不住，使得其应用范围受限。

3.6纳滤技术

纳滤技术是一种介于反渗透与超滤之间的新型膜分离技术，其属于一种压力驱动的过程，该项技术具有强大的选择离子的能力，能够清除水体中超95%的二价离子。不仅如此，纳滤在清除一价离子上也呈现出强大的功能，通常能将45%－85%的一价离子清除。当前在对河水、地下水等废水处理中应用该项技术获得了现在的成效，可以在很大程度上将硝酸盐、低分子有机物以及农药等多种含在河水与地下水在中的有害物质清楚。而且，相较于反渗透技术来说，该项技术的操作费用以及投资费用都有所降低，使得整体处理成本得以下降。然而，因为该项技术对于水质有着较高要求，因此必须开展复杂的预处理工作，并容易产生污染，所以在实际应用与推广过程中也受到了一定程度的限制。

3.7液膜分离技术应用

根据笔者研究可知，液膜分离技术主要是利用浮在液体表面的乳液颗粒将废水中氨、苯胺等物质予以清除，该技术虽然多用在含特定离子或有机物环境废水处理中，但其效率却很高（通常相关物质清除可达98%以上）。与固膜比较，液膜分离技术不但具有更高清理效率，同时其传质速度与选择性也更优，另外该技术操作上十分简易、设备简单，且还可以回收废水中一些有用物质，因而凭借着如此众多优点，液膜分离技术在环境工程废水处理上有较好地应用。但目前还有一些制约液膜分离技术更广泛应用的因素，那便是其稳定性还有待提高，对此这就要求我们必须加大对快速破乳与高性能支撑膜组件这两方面的研究，从而为推动液膜分离技术在环境工程中更好地应用打下坚实基础。

4案例分析

以含氰废水处理为例，选取膜分离技术进行试验。为去除样品废水内的所有聚合物颗粒，应选取超滤+反渗透的方式，处理向膜内进入未分离的废水。

4.1超滤。选取常规过滤方式，将超滤前原水的可见机械杂质去除，且进行40℃冷却。选取板式超滤膜组件用于试验，7.9cm2为膜有效截面积。通过亚克力制作整个膜组件外壁，超滤膜支撑选用金属丝网，改性聚醚砜为膜材料。12到30kpa为操作压力，pH2—13，温度在60℃以下。13.41g/h为超滤膜纯水透过量。通过以下几点检验超率效果：第一，透过液和浓缩液的颜色、密度、粘度及COD总量；第二，比较及分析原水、透过液、浓缩液间的颜色、密度、粘度及COD总量。试验结果为相比浓缩液、原水COD，透过液COD较小，且粘度减小，透过液基本与无色相近，与原水颜色相比，浓缩液较深一些，此时原水内的杂质可通过超滤法去除，具有明显效果。

4.2反渗透。超滤处理之后，以除去废水内的丙烯腈等聚合物，废水过滤后仅剩部分小颗粒聚合物，5到6之间为溶液pH值，0.235到0.240cp为其粘度值，40℃为其温度，0.35%到0.50%为CN-范围，3000到3500mg/LCOD范围。选取BW30-400-FR型号反渗透膜，管状为其反渗透膜形状，1mm为其外径，0.2mm为膜厚度，列管式为膜组件，5cm2为膜有效截面积，每小时纯水透过流量为71.2g。为确保检验效果，与工业实际值相比，CN-浓度应高出一些，因此试验过程中，可将相应量的氢氰酸添加到纯净水内，进行含氰废水CN-（0.55%）的制作。要求在2种条件下进行试验，分别如下：第一，直接试验；第二，含氰废水的pH值通过NaOH溶液进行调节，要求控制在8到9pH值之间即可进行试验。通过NaOH溶液的添加，可对原水pH值进行充分调节，将提高反渗透膜对CN-的截留率，从原有的88.9%可提升至93.8%左右，具有良好效果。

4.3膜组件排列。废水通过一级反渗透处理之后，0.03%为总氰浓度，但该值与国家排放标准不符，基于此，应选取连续—分级式排列，通过若干个反渗透膜组件进行串联操作。原水选用应与以上2次试验相同，通过两个方案进行试验，为快速找出NaOH合理用量提供便利。具体方案为：第一，把第一级反渗透膜进水pH值直接向8到9调节；第二，确保不改变第一级反渗透膜进水pH值，只将第二级反渗透膜进水pH值调节到8到9，随后对2个方面透过水的CN-含量进行对比、分析。

试验过程中，测定第一、第二级浓水流量难度较大，因此，可根据各级回收率70%到75%进行操作，并对系统总回收率进行计算，公式如下：R=R1•R2

可得出49%到56%的总回收率，与工业化原水回收率40%到50%需求相符。最终可获取透过水的CN-浓度，即0.0041%，但其与指标要求相近，因试验过程中极易出现一定偏差，因此不可选用第二种方式。

5结束语

综上所述，伴随国民经济发展速度的不断提升，生态环境却逐渐恶化，尤其是水资源污染、浪费情况极为严重，作为不可再生资源，水是生命之本，对地球上的所有生物而言极为珍贵。但在工业化高速发展的今天，越来越多的工业化学物料有害物质被排入、渗入水内，为更好地提升水处理环境工程质量，膜分离技术得到了广泛应用。作为新型分离技术，膜分离技术是指通过一张具备特殊选择性的薄膜，通过外力功能，分离、提纯并浓缩混合物。通过该技术的应用，对环境保护极为有利，将带来良好的经济效益。

参考文献：

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