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膜技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用
作為一種新型、精密分離技術(shù)，膜分離技術(shù)在廢水處理領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。水體污染嚴(yán)峻性不斷加重的背景下，膜分離將擁有廣闊的發(fā)展前景。
隨著我國(guó)工業(yè)化和城市化的發(fā)展，大量的生活和工業(yè)廢水排入水體，這些廢水中多含有不同濃度的化學(xué)成分，造成了嚴(yán)重的水體污染，為保護(hù)環(huán)境，使其不受污染，并能回收一些有用物質(zhì)，在工業(yè)和城市廢水排放之前必須進(jìn)行凈化處理。膜分離技術(shù)是一種新型、精密分離技術(shù)，它是材料科學(xué)與介質(zhì)分離技術(shù)交叉結(jié)合形成的一門技術(shù)，具有分離、設(shè)備簡(jiǎn)單、節(jié)能、常溫操作、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域眾多行業(yè)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，膜銷售額每年以14%—30%的速度增長(zhǎng)。膜分離在廢水處理中已得到了廣泛的應(yīng)用，并將會(huì)成為主要的先進(jìn)廢水處理技術(shù)，有著廣闊的發(fā)展前景。
正向滲透(FO)技術(shù)
1正向滲透(FO)的原理
用只能透過(guò)溶劑而不能透過(guò)溶質(zhì)分子的半透膜將溶劑和溶液隔開(kāi)，溶劑分子將在滲透壓的作用下自發(fā)地從溶劑側(cè)透過(guò)膜進(jìn)入溶液側(cè)，這就是滲透現(xiàn)象，也即所謂的“正向滲透”。
2正向滲透膜在水處理中的應(yīng)用
海水淡化
FO用于海水淡化是其研究的領(lǐng)域之一。早期的應(yīng)用研究主要見(jiàn)于一些中，但這些研究大都不成熟，可行性不高。
工業(yè)廢水處理
早期有研究報(bào)道了FO膜用于低濃度重金屬?gòu)U水的處理，但由于其采用的RO(反滲透)膜污染嚴(yán)重，通量下降迅速，因而未得到深入開(kāi)展。
垃圾滲濾液處理
美國(guó)俄勒岡州科瓦利斯市的CoffinButte垃圾填埋場(chǎng)每年可產(chǎn)生(2-4)×104m3的垃圾滲濾液，為達(dá)到土地利用的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，必須將出水的TDS降到100mg/L以下。
反滲透膜技術(shù)
1反滲透(RO)的原理
反滲透是一種以壓力為推動(dòng)力的膜分離過(guò)程在使用中為產(chǎn)生反滲透壓需用水泵給含鹽水溶液或廢水施加壓力以克服自然滲透壓及膜的阻力使水透過(guò)反滲透膜，將水中溶解鹽或污染雜質(zhì)阻止在反滲透膜的另一側(cè)。
2反滲透膜在水處理中的應(yīng)用
在水處理方面的常規(guī)應(yīng)用
水是人們賴以生存和進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)*的物質(zhì)條件。由于淡水資源日益缺乏，世界上反滲透水處理裝置的能力已達(dá)到每天數(shù)百萬(wàn)噸。
在城市污水方面的應(yīng)用
目前，反滲透膜在城市污水深度處理方面的應(yīng)用尤其是污水處理廠二級(jí)出水回用及中水回用等，已受到高度重視。
在重金屬?gòu)U水處理方面的應(yīng)用
含重金屬離子廢水的常規(guī)處理方法都只是一種污染轉(zhuǎn)移,即將廢水中溶解的重金屬轉(zhuǎn)化成沉淀或更加易于處理的形式，其zui終處置常常是進(jìn)行填埋，而重金屬對(duì)地下水和地表水環(huán)境造成二次污染的危害依然長(zhǎng)期存在。
在含油廢水方面的應(yīng)用
含油廢水是一種量大面廣的工業(yè)廢水，若直接排入水體，會(huì)在水體表層產(chǎn)生油膜阻礙氧氣溶入水中從而致使水中缺氧、生物死亡、發(fā)出惡臭，嚴(yán)重污染生態(tài)環(huán)境。油3.5mg/L、總有機(jī)碳(TOC)(16~23)mg/L的油田采出水處理到鍋爐用水水質(zhì)于是處理后的水回用于電站鍋爐給水。
1超濾(UF)和微濾(MF)的基本原理
超濾和微濾都是在靜壓差的推動(dòng)力作用下進(jìn)行液相分離的過(guò)程，從原理上說(shuō)并沒(méi)有什么本質(zhì)上的差別，同為篩孔分離過(guò)程。在一定壓力作用下，當(dāng)含有高分子的溶質(zhì)和低分子溶質(zhì)的混合溶液流過(guò)膜表面時(shí)，溶劑和小于膜孔的低分子溶質(zhì)(如無(wú)機(jī)鹽)透過(guò)膜，成為滲液被搜集;大于膜孔的高分子溶質(zhì)(如有機(jī)膠體)則被膜截留而作為濃縮液回收。能截留分子量500以上、106以下分子的膜分離過(guò)程稱為超濾;只能截留更大分子(通常被稱為分散顆粒)的膜分離過(guò)程稱為微濾。
2超濾和微濾膜的應(yīng)用
超濾、微濾技術(shù)可以有效去除顆粒狀物質(zhì)，包括微生物，如隱胞蟲(chóng)子、賈第蟲(chóng)、細(xì)菌和病毒。還可通過(guò)一定程度地降低消毒副產(chǎn)物前體物的濃度和限制消毒過(guò)程中氧化劑需求量來(lái)減少消毒副產(chǎn)物。但對(duì)水中有機(jī)物的去除率很低，僅在20%以下。超濾和微濾的使用范圍比較廣，能夠適用于處理不同的水質(zhì)量。
納濾膜技術(shù)
1納濾(NF)原理
納濾(NF)是一種新型分子級(jí)膜分離技術(shù)，是目前世界膜分離領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。NF膜孔徑在1nm以上，一般在1-2nm;對(duì)溶質(zhì)的截留性能介于RO與UF膜之間;RO膜幾乎對(duì)所有的溶質(zhì)都有很高的脫除率，但NF膜只對(duì)特定的溶質(zhì)具有高脫除率。NF膜能夠去除二價(jià)、三價(jià)離子，Mn≥200的有機(jī)物，以及微生物、膠體、熱源、病毒等。納濾膜的一個(gè)很大特征是膜本體帶有電荷，這是它在很低壓力下(僅0.5MPa)仍具有較高脫鹽性能和截留分子量為數(shù)百的膜也可脫除無(wú)機(jī)鹽的重要原因，也是NF運(yùn)行成本較低的主要原因。NF適合各種含鹽水源，水利用率一般為75%~85%，海水淡化時(shí)在30%~50%，沒(méi)有酸堿廢水排放。
2納濾膜在水處理中的應(yīng)用
納濾膜在飲用水中的應(yīng)用
納濾操作壓力小，是飲用水制備和深度凈化的工藝。
目前，大多數(shù)城市的給水水源均受到不同程度的污染，而自來(lái)水廠的常規(guī)處理工藝對(duì)水中有機(jī)物去除率不高，當(dāng)采用氯殺菌消毒時(shí)，氯又會(huì)與水中的有機(jī)物會(huì)生成鹵代副產(chǎn)物。Peltier等4年的跟蹤研究表明：采用納濾系統(tǒng)后水中的DOC降低到平均0.7mgC/L，出水余氯的含量由0.35mg/L降到0.1mg/L，zui終網(wǎng)線中三鹵甲烷(THMs)的形成比未采用納濾系統(tǒng)時(shí)減少了50%。另外，由于生物降解型溶解有機(jī)碳(BCOD)的減少，改進(jìn)了產(chǎn)水的生物穩(wěn)定性。
納濾技術(shù)能夠去除絕大部分的Ca、Mg等離子，因此脫鹽(desalination)是納濾技術(shù)應(yīng)用zui多的領(lǐng)域。膜法水處理技術(shù)在投資、操作和維修及價(jià)格等方面與常規(guī)的石灰軟化和離子交換過(guò)程相近，但具有無(wú)污泥、不需再生、*除去懸浮物和有機(jī)物、操作簡(jiǎn)便和占地省等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用實(shí)例較多。納濾可以直接用于地下水、地表水和廢水的軟化，還可以作為反滲透(Reverseosmosis，RO)、太陽(yáng)能光伏脫鹽裝置(Photovoltaicpowereddesalinat*tem)等的預(yù)處理。
納濾膜在海水淡化中的應(yīng)用
海水淡化是指將含鹽量為35000mg/L的海水淡化至500mg/L以下的飲用水。
納濾膜在廢水處理中的應(yīng)用
(1)生活污水
生活污水一般用生物降解/化學(xué)氧化法結(jié)合處理，但氧化劑的用量太大，殘留物多。薛罡等采用微絮凝纖維球過(guò)濾.超濾.納濾組合工藝對(duì)賓館洗浴廢水進(jìn)行了小試試驗(yàn)。超濾出水水質(zhì)可達(dá)到回用至賓館廁所沖洗、綠化等環(huán)節(jié)的用水要求，納濾出水水質(zhì)可達(dá)到生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB5749.85)，可以回用至賓館洗衣、洗浴等用水要求更高的環(huán)節(jié)。
(2)紡織、印染廢水
紡織廢水中含有的染料很難用生物的方法去除，Hassani研究了酸性、活性、直接和分散染料水溶液的濃度、壓力、總?cè)芙庑怨腆w和無(wú)機(jī)鹽含量等對(duì)納濾膜截留性能的影響。
(3)制革廢水
制革廢水含有高濃度的有機(jī)物、硫酸鹽和氯化物，酸洗工序的廢液電導(dǎo)值達(dá)到75mS/cm。Bes-Pia采用NF技術(shù)回收了制革廢水，所得到的高濃度硫酸鹽濃水回到酸洗段，而氯化物的產(chǎn)水打回裂化反應(yīng)鼓。
(4)電鍍廢水
電鍍工廠往往產(chǎn)生大量廢液，盡管采取酸化、化學(xué)無(wú)害化、沉降和分離污泥等復(fù)雜處理步驟，產(chǎn)水含鹽量高，不能重新回用。
(5)造紙廢水
在紙漿和造紙業(yè)中，勻漿、漂白和造紙等工序都需要大量的水。實(shí)現(xiàn)水系統(tǒng)的(半)密閉循環(huán)是紙漿廠、造紙廠節(jié)約水資源降低排放量的*途徑。傳統(tǒng)活性污泥法的產(chǎn)水中還含有部分有色化合物、微生物、抗體和少量的生物分解物，懸浮固體等，僅能被用于制造包裝紙，不能用于更別紙的生產(chǎn)。
另外，該法不能減少無(wú)機(jī)鹽的含量。Koyuncu對(duì)比了水→納濾以及造紙廢水→活性污泥→納濾兩種處理工藝的實(shí)用性，實(shí)驗(yàn)表明：兩種方法的出水質(zhì)量相似，第二種方法的產(chǎn)水通量更好，出水可以用于別紙。但納濾產(chǎn)水仍然含有一定量的一價(jià)鹽，需要再增加低壓反滲透裝置脫除鹽類才能保證循環(huán)水的質(zhì)量。