淺談動(dòng)態(tài)膜技術(shù)及其在環(huán)境中的應(yīng)用

張鳳

【摘 要】動(dòng)態(tài)膜屬于分離膜，并且是其中較為特殊的類型。自動(dòng)態(tài)膜技術(shù)起步以來(lái)，動(dòng)態(tài)膜技術(shù)一直在環(huán)境中有著極為重要的作用。論文介紹了動(dòng)態(tài)膜技術(shù)的發(fā)展概況，并結(jié)合筆者多年來(lái)的研究，論述分析了動(dòng)態(tài)膜技術(shù)在環(huán)境中的應(yīng)用以及未來(lái)的前景。

【關(guān)鍵詞】動(dòng)態(tài)膜技術(shù)；環(huán)境；制備；應(yīng)用 隨著時(shí)代的發(fā)展，環(huán)境保護(hù)也越來(lái)越受到人們的重視。在這樣的條件下，如何治理環(huán)境污染成為人們不得不思考的問(wèn)題。動(dòng)態(tài)膜技術(shù)因?yàn)槌鏊|(zhì)優(yōu)良，操作簡(jiǎn)便易行，從而受到業(yè)界專家學(xué)者們的廣泛關(guān)注。所謂的動(dòng)態(tài)膜技術(shù)，指的是利用活性污泥或者預(yù)涂劑等涂在膜的表面上，從而形成新膜，也可稱之為次生膜。作為一種先進(jìn)的環(huán)境治理技術(shù)，動(dòng)態(tài)膜在環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用廣泛。筆者結(jié)合多年來(lái)的研究，分析了動(dòng)態(tài)膜技術(shù)的發(fā)展，并論述了該技術(shù)在環(huán)境應(yīng)用中的情況。

1.動(dòng)態(tài)膜技術(shù)概述

人們?cè)谘芯磕さ倪^(guò)濾時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溶液中存在的懸浮顆粒與膠體在壓力的作用下時(shí)，會(huì)被吸附或者截留在膜的表面。當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，膜的通量就會(huì)下降，這種現(xiàn)象被稱為膜污染。所以，膜污染在膜分離技術(shù)中是需要極力避免的。但是有些科學(xué)家卻通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，雖然濾餅層將會(huì)導(dǎo)致耗能量增加，但對(duì)于小顆粒的截留效果顯著，從而提高膜的過(guò)濾分離的性能，甚至在與其他相同條件規(guī)模的膜相比時(shí)，動(dòng)態(tài)膜的滲透性也更優(yōu)良。因此，研究動(dòng)態(tài)膜的積極效果變成為當(dāng)時(shí)的主流。動(dòng)態(tài)膜技術(shù)研究開(kāi)始較早的是當(dāng)時(shí)的美國(guó)原子能實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家，他們發(fā)現(xiàn)ZrOCl2動(dòng)態(tài)膜的反滲透效能。但是因?yàn)楫?dāng)時(shí)的膜分離技術(shù)研究進(jìn)展并不理想，因此動(dòng)態(tài)膜技術(shù)的研究也發(fā)展緩慢。隨著時(shí)代的發(fā)展，膜材料種類的不斷增多，使得動(dòng)態(tài)膜技術(shù)借著膜分離技術(shù)的東風(fēng)，進(jìn)行了有一次的研究突破。對(duì)于動(dòng)態(tài)膜的研究，最初的研究點(diǎn)是它的反滲透，隨著研究的不斷深入，人們迅速擴(kuò)展到超濾領(lǐng)域，比如利用動(dòng)態(tài)膜技術(shù)進(jìn)行果汁過(guò)濾、蛋白質(zhì)回收以及廢物微生物處理上等。目前來(lái)講，對(duì)動(dòng)態(tài)膜技術(shù)的研究氛圍兩個(gè)方面，第一為優(yōu)化動(dòng)態(tài)膜制備條件，第二為優(yōu)化動(dòng)態(tài)膜運(yùn)行。

2.動(dòng)態(tài)膜的制備

2.1動(dòng)態(tài)膜制備的基礎(chǔ)理論

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)研究，動(dòng)態(tài)膜制備需要具備以下幾個(gè)條件：第一，相關(guān)載體必須能夠有效的保持動(dòng)態(tài)膜；第二，為了保障動(dòng)態(tài)膜的制備以及運(yùn)行，需要錯(cuò)流分離方式的相關(guān)組件；第三，如果要形成膜，其懸浮液的濃度必須介于1-20g/L之間。只有具備了上述三個(gè)條件，動(dòng)態(tài)膜的制備才能夠成功，此時(shí)，動(dòng)態(tài)膜可以在短短的幾分鐘內(nèi)就可以形成，隨后進(jìn)入到緩慢、穩(wěn)定的狀態(tài)。一般來(lái)說(shuō)，動(dòng)態(tài)膜形成的過(guò)程可以分為兩個(gè)階段，在第一個(gè)階段內(nèi)，截流量會(huì)隨著壓力的增大減小，第二階段，隨著壓力的增大截流量也會(huì)相應(yīng)的增大。根據(jù)研究研究可以知道，根據(jù)中間機(jī)制公式：

當(dāng)處于第一階段時(shí)，因?yàn)檩d體孔被堵塞，所以當(dāng)過(guò)渡結(jié)束后就形成濾餅層，此時(shí)膜通量的計(jì)算公式為：

因?yàn)闉V餅的形成機(jī)制所描述的是動(dòng)態(tài)膜形成過(guò)程的最后一個(gè)階段，也就是t-1/2～J的關(guān)系圖中可以和理論想通的前半段，所以實(shí)驗(yàn)與理論數(shù)據(jù)的分差點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間就是過(guò)濾的時(shí)間。

2.2動(dòng)態(tài)膜的制備方法

一般來(lái)說(shuō)，根據(jù)形成方式，動(dòng)態(tài)膜可分為兩類，第一類稱為預(yù)涂膜，而預(yù)涂膜又可以分成使用膠體溶液以及使用懸浮液兩類；第二類稱為原液形成膜，也就是通過(guò)將需要處理的廢液制作成動(dòng)態(tài)膜的制備液，并進(jìn)行過(guò)濾獲得動(dòng)態(tài)膜。在進(jìn)行動(dòng)態(tài)膜的制備時(shí)，需要使用過(guò)濾裝置過(guò)濾懸浮液或者膠體溶液。過(guò)濾裝置常用的一般是錯(cuò)流過(guò)濾方式。在使用懸浮液制備動(dòng)態(tài)膜時(shí)，需要將粒子密度控制在1μm以內(nèi)并且保持粒徑的分布范圍在很小的范圍內(nèi)，因?yàn)檩d體孔的孔徑在1μm以內(nèi)。雖然通過(guò)懸浮液制作動(dòng)態(tài)膜較為方便，但是如果要將動(dòng)態(tài)膜的粒徑范圍控制在1以內(nèi)則比較困難。需要注意的是，利用小粒徑粉體制備懸浮液時(shí)可能會(huì)發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，這樣會(huì)嚴(yán)重影響動(dòng)態(tài)膜的使用效果。因此可以通過(guò)利用化學(xué)溶膠—凝膠法制備。利用此種方法，可以獲得的膠體分散溶液中的溶質(zhì)的粒子的粒徑在1-100nm之間，并且可以獲得良好的分布范圍。這種方法制備的動(dòng)態(tài)膜的孔徑較小。

3.動(dòng)態(tài)膜在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用

3.1動(dòng)態(tài)膜在環(huán)境中的應(yīng)用研究分析

眾所周知，動(dòng)態(tài)膜技術(shù)仍處于發(fā)展過(guò)程，因此它并沒(méi)有像其他的膜分離技術(shù)一樣被廣泛的應(yīng)用于某一特定的領(lǐng)域。但是目前動(dòng)態(tài)膜技術(shù)在廢水處理方面有著一定的基礎(chǔ)，經(jīng)常被用來(lái)處理的廢水包括生活廢水、污水處理廠處理的二級(jí)出水、食品生產(chǎn)廢水、其他的工業(yè)廢水以及含聚合物的廢液等等。一般來(lái)說(shuō)，利用動(dòng)態(tài)膜技術(shù)進(jìn)行食品廢水處理的應(yīng)用比較常見(jiàn)，如有學(xué)者介紹了由蔗糖糖蜜以及甜菜糖蜜在多孔陶管上形成的動(dòng)態(tài)膜的澄清作用進(jìn)行的比較堅(jiān)定。通過(guò)鑒定的結(jié)果是蔗糖糖蜜的動(dòng)態(tài)膜更加致密，孔結(jié)構(gòu)也比較均衡，而甜菜糖蜜的懸浮粒子的截留能力稍微弱一些。此外，還有人曾研究過(guò)菠蘿汁原液在多空氧化鋁膜組件上的過(guò)濾特性。

25℃時(shí)不同條件下的動(dòng)態(tài)膜過(guò)濾菠蘿汁的滲透通量變化

3.2動(dòng)態(tài)膜的清洗與再利用

高頻反沖洗方法對(duì)普通濾膜效果顯著，但是因?yàn)閯?dòng)態(tài)膜的特性導(dǎo)致一旦使用這種方法就會(huì)破壞動(dòng)態(tài)膜的結(jié)構(gòu)。所以，對(duì)于動(dòng)態(tài)膜的清洗來(lái)說(shuō)，只有當(dāng)動(dòng)態(tài)膜運(yùn)行了一定的時(shí)間后，其阻力達(dá)到一定的程度以后才進(jìn)行徹底的清除，然后再重新進(jìn)行涂膜。當(dāng)需要清除動(dòng)態(tài)膜時(shí)，可采用機(jī)械清除或者化學(xué)清除的方法。一般來(lái)說(shuō)，機(jī)械清洗的成本較低，比如使用自來(lái)水進(jìn)行反沖洗或者使用刷子清洗等，而使用化學(xué)清除的方法則較為復(fù)雜。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以證明，使用刷子對(duì)動(dòng)態(tài)膜清洗后，其通量基本上可以到達(dá)原先的水平，這比化學(xué)清除，如汽水清洗、酸清洗等效果更為有效。

4.總結(jié)

綜上所述，結(jié)合現(xiàn)有理論資料并進(jìn)行多次實(shí)踐后正面，動(dòng)態(tài)膜技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域非常廣泛，對(duì)于各種相關(guān)指標(biāo)的去除效果都非常良好。對(duì)于目前來(lái)說(shuō)，雖然動(dòng)態(tài)膜技術(shù)的研究更多的還是處于起步階段，但是我們不能忽視它在環(huán)境領(lǐng)域中的作用。隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，動(dòng)態(tài)膜技術(shù)必將成為今后的一項(xiàng)受人追捧的熱門(mén)技術(shù)，因此可以說(shuō)，動(dòng)態(tài)膜技術(shù)在環(huán)境應(yīng)用中將會(huì)有更有利的環(huán)境與技術(shù)，其前景十分廣闊。

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