雙極膜技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)用及展望

王 凡（寶雞職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 寶雞 721013）

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雙極膜技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)用及展望

王 凡
（寶雞職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 寶雞 721013）

摘 要：隨著全球工業(yè)化進(jìn)程的快速發(fā)展，環(huán)境污染問題也日益嚴(yán)峻，各國越來越重視如何有效地治理環(huán)境污染的問題。雙極膜憑借其水解離電滲析的特點(diǎn)，很好地解決了長久以來傳統(tǒng)治污方法在環(huán)境工程中積存在的一些技術(shù)難題。雙極膜的應(yīng)用價值愈加受到研究學(xué)者們的重視。本文對雙極膜的工作原理作簡要闡述，詳細(xì)研究討論其在環(huán)境工程中的廣泛應(yīng)用及展望。

關(guān)鍵詞：雙極膜；環(huán)境工程；水解離電滲析；應(yīng)用

1　工作原理簡述

雙極膜也叫雙極性膜，是一種新型的特種離子交換膜，通常由一張陽膜和一張陰膜復(fù)合而成。該膜的特點(diǎn)是在直流電場的作用下，陰、陽膜復(fù)合層間的H2O 解離成H+和并分別通過陰膜和陽膜，作為H+和離子源，通過一系列電化學(xué)反應(yīng)公式，達(dá)到有效處理環(huán)境污染問題的目的。與國外的研究相比，我國對雙極膜技術(shù)的研究起步較晚，最近幾年市場上才開始出現(xiàn)商品化雙極膜。目前雙極膜已被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，其中在環(huán)境工程中的應(yīng)用效果顯著。

2　雙極膜在環(huán)境工程中的應(yīng)用

2.1處理廢水

2.1.1處理工業(yè)廢水

在工業(yè)生產(chǎn)過程中經(jīng)常會產(chǎn)生大量的工業(yè)廢水，針對不同性質(zhì)的工業(yè)廢水，往往采取不同的方法凈化。在處理含有重金屬的廢水，通常是將這些重金屬先經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)變成氫氧化物沉淀并除去。若采用納濾膜技術(shù)，則可以對廢水進(jìn)行有效回收，回收率可達(dá)90%以上，同時還能濃縮重金屬離子，使其具備回收利用價值。

2.1.2處理生活污水

在處理生活產(chǎn)生污水時，一般采用生物降解與化學(xué)氧化兩者結(jié)合的方法處理，但往往氧化劑的用量太大，會剩余較多殘留物。因此如果在它們之間加上一個納濾環(huán)節(jié)，讓能被微生物降解的小分子透過，截留住大分子，然后用化學(xué)氧化器處理大分子物質(zhì)，使其進(jìn)行生物降解，這樣便可以充分利用生物降解性，節(jié)約氧化劑和活性炭的用量，并且減少最終殘留物的含量。由于水污染的問題日益嚴(yán)重，人們的飲用水質(zhì)量也受到威脅。利用雙極膜納濾法不僅可以有效去除消毒過程中產(chǎn)生的微毒副產(chǎn)物等化學(xué)殘留物，而且還具有化學(xué)藥劑用量少、節(jié)能、占地少、便于管理和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

2.2處理廢氣

工廠在生產(chǎn)過程中，除了會產(chǎn)生廢液污染，還會排放一些對大氣有污染的氣體，也需要進(jìn)行有效處理凈化。目前，工廠在燃燒過程釋放出來的酸性污染氣體主要以COx、NOx、SOx為主。這些大氣污染氣體物種每年的排放量非常大，例如 SOx，我國每年大約向大氣排放1900～2100萬噸的大氣污染物。這些過量排放的酸性氣體是引起全球溫室效應(yīng)、酸雨等污染問題的罪魁禍?zhǔn)?，對人類日常生活的危害十分?yán)重，因此必須要及時采取有效措施來進(jìn)行治理。

利用雙極膜技術(shù)處理這類酸性氣體方法簡單有效，并且易于操作。以從廢氣中回收二氧化硫?yàn)槔厥詹襟E為：一、先用堿液如氫氧化鈉進(jìn)行吸收；二、吸收液通過雙極膜電滲析，在酸室里得到硫酸溶液；三、堿室里得到的主要成分是和NaOH液，這些液體可以返回工序的第一步重新吸收尾氣。在整個回收過程中實(shí)現(xiàn)了零排放，從而也就避免了二次污染。在最大化回收廢氣中有用物質(zhì)實(shí)現(xiàn)二次利用的同時還有效地緩解了環(huán)境污染問題。

2.3綠色能源——雙極膜蓄電池

在工業(yè)冶金過程中產(chǎn)生的廢酸堿除了可以用納濾膜技術(shù)進(jìn)行廢水跟重金屬離子的回收，還可以通過雙極膜技術(shù)做成蓄電池進(jìn)行發(fā)電。計(jì)算顯示，一摩爾每升的酸和一摩爾每升的堿反應(yīng)，可以得到 0.828 V的理論電位，數(shù)值上剛好等于雙極膜水解電離時產(chǎn)生的電壓降。以往這部分的電能很難加以有效利用，現(xiàn)在通過雙極膜水解電離池，不僅可以充分利用這部分電能，而且還能夠借助于可逆電極，實(shí)現(xiàn)充電的過程。在實(shí)際應(yīng)用時可以由數(shù)十個甚至上百個基本單元組成雙極膜蓄電池，使其達(dá)到人們?nèi)粘Ｉ钏璧碾妷杭拜敵龉β?。日常生產(chǎn)中，通常會產(chǎn)生大量的酸性與堿性廢液，通過雙極膜技術(shù)對這些工業(yè)廢液進(jìn)行回收，并制成蓄電池，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)再利用，由此可見，雙極膜電池具有很高的開發(fā)價值和顯著的經(jīng)濟(jì)效益，發(fā)展前景光明。

2.4用于垃圾發(fā)酵連續(xù)制備有機(jī)酸

在日常生活中產(chǎn)生的廚房垃圾，一般采取直接填地的處理方法，這對環(huán)境也會產(chǎn)生一些較小的污染。目前處理廚房生活垃圾的主要方式是通過發(fā)酵處理的方法來制成有機(jī)酸，在保護(hù)環(huán)境的同時，充分發(fā)揮這些垃圾的經(jīng)濟(jì)效益。由于在傳統(tǒng)的發(fā)酵制作過程中，反應(yīng)生成的有機(jī)酸會影響環(huán)境的PH值，不利于微生物的生長、發(fā)酵，影響了反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行，不少企業(yè)會向發(fā)酵池中加入酸堿來調(diào)節(jié)環(huán)境的PH值，這種方法，不僅工序步驟復(fù)雜，而且還消耗了大量的酸堿，反應(yīng)剩余的廢液殘?jiān)矊Νh(huán)境造成二次污染。而如果以雙極膜電滲析解離作為氫離子和氫氧根離子的供應(yīng)源，則可以直接從發(fā)酵液中生產(chǎn)出有機(jī)酸，免去了投放酸堿的過程，，也就避免了資源浪費(fèi)和二次污染的問題。

3　展望

在社會工業(yè)化快速發(fā)展的今天，環(huán)境問題應(yīng)受到人們的高度重視，只有保護(hù)好我們賴以生存的環(huán)境，才能實(shí)現(xiàn)社會的可持續(xù)發(fā)展。雙極膜作為一種全新的技術(shù)，已被廣泛應(yīng)用于環(huán)境工程領(lǐng)域，它有效解決了傳統(tǒng)方法在環(huán)境治污過程中存留的技術(shù)疑難問題。目前看來，雙極膜的應(yīng)用前景非常廣闊，可以通過改進(jìn)制備工藝過程，降低生產(chǎn)成本，研究開發(fā)出更高性能的雙極膜，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，充分發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)效益，對環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。

參考文獻(xiàn)：

［1］謝鴻芳，肖艷春，鄭林祿，鄭淑英，陳震.雙極膜技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)用與展望［J］.廣州化學(xué)，2012（01）.

［2］彭飛燕.雙極膜在環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用研究進(jìn)展［J］.安徽化工，2012（04）.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.13.086

作者簡介：王凡（1985-），女，陜西寶雞人，本科，助教，研究方向：環(huán)境工程。