水處理環(huán)境工程中膜分離技術(shù)的應(yīng)用

劉剛+王平麗

摘 要：伴隨科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，為降低水資源污染，提高生態(tài)環(huán)境發(fā)展水平?？蓪⒛し蛛x技術(shù)應(yīng)用到水處理環(huán)境工程中，本文在全面了解膜分離技術(shù)應(yīng)用原理的基礎(chǔ)上，對其在生活污水、工業(yè)廢水等方面的應(yīng)用進(jìn)行了分析，并通過具體工程案例進(jìn)行了深入探討。

關(guān)鍵詞：水處理環(huán)境工程；膜分離技術(shù)；原理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.111

1 膜分離技術(shù)的原理

20世紀(jì)初膜分離產(chǎn)生，作為一項新型分離技術(shù)，膜分離技術(shù)是指通過隔膜使溶劑同溶質(zhì)或微粒分離的技術(shù)，包含電滲析、擴散滲析等。膜分離技術(shù)的功能為分離、濃縮、純化及精制等。其應(yīng)用原理可分為物理性質(zhì)、化學(xué)物質(zhì)兩種，具體如下：

（1）應(yīng)用物理性質(zhì)原理。物理性質(zhì)是指多方面差異，如質(zhì)量、體積、幾何形狀等，可按照混合物的具體物理性質(zhì)，膜可具備篩子的功能，分離混合物。全部膜分離技術(shù)都是在物理功效下，篩選、分離各種粒徑的物質(zhì)。（2）應(yīng)用化學(xué)物質(zhì)原理。是指混合物由分離膜通過的速度?？蓪⒋祟愃俣冗M(jìn)行兩種形式劃分。其一，通過膜表面接觸混合物，并向膜內(nèi)速度進(jìn)入，也就是我們所說的溶解速度；其二，擴散速度，向膜內(nèi)進(jìn)入以后，由膜表面向膜另一側(cè)表面擴散的速度?？赏ㄟ^混合物、分離材料膜的化學(xué)性質(zhì)對溶解速度加以確定，且其擴散速度和物質(zhì)相對分子質(zhì)量之間也存有極大關(guān)聯(lián)性。

2 水處理環(huán)境工程中膜分離技術(shù)的應(yīng)用

水處理環(huán)境工程中，為純化自來水、處理工業(yè)廢水、生活污水，可廣泛選用膜分離技術(shù)。本文以廢水處理應(yīng)用為主進(jìn)行分析。

（1）生活污水處理。上世紀(jì)90年代中期，日本即利用膜分離技術(shù)建造了39座污水處理廠，且投入運營取得了良好的效果。據(jù)相關(guān)學(xué)者研究表明，針對城市污水，可選取某種微濾膜裝置（800m?/d）進(jìn)行處理。通過該裝置的應(yīng)用，水質(zhì)可滿足一般生活非飲用水標(biāo)準(zhǔn)。通過30天正常運作，可實現(xiàn)每小時13.9L/㎡、16.7 L/㎡、20.8 L/㎡。在生活污水中，該裝置能夠去除90%以上的COD，且能攔截、分離污水內(nèi)的大部分懸浮固體。

（2）工業(yè)廢水處理。第一，石化廢水處理。以勝利油田含油污水試驗為例分析，可選取中空纖維超濾作為裝置。在設(shè)計環(huán)節(jié)，規(guī)模定為1.5t/h，過濾之后，0.56mg/L、0.5 mg/L分別為水內(nèi)懸浮固體量及含油量。此設(shè)計與地滲透油層注水對水質(zhì)的需求相符。第二，含重金屬廢水處理。處理過程中選取乳狀液膜法進(jìn)行含重金屬錫廢水、含鋅廢水處理效果良好。尤其是在含鋅濃度方面，通過該處理法能夠由350 mg/L降至5 mg/L，由此可見，降低幅度大，且與國家排放標(biāo)準(zhǔn)相符。

第三，有機廢水處理。有機廢水處理過程中，醋酸質(zhì)量濃度可通過乳狀液模體系進(jìn)行處理。環(huán)境適宜的情況下，如廢水醋酸濃度為1000mg/L，則提取率將在96%以上。

3 案例分析

以含氰廢水處理為例，選取膜分離技術(shù)進(jìn)行試驗。為去除樣品廢水內(nèi)的所有聚合物顆粒，應(yīng)選取超濾+反滲透的方式，處理向膜內(nèi)進(jìn)入未分離的廢水。

（1）超濾。選取常規(guī)過濾方式，將超濾前原水的可見機械雜質(zhì)去除，且進(jìn)行40℃冷卻。選取板式超濾膜組件用于試驗，7.9cm2為膜有效截面積。通過亞克力制作整個膜組件外壁，超濾膜支撐選用金屬絲網(wǎng)，改性聚醚砜為膜材料。12到30kpa為操作壓力，pH2—13，溫度在60℃以下。13.41g/h為超濾膜純水透過量。通過以下幾點檢驗超率效果：

第一，透過液和濃縮液的顏色、密度、粘度及COD總量；第二，比較及分析原水、透過液、濃縮液間的顏色、密度、粘度及COD總量。

試驗結(jié)果為相比濃縮液、原水COD，透過液COD較小，且粘度減小，透過液基本與無色相近，與原水顏色相比，濃縮液較深一些，此時原水內(nèi)的雜質(zhì)可通過超濾法去除，具有明顯效果。

（2）反滲透。超濾處理之后，以除去廢水內(nèi)的丙烯腈等聚合物，廢水過濾后僅剩部分小顆粒聚合物，5到6之間為溶液pH值，0.235到0.240cp為其粘度值，40℃為其溫度，0.35%到0.50%為CN-范圍，3000到3500 mg/LCOD范圍。選取BW30-400-FR型號反滲透膜，管狀為其反滲透膜形狀，1mm為其外徑，0.2mm為膜厚度，列管式為膜組件，5cm2為膜有效截面積，每小時純水透過流量為71.2g。為確保檢驗效果，與工業(yè)實際值相比，CN-濃度應(yīng)高出一些，因此試驗過程中，可將相應(yīng)量的氫氰酸添加到純凈水內(nèi)，進(jìn)行含氰廢水CN-（0.55%）的制作。要求在2種條件下進(jìn)行試驗，分別如下：第一，直接試驗；第二，含氰廢水的pH值通過NaOH溶液進(jìn)行調(diào)節(jié)，要求控制在8到9pH值之間即可進(jìn)行試驗。通過NaOH溶液的添加，可對原水pH值進(jìn)行充分調(diào)節(jié)，將提高反滲透膜對CN-的截留率，從原有的88.9%可提升至93.8%左右，具有良好效果。

（3）膜組件排列。廢水通過一級反滲透處理之后，0.03%為總氰濃度，但該值與國家排放標(biāo)準(zhǔn)不符，基于此，應(yīng)選取連續(xù)—分級式排列，通過若干個反滲透膜組件進(jìn)行串聯(lián)操作。原水選用應(yīng)與以上2次試驗相同，通過兩個方案進(jìn)行試驗，為快速找出NaOH合理用量提供便利。具體方案為：第一，把第一級反滲透膜進(jìn)水pH值直接向8到9調(diào)節(jié)；第二，確保不改變第一級反滲透膜進(jìn)水pH值，只將第二級反滲透膜進(jìn)水pH值調(diào)節(jié)到8到9，隨后對2個方面透過水的CN-含量進(jìn)行對比、分析。

試驗過程中，測定第一、第二級濃水流量難度較大，因此，可根據(jù)各級回收率70%到75%進(jìn)行操作，并對系統(tǒng)總回收率進(jìn)行計算，公式如下：

可得出49%到56%的總回收率，與工業(yè)化原水回收率40%到50%需求相符。最終可獲取透過水的CN-濃度，即0.0041%，但其與指標(biāo)要求相近，因試驗過程中極易出現(xiàn)一定偏差，因此不可選用第二種方式。

4 結(jié)束語

綜上所述，伴隨國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的不斷提升，生態(tài)環(huán)境卻逐漸惡化，尤其是水資源污染、浪費情況極為嚴(yán)重，作為不可再生資源，水是生命之本，對地球上的所有生物而言極為珍貴。但在工業(yè)化高速發(fā)展的今天，越來越多的工業(yè)化學(xué)物料有害物質(zhì)被排入、滲入水內(nèi)，為更好地提升水處理環(huán)境工程質(zhì)量，膜分離技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。作為新型分離技術(shù)，膜分離技術(shù)是指通過一張具備特殊選擇性的薄膜，通過外力功能，分離、提純并濃縮混合物。通過該技術(shù)的應(yīng)用，對環(huán)境保護(hù)極為有利，將帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。

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