淺析膜分離技術(shù)在水處理工作中的運用

符 鵬

隨著我國工業(yè)的發(fā)展，廢水處理成為廣泛關(guān)注的問題，廢水不經(jīng)處理對外排放，會污染地下水、河水、海水，導(dǎo)致環(huán)境惡化，若人飲用被污染的水，對身體健康將帶來不良影響。水處理工藝中，膜分離技術(shù)的應(yīng)用能夠極大地分離出水中的污染物質(zhì)，進(jìn)而對這些物質(zhì)進(jìn)行回收利用，治理污染的同時提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。因此，對膜分離技術(shù)在水處理工作中的應(yīng)用進(jìn)行分析，意義深遠(yuǎn)。

1 膜分離技術(shù)的應(yīng)用原理

膜分離技術(shù)主要是在混合物當(dāng)中，針對不同氣體或者液體進(jìn)行組分，膜能夠選擇滲透，對不同物質(zhì)的滲透作用存在差異，膜分離技術(shù)能夠借助膜，選擇性滲透不同物質(zhì)，其推動力是外界的能量、化學(xué)位差。針對多組分混合氣體和液體進(jìn)行分離，進(jìn)行進(jìn)一步分級、提純，在污水處理、食品、能源、醫(yī)藥等產(chǎn)業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，在長期應(yīng)用中也得到了迅速發(fā)展。圖1為膜分離技術(shù)在某工業(yè)廢水處理工作中的應(yīng)用示意圖。

圖1 膜分離技術(shù)在某工業(yè)廢水處理工作中的應(yīng)用示意圖

2 膜分離技術(shù)特點

膜分離技術(shù)屬于一種新型的分離凈化方法，與傳統(tǒng)的分離技術(shù)相比，該技術(shù)原理相對簡單，能耗相對較低，不會產(chǎn)生二次污染，有較好的分離和凈化效果。膜分離技術(shù)功能較多，能夠?qū)怏w、液體混合物進(jìn)行分離、濃縮等，但其具體操作過程十分簡單，且處理效果好。同時，該技術(shù)具有較高的清潔環(huán)保性，對液體進(jìn)行過濾的過程也十分簡單，比較容易控制。因此，膜分離技術(shù)被廣泛地應(yīng)用在工業(yè)食品行業(yè)，對該項技術(shù)的應(yīng)用，一方面能夠促使企業(yè)獲得較大的經(jīng)濟(jì)效益，另一方面對于全社會具有較好的環(huán)保效益。膜分離技術(shù)在當(dāng)前分離科學(xué)當(dāng)中，逐漸發(fā)展成首屈一指的重要技術(shù)，獲得了較高的評價，也越來越受到專業(yè)人士的重視。

3 膜分離技術(shù)在水處理中的應(yīng)用

3.1 海水淡化

海水淡化處理過程中，人們主要使用的是膜分離技術(shù)，如反滲透、電滲析及膜分離等綜合方式。

其中，反滲透技術(shù)在開發(fā)早期，主要目的就是對海水進(jìn)行淡化，該項技術(shù)海水淡化應(yīng)用實例中，出水水質(zhì)較好，優(yōu)于一般自來水水質(zhì)。膜分離技術(shù)在海水淡化領(lǐng)域中的應(yīng)用已經(jīng)發(fā)展的比較成熟。在我國，第一套在沙漠地區(qū)建設(shè)的苦咸水淡化均采用電滲析技術(shù)[1]。當(dāng)前，RO技術(shù)得到迅猛發(fā)展，這項技術(shù)的反滲透能耗相對較低，促使電滲析技術(shù)逐漸被取代。海水淡化過程中，使用納濾膜材料，能夠促使水質(zhì)軟化，降低總?cè)芙夤腆w的濃度，進(jìn)一步去除色度以及有機(jī)物。納濾膜在低壓情況下，存在較高的通量，能夠有效區(qū)分一、二價離子，在相應(yīng)的濃水中，可以適當(dāng)?shù)乇４嬗杏盟?，其實際能耗以及運行成本均比反滲透膜低。

將膜分離技術(shù)應(yīng)用到海水淡化過程當(dāng)中，能夠有效提升海水的脫鹽率，研究表明，海水淡化過程中通過應(yīng)用膜分離技術(shù)，其脫鹽率能夠得到99.60%。近年，反滲透技術(shù)的出現(xiàn)，使得海水淡化成本不斷下降，反滲透已經(jīng)逐漸成為利用海水制取飲用水的最佳途徑。另外，蒸餾膜技術(shù)的推進(jìn)，使得小型海水淡化效果不斷提升，小型海水中的離子與膠體等不容易發(fā)揮的組分，包括無法直接擴(kuò)散透過膜的組分，能夠?qū)崿F(xiàn)100%的截留。

3.2 工業(yè)廢水的處理

3.2.1 電鍍廢水處理

從20世紀(jì)70年代，反滲透膜已開始應(yīng)用于電鍍廢水處理，之后，伴隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，反滲透膜逐漸大規(guī)模的應(yīng)用于電鍍廢水的處理。反滲透膜能夠?qū)袖\、鎳、鉻、銅等單一或混合重金屬廢水進(jìn)行處理。鑒于反滲透膜具有較高截留率，可以將廢水中存在的多數(shù)污染離子進(jìn)行截留，從而獲得較干凈的出水，最終實現(xiàn)水資源循環(huán)利用。廢水進(jìn)行處理時，人們經(jīng)常將反滲透工藝與納濾、沉降、超濾、添加劑等其他工藝進(jìn)行結(jié)合使用。例如，有學(xué)者將含有銅和鎳離子的廢水添加了Na2EDTA，之后采用反滲透膜進(jìn)行分離，最終使水體中的銅和鎳去除99.5%。

3.2.2 印染廢水處理

在印染行業(yè)，其生產(chǎn)廢水色度較高、水量較大，其中含有大量的生物毒性物質(zhì)以及重金屬元素[2]。如果將這些水直接排放，則會產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境污染。有學(xué)者在試驗過程中，對印染水進(jìn)行處理，使用納濾膜，低壓力情況下，可以獲得較高的通量，能夠較好的抗污染。雖然反滲透和納濾膜的使用，對于一價離子去除率較低，但是兩種膜對于鎂和鈣等工業(yè)循環(huán)回用水，離子去除率效果較好。某工業(yè)印染用水膜分離技術(shù)應(yīng)用流程圖如圖2所示。

圖2 某工業(yè)印染用水膜分離技術(shù)應(yīng)用流程圖

針對反滲透和納濾膜進(jìn)行分析，兩種膜成本分別為1.82元/m3和1.53元/m3，對比得到納濾膜處理成本相對較低。此外，將活性炭吸附、臭氧處理以及納濾膜等工藝應(yīng)用于紡織工廠廢水處理，對比發(fā)現(xiàn)納濾膜處理效果突出。因此，紡織印染用水處理推薦使用納濾工藝，兼具較高的經(jīng)濟(jì)效益和較好的處理效果。

3.2.3 食品加工廢水處理

食品加工行業(yè)所產(chǎn)生的廢水通常含有較高濃度的蛋白質(zhì)、糖類等有機(jī)物。食品加工廢水處理的主要目的是對其中的有機(jī)物進(jìn)行充分利用。本研究使用微濾膜以及納濾膜對黃姜廢水進(jìn)行處理，從廢水中提取出純度85%～90%的葡萄糖溶液的同時廢水中的COD從82000mg/L下降到4000mg/L，對其進(jìn)行進(jìn)一步生化處理后，廢水可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。與反滲透膜進(jìn)行對比，大多數(shù)物質(zhì)都有較高的截留率，納濾膜可以通過一價鹽，能夠在一定程度上促使食品加工廢水中的有機(jī)物和鹽分相互分離。此外，相關(guān)學(xué)者使用了納濾膜對林可霉素廢水進(jìn)行處理，實驗結(jié)果表明對500mol/L中存在的氧化鈉溶液托出率達(dá)到70%～80%[3]。

3.2.4 化工廢水處理

若化工廢水不經(jīng)過處理直接排放，將對環(huán)境造成嚴(yán)重影響，同時浪費大量資源。在某地鉬酸銨生產(chǎn)改造項目中，借助納濾以及反滲率滲透聯(lián)合技術(shù)處理鉬酸銨廢水，廢水當(dāng)中的鉬離子回收率達(dá)到96%以上，回收利用鉬離子的同時有效凈化了廢水。

膜分離技術(shù)自身就是綠色無污染的，適用于不同工業(yè)廢水特定組成，同時結(jié)合相應(yīng)的預(yù)處理方式，對有用物質(zhì)進(jìn)行回收，進(jìn)而達(dá)到廢水凈化和資源回收利用的雙重效果。

另外，在飲用水處理過程當(dāng)中，膜分離技術(shù)也取得了較好的應(yīng)用效果，由于我國居民生活水平的日漸提升，人們對日常飲用水的要求不斷提高，與傳統(tǒng)的處理工藝相比較而言，膜分離技術(shù)能夠更好地提高飲用水的凈化效果，保證飲用水中的懸浮物、細(xì)菌與病毒得到更好去除。常用的膜處理技術(shù)主要有微濾、超濾與納濾等水處理方法，不但能夠?qū)嬘盟械奈⒚准夘w粒全部去除，而且有效去除沒有達(dá)到微米級顆粒的部分雜質(zhì)，將飲用水中的無機(jī)物、農(nóng)藥與溶解氣體等雜質(zhì)合理去除，從而保證飲用水的水質(zhì)不斷提升。

4 結(jié)語

總言之，廢水處理能夠減少廢水排放對環(huán)境的污染，各行各業(yè)均需要高度重視廢水的處理工作。膜分離技術(shù)不僅能對廢水進(jìn)行處理，回收利用有用物質(zhì)，還能淡化海水，從海水中提取出堿性物質(zhì)用于工業(yè)生產(chǎn)，改善海水水質(zhì)，該技術(shù)應(yīng)用前景廣闊。因此，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對膜分離技術(shù)進(jìn)行全面深入分析，將其進(jìn)一步應(yīng)用于水處理工作中。