【匯總】各種膜技術在水處理中的應用

2021-01-08 中國水網

1、正向滲透(FO)技術

1.1 正向滲透(FO)的原理

用只能透過溶劑而不能透過溶質分子的半透膜將溶劑和溶液隔開，溶劑分子將在滲透壓的作用下自發地從溶劑側透過膜進入溶液側，這就是滲透現象，也即所謂的「正向滲透」。

1.2 正向滲透膜在水處理中的應用

1.2.1 海水淡化

FO用於海水淡化是其研究最為廣泛的領域之一。早期的應用研究主要見於一些專利中，但這些研究大都不成熟，可行性不高。

1.2.2工業廢水處理

早期有研究報導了FO膜用於低濃度重金屬廢水的處理，但由於其採用的RO(反滲透)膜汙染嚴重，通量下降迅速，因而未得到深入開展。

1.2.3垃圾滲濾液處理

美國俄勒岡州科瓦利斯市的CoffinButte垃圾填埋場每年可產生(2-4)×104m3的垃圾滲濾液，為達到土地利用的水質標準，必須將出水的TDS降到100mg/L以下。

2、反滲透膜技術

2.1 反滲透(RO)的原理

反滲透是一種以壓力為推動力的膜分離過程在使用中為產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反滲透膜，將水中溶解鹽或汙染雜質阻止在反滲透膜的另一側。

2.2 反滲透膜在水處理中的應用

2.2.1在水處理方面的常規應用

水是人們賴以生存和進行生產活動必不可少的物質條件。由於淡水資源日益缺乏，世界上反滲透水處理裝置的能力已達到每天數百萬噸。

2.2.2在城市汙水方面的應用

目前，反滲透膜在城市汙水深度處理方面的應用尤其是汙水處理廠二級出水回用及中水回用等，已受到高度重視。

2.2.3在重金屬廢水處理方面的應用

含重金屬離子廢水的常規處理方法都只是一種汙染轉移,即將廢水中溶解的重金屬轉化成沉澱或更加易於處理的形式，其最終處置常常是進行填埋，而重金屬對地下水和地表水環境造成二次汙染的危害依然長期存在。

2.2.4在含油廢水方面的應用

含油廢水是一種量大面廣的工業廢水，若直接排入水體，會在水體表層產生油膜阻礙氧氣溶入水中從而致使水中缺氧、生物死亡、發出惡臭，嚴重汙染生態環境。油3.5mg/L、總有機碳(TOC)(16~23)mg/L的油田採出水處理到鍋爐用水水質於是處理後的水回用於電站鍋爐給水。

3、微濾和超濾膜技術

3.1 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力作用下進行液相分離的過程，從原理上說並沒有什麼本質上的差別，同為篩孔分離過程。在一定壓力作用下，當含有高分子的溶質和低分子溶質的混合溶液流過膜表面時，溶劑和小於膜孔的低分子溶質(如無機鹽)透過膜，成為滲液被搜集;大於膜孔的高分子溶質(如有機膠體)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)的膜分離過程稱為微濾。

3.2超濾和微濾膜的應用

超濾、微濾技術可以有效去除顆粒狀物質，包括微生物，如隱胞蟲子、賈第蟲、細菌和病毒。還可通過一定程度地降低消毒副產物前體物的濃度和限制消毒過程中氧化劑需求量來減少消毒副產物。但對水中有機物的去除率很低，僅在20%以下。超濾和微濾的使用範圍比較廣，能夠適用於處理不同的水質量。

4、納濾膜技術

4.1 納濾(NF)原理

納濾(NF)是一種新型分子級膜分離技術，是目前世界膜分離領域研究的熱點之一。NF膜孔徑在1nm以上，一般在1-2nm;對溶質的截留性能介於RO與UF膜之間;RO膜幾乎對所有的溶質都有很高的脫除率，但NF膜只對特定的溶質具有高脫除率。NF膜能夠去除二價、三價離子，Mn≥200的有機物，以及微生物、膠體、熱源、病毒等。納濾膜的一個很大特徵是膜本體帶有電荷，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百的膜也可脫除無機鹽的重要原因，也是NF運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%，海水淡化時在30%~50%，沒有酸鹼廢水排放。

4.2 納濾膜在水處理中的應用

4.2.1 納濾膜在飲用水中的應用

納濾操作壓力小，是飲用水製備和深度淨化的首選工藝。

目前，大多數城市的給水水源均受到不同程度的汙染，而自來水廠的常規處理工藝對水中有機物去除率不高，當採用氯殺菌消毒時，氯又會與水中的有機物會生成滷代副產物。Peltier等4年的跟蹤研究表明：採用納濾系統後水中的DOC降低到平均0.7mgC/L，出水餘氯的含量由0.35mg/L降到0.1mg/L，最終網線中三滷甲烷(THMs)的形成比未採用納濾系統時減少了50%。另外，由於生物降解型溶解有機碳(BCOD)的減少，改進了產水的生物穩定性。

納濾技術能夠去除絕大部分的Ca、Mg等離子，因此脫鹽(desalination)是納濾技術應用最多的領域。膜法水處理技術在投資、操作和維修及價格等方面與常規的石灰軟化和離子交換過程相近，但具有無汙泥、不需再生、完全除去懸浮物和有機物、操作簡便和佔地省等優點，應用實例較多。納濾可以直接用於地下水、地表水和廢水的軟化，還可以作為反滲透(Reverseosmosis，RO)、太陽能光伏脫鹽裝置(Photovoltaicpowereddesalinationsystem)等的預處理。

4.2.2 納濾膜在海水淡化中的應用

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。

4.2.3 納濾膜在廢水處理中的應用

(1)生活汙水

生活汙水一般用生物降解/化學氧化法結合處理，但氧化劑的用量太大，殘留物多。薛罡等採用微絮凝纖維球過濾.超濾.納濾組合工藝對賓館洗浴廢水進行了小試試驗。超濾出水水質可達到回用至賓館廁所衝洗、綠化等環節的用水要求，納濾出水水質可達到生活飲用水衛生標準(GB5749.85)，可以回用至賓館洗衣、洗浴等用水要求更高的環節。

(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、總溶解性固體和無機鹽含量等對納濾膜截留性能的影響。

編輯：李姝樂

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