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膜技术在污水处理中的应用

2015-08-18 13:21:56来源:净水技术浏览:评论:0

  作为一种新型高效、精密分离技术,膜分离技术在废水处理领域被广泛应用。水体污染严峻性不断加重的背景下,膜分离将拥有广阔的发展前景。

  随着我国工业化和城市化的发展,大量的生活和工业废水排入水体,这些废水中多含有不同浓度的化学成分,造成了严重的水体污染,为保护环境,使其不受污染,并能回收一些有用物质,在工业和城市废水排放之前必须进行净化处理。膜分离技术是一种新型高效、精密分离技术,它是材料科学与介质分离技术交叉结合形成的一门技术,具有高效分离、设备简单、节能、常温操作、无污染等优点,广泛应用于工业领域众多行业,据统计,全球膜销售额每年以14%—30%的速度增长。膜分离在废水处理中已得到了广泛的应用,并将会成为主要的先进废水处理技术,有着广阔的发展前景。

  1正向渗透膜技术

  1.1正向渗透(FO)的原理

  用只能透过溶剂而不能透过溶质分子的半透膜将溶剂和溶液隔开,溶剂分子将在渗透压的作用下自发地从溶剂侧透过膜进入溶液侧,这就是渗透现象,也即所谓的“正向渗透”。正向渗透膜分离工艺的流程见图1。

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  1.2正向渗透膜在水处理中的应用

  1.2.1海水淡化

  FO用于海水淡化是其研究最为广泛的领域之一。早期的应用研究主要见于一些专利中,但这些研究大都不成熟,可行性不高。

  1.2.2工业废水处理

  早期有研究报道了FO膜用于低浓度重金属废水的处理,但由于其采用的RO(反渗透)膜污染严重,通量下降迅速,因而未得到深入开展。

  1.2.3垃圾渗滤液处理

  美国俄勒冈州科瓦利斯市的CoffinButte垃圾填埋场每年可产生(2-4)×104m3的垃圾渗滤液,为达到土地利用的水质标准,必须将出水的TDS降到100mg/L以下。

  2反渗透膜技术

  2.1反渗透(RO)的原理

  反渗透是一种以压力为推动力的膜分离过程在使用中为产生反渗透压需用水泵给含盐水溶液或废水施加压力以克服自然渗透压及膜的阻力使水透过反渗透膜,将水中溶解盐或污染杂质阻止在反渗透膜的另一侧其原理详见图2

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  2.2反渗透膜在水处理中的应用

  2.2.1反渗透膜在水处理方面的常规应用

  水是人们赖以生存和进行生产活动必不可少的物质条件。由于淡水资源日益缺乏,世界上反渗透水处理装置的能力已达到每天数百万吨。

  2.2.2反渗透膜在城市污水方面的应用

  目前,反渗透膜在城市污水深度处理方面的应用尤其是污水处理厂二级出水回用及中水回用等,已受到高度重视。

  2.2.3反渗透膜在重金属废水处理方面的应用

  含重金属离子废水的常规处理方法都只是一种污染转移,即将废水中溶解的重金属转化成沉淀或更加易于处理的形式,其最终处置常常是进行填埋,而重金属对地下水和地表水环境造成二次污染的危害依然长期存在。

  2.2.4反渗透膜在含油废水方面的应用

  含油废水是一种量大面广的工业废水,若直接排入水体,会在水体表层产生油膜阻碍氧气溶入水中从而致使水中缺氧、生物死亡、发出恶臭,严重污染生态环境。油3.5mg/L、总有机碳(TOC)(16~23)mg/L的油田采出水处理到锅炉用水水质于是处理后的水回用于电站锅炉给水。

  3微滤和超滤膜技术

  3.1超滤(UF)和微滤(MF)的基本原理

  超滤和微滤都是在静压差的推动力作用下进行液相分离的过程,从原理上说并没有什么本质上的差别,同为筛孔分离过程。在一定压力作用下,当含有高分子的溶质和低分子溶质的混合溶液流过膜表面时,溶剂和小于膜孔的低分子溶质(如无机盐)透过膜,成为渗液被搜集;大于膜孔的高分子溶质(如有机胶体)则被膜截留而作为浓缩液回收。能截留分子量500以上、106以下分子的膜分离过程称为超滤;只能截留更大分子(通常被称为分散颗粒)的膜分离过程称为微滤。

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  3.2超滤和微滤膜的应用

  超滤、微滤技术可以有效去除颗粒状物质,包括微生物,如隐胞虫子、贾第虫、细菌和病毒。还可通过一定程度地降低消毒副产物前体物的浓度和限制消毒过程中氧化剂需求量来减少消毒副产物。但对水中有机物的去除率很低,仅在20%以下。超滤和微滤的使用范围比较广,能够适用于处理不同的水质量。

  4纳滤膜技术

  4.1纳滤(NF)原理

  纳滤(NF)是一种新型分子级膜分离技术,是目前世界膜分离领域研究的热点之一。NF膜孔径在1nm以上,一般在1-2nm;对溶质的截留性能介于RO与UF膜之间;RO膜几乎对所有的溶质都有很高的脱除率,但NF膜只对特定的溶质具有高脱除率。NF膜能够去除二价、三价离子,Mn≥200的有机物,以及微生物、胶体、热源、病毒等。纳滤膜的一个很大特征是膜本体带有电荷,这是它在很低压力下(仅0.5MPa)仍具有较高脱盐性能和截留分子量为数百的膜也可脱除无机盐的重要原因,也是NF运行成本较低的主要原因。NF适合各种含盐水源,水利用率一般为75%~85%,海水淡化时在30%~50%,没有酸碱废水排放。

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  4.2纳滤膜在水处理中的应用

  4.2.1纳滤膜在饮用水中的应用

  纳滤操作压力小,是饮用水制备和深度净化的首选工艺。

  目前,大多数城市的给水水源均受到不同程度的污染,而自来水厂的常规处理工艺对水中有机物去除率不高,当采用氯杀菌消毒时,氯又会与水中的有机物会生成卤代副产物。Peltier等4年的跟踪研究表明:采用纳滤系统后水中的DOC降低到平均0.7mgC/L,出水余氯的含量由0.35mg/L降到0.1mg/L,最终网线中三卤甲烷(THMs)的形成比未采用纳滤系统时减少了50%。另外,由于生物降解型溶解有机碳(BCOD)的减少,改进了产水的生物稳定性。

  纳滤技术能够去除绝大部分的Ca、Mg等离子,因此脱盐(desalination)是纳滤技术应用最多的领域。膜法水处理技术在投资、操作和维修及价格等方面与常规的石灰软化和离子交换过程相近,但具有无污泥、不需再生、完全除去悬浮物和有机物、操作简便和占地省等优点,应用实例较多。纳滤可以直接用于地下水、地表水和废水的软化,还可以作为反渗透(Reverse osmosis,RO)、太阳能光伏脱盐装置(Photovoltaic powered desalination system)等的预处理。

 

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