淺談超濾膜技術在環(huán)境工程水處理中的應用
2016-04-30
超濾膜技術是一種能夠將溶液進行凈化、分離或者濃縮的膜透過分離技術，介于微濾和納濾之間。超濾膜是懸浮顆粒及膠體物質的有效屏障, 同時超濾膜也可以實現對“兩蟲、藻類、細菌、病毒和水生生物的有效去除，從而達到溶液的凈化、分離與濃縮的目的。與傳統工藝相比，超濾膜技術在水處理方面具有能耗低、操作壓力低、分離效率高、通量大及可回收有用物質等優(yōu)點，廣泛應用于飲用水凈化、生活污水回收、含油廢水、紙漿廢水、海水淡化等水處理中。在此，本文就超濾膜技術在環(huán)境工程水處理中的應用展開簡要闡述，以供參考。
2超濾膜技術的基本原理及特點
2.1超濾膜技術的基本原理
超濾(UltraFiltration，簡稱UF)是溶液在壓力作用下，溶劑與部分低分子量溶質穿過膜上微孔到達膜的另一側，而高分子溶質或其他乳化膠束團被截留，實現從溶液中分離的目的。其截留機理主要是篩分作用，但有時膜表面的化學特性(膜的靜電作用)也起著截留作用。超濾分離時是在對料液施加一定壓力后，高分子物質、膠體物質因膜表面及微孔的一次吸附，在孔內被阻塞而截留及膜表面的機械篩分作用等三種方式被超濾膜阻止，而水、無機鹽及低分子物質透過膜。
超濾膜技術截留分子量的定義域為500-500000左右，對應孔徑約為0.002-0.1μm，操作靜壓差一般為0.1-0.5MPa，被分離組分的直徑約為0.005-10μm。
2.2 超濾膜技術的特點
對雜質的去除效率高，產水水質大大好于傳統方法。
2.徹底消除或者大大減少化學藥劑的使用，避免二次污染。
3.系統易于自動化，可靠性高。運行簡易，設施只有開啟，關閉兩檔。
4.具有良好的化學穩(wěn)定性，有耐酸、耐堿以及耐水解的性能，能廣泛應用于各種領域。
5.耐熱溫度可達到140℃，可采用超高溫的蒸汽和環(huán)氧乙烷殺菌消毒;能在較寬的PH范圍內使用，可以在強酸和強堿和各種有機溶劑條件下使用。
6.過濾精度高，能有效濾除水中99.99%的膠體、細菌、懸浮物等有害物質。
7.與常規(guī)水處理系統費用相當生活污水經過超濾使處理水質變好從而進行回用，而工業(yè)廢水中由于一般技術不能達標，采用超濾技術能充分處理廢水。
3超濾膜技術在水處理中的應用
3.1 飲用水凈化
當前，隨著我國水污染問題的日益嚴重，我國出現了新的水質問題，如賈第蟲和隱孢子蟲(兩蟲)問題、水蚤及紅蟲問題、藻類污染加劇及臭味和藻毒素問題、水的生物穩(wěn)定性問題等。而將超濾膜技術應用于飲用水的凈化時，其可去除水中包括水蚤、藻類、原生動物、細菌甚至病毒在內的微生物，對水中的致病微生物、濁度、天然有機物、微量有機污染物、氨氮等都有較好的處理效果，能滿足人們對水質的要求。
如，張艷等[2]以混凝沉淀為預處理方法，通過中試試驗，對浸沒式超濾膜處理東江水的最佳運行方式進行了研究，該工藝通過對水中的致病微生物、濁質、天然有機物、有毒有害微量有機污染物、氨氮、重金屬等設置多級屏障，可以使其含量得到逐級削減,最后得到優(yōu)質飲用水。
3.2造紙廢水的處理
超濾膜技術應用于造紙廢水中，主要是對某些成分進行濃縮并回收，而透過的水又重新返回工藝中使用。一般，造紙廢水膜分離技術研究主要包括：回收副產品，發(fā)展木素綜合利用;制漿廢液的預濃縮;去除漂白廢水中的有毒物質等。
楊友強等[3]研究了超濾法處理造紙磺化化機漿(SCMP)廢水及影響超濾的各種因素，結果表明：截留分子量為20000u的聚醚砜(PES200)膜適于處理SCMP廢水，清洗后膜的通量可恢復98%。黃麗江等[4]采用0.8μm微濾(MF)與50nm超濾(UF)無機陶瓷膜組合工藝對造紙廢水進行了處理，在溫度為15℃、壓力為0.1MPa的操作條件下，0.8μm膜對COD的去除率為30%~45%，50nm膜對COD的去除率為55%~70%。
3.3含油廢水的處理
含油廢水存在的狀態(tài)分三種：浮油、分散油、乳化油。前兩種較容易處理，可采用機械分離、凝聚沉淀、活性炭吸附等技術處理，使油分降到很低。但乳化油含有表面活性劑和起同樣作用的有機物，油分以微米級大小的離子存在于水中，重力分離和粗?；ǘ急容^困難，而采用超濾膜技術，它使水和低分子有機物透過膜，在除油的同時去除COD及BOD，從而實現油水分離。
如，油田含油廢水中通常油量為100～1000mg/L，超過國家排放標準(<10mg/L)，故排放前采用先進的高效衡壓淺層氣浮技術和中空纖維膜分離技術進行了分離，在操作壓力為0.1MPa、污水溫度40℃時，膜的透水速度可達60～120L/(m2˙h)，出水中含油量為痕跡，懸浮物固體含量平均值為 0. 32mg/ L，懸浮物粒徑中值平均值為 0. 82μm，完全達到了特低滲透油田回注水的水質標準。
3.4城市污水回用
城市污水是一種重要的水資源，國外早已開始廣泛英語膜法進行城市污水回用，隨著我國水污染問題的愈發(fā)嚴重，將超濾膜技術應用于城市污水回用，也日漸引起了人們的關注。如，湯凡敏等[5]利用 CASS 與超濾膜組合工藝處理小區(qū)生活污水，當水力停留時間為12h、CODCr濃度在215~ 677 mg/ L 之間時，該工藝出水 CODCr穩(wěn)定在30 mg/ L 左右;NH3-N 濃度為 22.2~ 41.2 mg/ L時，出水NH3-N 最低可達0. 2 mg/ L，去除率達到90%以上，出水pH 值在 7.26~7.89 之間，出水濁度小于 0. 5，出水水質優(yōu)于回用水標準，可直接回用。
3.5海水淡化
海水淡化技術經過半個世紀的發(fā)展，從技術上已經比較成熟，目前主要的海水淡化方法有反滲透(SWRO)、多級閃蒸(MSF)、多效蒸發(fā)(MED)和壓汽蒸餾(VC)等，而適用于大型的海水淡化的方法只有 SWRO、MSF 和 MED。隨著膜技術的不斷發(fā)展，從19世界60年代開始膜技術開始應用于海水淡化。但在這一過程中，由于膜污染問題，使得反滲透系統在處理海水方面出現了瓶頸，而超濾膜技術的應用，可有效地控制海水水質，為反滲透系統提供高質量的入水。
如，葉春松等[6]采用中空纖維超濾膜直接處理高濁度海水，該超濾膜的產水濁度平均值為 0. 11NTU，SDI15 平均值為 2. 4，COD 的平均去除率為60.0%，膠硅的平均去除率為 89. 0%，跨膜壓差小于6.0×104Pa，遠遠小于超濾膜本身最大操作壓差2. 1×105Pa，該超濾膜對濁度高、變化大的海水有很強的適應性，可以在以高濁度海水為進水的情況下作為海水反滲透系統的預處理裝置。
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