目前膜技術作為一一個古老但是新興的技術,技術開發越(yue)來越(yue)深入,應用範圍越(yue)來越(yue)廣泛,本文(wen)總結目前世界(jie)上現有的膜處理技術,詳(xiang)細介(jie)紹各種膜技術的原因及應用領域!

一、微濾(MF)膜技術

1、微濾( MF )的基本原理

微濾膜能截留0.1-1微米之間的顆粒(li)。微濾膜允(yun)許大分子和溶解性固體(無機鹽)等通過,但會截留懸浮物,細菌,及大分子量膠體等物質。微濾膜的運行壓力一般為: 0.3-7bar。微濾膜過濾是世界(jie)上開發應用最早的膜技術,以天然(ran)或(huo)人工合(he)成的高分子化合(he)物作為膜材料。對(dui)微濾膜而言,紛離機理主要(yao)是篩分截留。

2、微濾膜的應用

(1 )水處理行業:水中懸浮物,微小粒(li)子和細菌的去除;

(2)電子工業:半導體工業超純水、集成電路清洗用水終端(duan)處理;

(3)製藥行業:用純水除菌、除熱原,藥物除菌;

(4)醫療行業:除去組織液、抗菌素、血清、血漿蛋白質等多種溶液中的菌體;

(5)食品工業:飲料、酒類、醬油、.醋等食品中的懸濁物、微生物和異味雜質、酵母和黴菌的去除,果汁的澄清過濾。

(6)化學工業:各種化學品的過濾澄清。

二、超濾(UF)膜技術

1、超濾(UF )原理

超濾( Ultra-filtration, UF )是一種能將溶液進(jin)行淨化和分離的膜分離技術。超濾膜係統是以超濾膜絲(si)為過濾介(jie)質,膜兩側的壓力差為驅動力的溶液分離裝置。超濾膜隻允(yun)許溶液中的溶劑(如水分子)、無機鹽及小分子有機物透過,而將溶液中的懸浮物、膠體、蛋白質和微生物等大分子物質截留,從而達到淨化和分離的目的。

超濾過濾孔徑和截留分子量的範圍一直(zhi)以來定義較為模糊, -般認為超濾膜的過濾孔徑為0.001-0.1微米，截留分子量( Molecular weigh cut- off, MWCO )为1,000- 1,000,000 Dalton。嚴(yan)格意(yi)義上來說超濾膜的過濾孔徑為0.001-0.01微米,截留分子量為1,000-300,000 Dalton。若過濾孔徑大於0.01微米,或(huo)截留分子量大於300,000Dalton的微孔膜就應該定義為微濾膜或(huo)精濾膜。

2、超濾膜的應用

超濾膜的應用範圍極其廣泛,基本上涉及過濾的行業都可以用到過濾設備,基本過濾的行業如下:

純水與超純水製備工藝中作為反滲透預處理以及超純水的終端(duan)處理;工業用水中用於分離細菌、熱源、膠體、懸浮雜質及大分子有機物;飲用水、礦泉水淨化;發酵、酶製劑工業、製藥工業的濃縮、純化與澄清;果汁濃縮、分離;大豆、乳品、製糖工業、酒類、茶汁、醋等的分離、濃縮與澄清;工業廢水與生活汙水的淨化和回收;電泳(yong)漆(qi)的回收。

超濾膜分離可取代傳統工藝中的自然(ran)沉(chen)降，板框過濾 ,真空轉鼓,離心分離,溶媒萃取,樹脂提純,活性炭脫色(se)等工藝過程。該過程為常溫操作,無相態變化,產生二次汙染。

三、納濾(NF)膜技術

1、納濾(NF )原理

納濾(NF)是-種新型分子級(ji)膜分離技術,是目前世界(jie)膜分離領域研(yan)究(jiu)的熱點之一。NF膜孔徑在1nm以上,一般在1-2nm ;對(dui)溶質的截留性能介(jie)於RO与UF膜之間; RO膜幾乎對(dui)所有的溶質都有很(hen)高的脫除率,但NF膜隻對(dui)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(hen)大特征(zheng)是膜本體帶有電荷(he),這是它在很(hen)低壓力下(仅0.5MPa )仍(reng)具有較高脫鹽性能和截留分子為數百的膜也可脫除無機鹽的重要(yao)原因,也是NF運行成本較低的主要(yao)原因。

NF適合(he)各種含鹽水源,水利用率-般為75%~ 85% ,海水淡化時在30%~ 50% ,沒有酸堿廢水排放。

2、納濾膜在水處理中的應用

( 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***工藝。

目前,大多數城市的給水水源均受(shou)到不同程度的汙染,而自來水廠(chang)的常規(gui)處理工藝對(dui)水中有機物去除率不高,當采(cai)用氯殺菌消(xiao)毒時，氯又 會與水中的有機物會生成鹵(lu)代副產物。Peltier等4年的跟(gen)蹤研(yan)究(jiu)表明(ming) :采(cai)用納濾係統後水中的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 ,最終網線中三鹵(lu)甲烷(wan)( THMs )的形成比未采(cai)用納濾係統時減少了50%。另外,由於生物降解型溶解有機碳( BCOD )的減少,改進(jin)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(wei)修及價格等方麵與常規(gui)的石灰(hui)軟化和離子交換過程相近,但具有無汙泥、不需再生、完全(quan)除去懸浮物和有機物、操作簡便和占地省等優點,應用實例較多。納濾可以直(zhi)接用於地下水、地表水和廢水的軟化,還可以作為反滲透、太陽能光伏(fu)脫鹽裝置等的預處理。

( 2 )納濾膜在海水淡化中的應用:海水淡化是指(zhi)將含鹽量為35000mg/L的海水淡化至(zhi)500mg/L以下的飲用水。

( 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(he)處理 ,但氧化劑的用量太大,殘留物多,超濾出水水質可達到回用至(zhi)賓(bin)館廁所衝洗、綠化等環節(jie)的用水要(yao)求,納濾出水水質可達到生活飲用水衛生標(biao)準(GB5749.85)，可以回用至(zhi)賓(bin)館洗衣、洗浴等用水要(yao)求更高的環節(jie)。

②紡織、印染廢水:紡織廢水中含有的染料很(hen)難用生物的方法去除,而酸性、活性、直(zhi)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(dui)納濾膜截留性能都有可能造成影響。

③製革廢水:製革廢水含有高濃度的有機物、硫酸鹽和氯化物,酸洗工序的廢液電導值達到75mS/cm。

④電鍍廢水:電鍍工廠(chang)往往產生大量廢液,盡管采(cai)取酸化、化學無害化、沉(chen)降和分離汙泥等複雜處理步驟,產水含鹽高,不能重新回用。

⑤造紙廢水:在紙漿和造紙業中,勻漿、漂白和造紙等工序都需要(yao)大量的水。實現水係統的(半)密閉(bi)循環是紙漿廠(chang)、造紙廠(chang)節(jie)約水資源降低排放量的***途徑。傳統活性汙泥法的產水中還含有部分有色(se)化合(he)物、微生物、抗體和少量的生物分解物,懸浮固體等,僅能被用於製造包(bao)裝紙,不能用於更***別紙的生產。另外,該法不能減少無機鹽的含量。

四、反滲透(RO)膜技術

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(huo)廢水施(shi)加(jia)壓力以克服自然(ran)滲透壓及膜的阻力使水透過反滲透膜,將水中溶解鹽或(huo)汙染雜質阻止(zhi)在反滲透膜的另一側。

2、反滲透膜在水處理中的應用

( 1 )在水處理方麵的常規(gui)應用

水是人們賴(lai)以生存和進(jin)行生產活動必不可少的物質條(tiao)件。由於淡水資源日益缺(que)乏,世界(jie)上反滲透水處理裝置的能力已(yi)達到每(mei)天數百萬噸。

( 2 )在城市汙水方麵的應用

目前,反滲透膜在城市汙水深度處理方麵的應用尤其是汙水處理廠(chang)二級(ji)出水回用及中水回用等,已(yi)受(shou)到高度重視。

( 3 )在重金屬廢水處理方麵的應用

含重金屬離子廢水的常規(gui)處理方法都隻是一種汙染轉移,即將廢水中溶解的重金屬轉化成沉(chen)澱或(huo)更加(jia)易(yi)於處理的形式(shi),其最終處置常常是進(jin)行填埋,而重金屬對(dui)地下水和地表水環境造成二次汙染的危害依然(ran)長期存在。

( 4 )在含油廢水方麵的應用

含油廢水是一種量大麵廣的工業廢水,若直(zhi)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(zhi)使水中缺(que)氧、生物死亡、發出惡臭,嚴(yan)重汙染生態環境,利用膜處理技術,油田(tian)采(cai)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。

五、滲析膜技術

1、各種滲析膜技術原理

( 1 )滲析:滲析(Dialysis ,簡稱D)是溶質在自身的濃度梯度作用下,從膜的上遊(you)傳向膜的下遊(you)的過程。

滲析是最早被發現並研(yan)究(jiu)的膜分離技術,但因為受(shou)到本身體係的限(xian)製,滲析過程進(jin)行緩(huan)慢,效率低下,滲析過程的選擇性不高,因此滲析過程主要(yao)用於脫除含有多種溶質溶液中的低分子量組分,如血液滲析,即以滲析膜代替腎(shen)來去除尿(niao)素、肌酸酐、磷酸鹽和尿(niao)酸等有毒的低分子量組分,以緩(huan)解腎(shen)衰竭和尿(niao)毒症患者(zhe)的病情。

( 2 )電滲析:電滲析(Electrodialysis ,簡稱ED)是在直(zhi)流電場(chang)的作用下,以電位差為推動力,利用離子交換膜對(dui)溶液中的陰陽離子的選擇性,把電解質從溶液中分離出來,從而實現溶液的濃縮、淡化、精製和提純。

( 3 )倒極電滲析(EDR) :倒極電滲析就是根據ED原理,每(mei)隔一定時間(一般為15 ~ 20min) ,負電極極性相互倒換,能自動清洗離子交換膜和電極表麵形成的汙垢,以確保離子交換膜工作效率的長期穩定及淡水的水質水量。在20世紀80年代後期,倒極電滲析器的使用,大大提高了電滲析操作電流和水回收率,延長了運行周(zhou)期。EDR在廢水處理方麵尤其有獨到之處,其濃水循環、水回收率***可達95%。

( 4 )液膜電滲析(EDLM) :液膜電滲析是用具有相同功能的液態膜代替固態離子交換膜,其實驗模型就是用半透玻璃(li)紙將液膜溶液包(bao)製成薄層狀的隔板,然(ran)後裝入電滲析器中運行。利用萃取劑作液膜電滲析的液態膜,可能為濃縮和提取貴金屬、重金屬、稀有金屬等找到高效的分離方法,因為尋找對(dui)某種形式(shi)離子具有特殊選擇性的膜與提高電滲析的提取效率有關。提高電滲析的分離效率,直(zhi)接與液膜結合(he)起(qi)來是很(hen)有發展(zhan)前途的。例如,固體離子交換膜對(dui)鉑族金屬(鋨、釕等)的鹽溶液進(jin)行電滲析時,會在膜上形成金屬二氧化物沉(chen)澱,這將引(yin)起(qi)膜的過早損耗,並破壞整個工藝過程,應用液膜則(ze)無此弊(bi)端(duan)。

( 5 )填充(chong)床電滲析(EDI) :填充(chong)床電滲析(EDI)是將電滲析與離子交換法結合(he)起(qi)來的一種新型水處理方法,它的****特點是利用水解離產生的H+和OH-自動再生填充(chong)在電滲析器淡水室(shi)中的混床離子交換樹脂,從而實現了持續深度脫鹽。它集中了電滲析和離子交換法的優點,提高了極限(xian)電流密度和電流效率。填充(chong)床電滲析技術具有高度先進(jin)性和實用性,在電子、醫藥、能源等領域具有廣闊的應用前景，可望成為純水製造的主流技術。

( 6 )雙極性膜電滲析(EDMB) :雙極膜是一種新型離子交換複合(he)膜,它一般由層壓在一起(qi)的陽離子交換膜組成,通過膜的水分子即刻(ke)分解成H+和OH- ,可作为H+和OH-的供應源。雙極性膜電滲析突出的優點是過程簡單，能效高,廢物排放少。目前雙極性膜電滲析工藝的主要(yao)應用領域在酸堿製備。例如,用雙極性膜和陽膜配成的二室(shi)膜可以實現有機酸鹽(葡萄糖酸鈉、古龍酸鈉等)的轉化,同時得到堿(NaOH) ,但濃度(酸****濃度2mol.L-1 ,堿***濃度6mol.L-1)和純度兩方麵都受(shou)到限(xian)製。現在開發的應用領域還有廢氣脫硫、離子交換樹脂再生、鉀鈉的無機過程等。

( 7 )無極水電滲析:無極水電滲析是傳統電滲析的一種改進(jin)形式(shi),它的主要(yao)特點是除去了傳統電滲析的極室(shi)和極水。例如在裝置的電極緊(jin)貼一層或(huo)多層離子交換膜,它們在電氣上都是相互聯接的,這樣既可以防止(zhi)金屬離子進(jin)入離子交換膜,同時又防止(zhi)極板結垢,延長電極的使用壽命。由於取消(xiao)了極室(shi),無極水排放,大大提高了原水的利用率。無極水電滲析於1991年問世,在應用過程中技術不斷改善,現裝 置在運行方式(shi)上多采(cai)用頻繁(fan)倒極的形式(shi)。目前,無極水全(quan)自動控(kong)製電滲析器已(yi)在國內(na)20個省、市使用,近來還遠銷東南(nan)亞(ya)。

2、滲析膜的應用

( 1 )工業廢水處理

電滲析可用於電鍍廢水、重金屬廢水等的處理,提取廢水中的金屬離子等,既能回收利用水和有用資源,又減少了汙染排放。萬詩(shi)貴等自製離子膜電解槽研(yan)究(jiu)了銅生產過程中鈍化液處理的可行性,結果發現,不僅可以回收其中的銅和鋅,而且將Cr3+氧化成Cr6+ , 再生了鈍化液。電滲析法與離子交換法結合(he)從酸洗廢液中回收重金屬和酸的工藝已(yi)在工業上應用。

( 2 )飲用水及過程水處理

我國在西南(nan)地區(qu)采(cai)用電滲析法將鹽泉鹵(lu)水製鹽，使NaCI的含量穩定提高到120g/L ,與原來采(cai)用的單純熬鹽法相比,產量增加(jia)而成本降低。

( 3 )食品工業

在白酒生產中把握質量最關鍵的一環是勾兌,而勾兌用水的質量是很(hen)重要(yao)的,它不僅影響白酒的內(na)在質量,還影響白酒的外觀質量,使用電滲析法處量勾兌用水，可使水質明(ming)顯(xian)改善,達到國家(jia)標(biao)準。

( 4 )生化行業

采(cai)用高性能離子交換膜,應用電滲析脫鹽法,分離提純N-乙酰-L半胱氨酸,取得了較為滿(man)意(yi)的效果。根據雙極性膜電滲析係統的特點,即雙極性膜的陽膜析出H+ , 陰膜析出OH- , 可以把雙極性膜電滲析技術應用於大豆蛋白質的分離,其有有很(hen)多優點:整個生產過程不需要(yao)添(tian)加(jia)酸和堿,資源可以循環利用, 耗水少,分離出的蛋白質中鹽含量明(ming)顯(xian)減少。

六、正滲透(FO)技術

1、正滲透(FO)的原理

用隻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(jin)入溶液側,這就是滲透現象(xiang),也即所謂的“正向滲透”。

2、正滲透膜在水處理中的應用

( 1 )廢水處理

關於FO在廢水領域的應用在許多文(wen)獻中均有報道,主要(yao)包(bao)括早期高濃度工業廢水的濃縮、垃圾(ji)滲濾液的處理、生活汙水的處理、市政汙水處理廠(chang)汙泥厭氧消(xiao)解液的濃縮和空間站上直(zhi)接將汙水處理成飲用水的生命支(zhi)持係統等。雖然(ran)這些研(yan)究(jiu)中FO過程不是終端(duan)工藝,但其在預處理階段(duan)具有很(hen)高的脫鹽性能。

近年來隨著FO工藝的不斷發展(zhan),引(yin)起(qi)了很(hen)多學者(zhe)的關注,將其與傳統的膜分離技術相結合(he),更是近幾年的研(yan)究(jiu)熱點。

( 2 )水質深度淨化

隨著中水回用技術的發展(zhan), FO在飲用水淨化方麵目前應用最成功的應屬在空間站中將產生的生活汙水直(zhi)接處理成飲用水。

( 3 )海水淡化

在FO係統中，與RO相似,原料液中的水分子通過半透膜滲透到膜的滲透側,將鹽溶液截留在膜的另一側。因此用FO作為海水淡化工藝和方法一直(zhi)是研(yan)究(jiu)人員研(yan)究(jiu)的重點,目前已(yi)有不少專利。