膜分離設(shè)備膜分離技術(shù)在水處理中的應(yīng)用

城市污水深度處理和回用開(kāi)始于20世紀(jì)60年代。城市污水具有量大、集中、水質(zhì)較為穩(wěn)定的特點(diǎn)，是一種潛在的水資源。城市污水深度處理通常以污水處理廠的二級(jí)或三級(jí)排放液為水源，用反滲透(RO)對(duì)它進(jìn)行最后的脫鹽，脫COD、BOD以及微量有機(jī)物和重金屬離子的脫除，出水水質(zhì)可達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。但由于某些主觀原因，大多不直接用作飲用水。國(guó)外常將其注入地下蓄水層或淡水水庫(kù)進(jìn)行自然凈化(通常需存放兩年)，也有用作工業(yè)冷卻水，鍋爐用水等非飲用目的。城市缺水制約著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，把城市的二級(jí)出水進(jìn)行處理后再生回用是解決水源短缺的一條途徑。二級(jí)排放液在進(jìn)RO裝置前需進(jìn)行預(yù)處理，以使進(jìn)水水質(zhì)符合RO裝置的使用要求。預(yù)處理的好壞是RO技術(shù)應(yīng)用成敗的關(guān)鍵。RO前采用MF或UF預(yù)處理的深度水處理過(guò)程已成為非直接飲用水回用工程中城市廢水處理的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)外都在積極地采用膜技術(shù)大規(guī)模地把城市污水開(kāi)發(fā)為新的水資源。我國(guó)采用"微絮凝纖維過(guò)濾+膜濾"對(duì)洗浴廢水進(jìn)行了研究，試驗(yàn)表明，此工藝具有出水穩(wěn)定、占地面積小的特點(diǎn)。天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)污水處理廠引進(jìn)挪威SBR序批式活性污泥法先進(jìn)工藝，每天可提供10萬(wàn)噸二級(jí)生化處理出水作為水源，使污水深度處理后回用成為可能。我國(guó)的城市污水再生回用并不普及，膜技術(shù)在深度處理的應(yīng)用相對(duì)也很少，今后我們還需在污水的再生回用和深度處理技術(shù)上進(jìn)行研究。

由于工業(yè)的發(fā)展，大量工業(yè)廢水排入水體，這些工業(yè)廢水，面廣量大、危害深，大多含有不同濃度的化學(xué)物質(zhì)，其中有些具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，而有些則具有毒性，對(duì)人類(lèi)環(huán)境有害。為保護(hù)環(huán)境不受污染，并回收有用物質(zhì)，在工業(yè)廢水排放之前必須進(jìn)行凈化處理，膜分離技術(shù)既能對(duì)工業(yè)廢水進(jìn)行有效的凈化，又能回用其中的有用物質(zhì)，同時(shí)還可節(jié)省能源。膜技術(shù)在處理電鍍廢水、造紙廢水、重金屬?gòu)U水、含油廢水和印染廢水這五大類(lèi)主要工業(yè)廢水中都得到了廣泛的應(yīng)用。

隨著人們生活水平的提高，對(duì)飲用水的水質(zhì)要求也越來(lái)越高，加上傳統(tǒng)工藝中的某些弊端，如加氯殺菌會(huì)使氯與水中的某些有機(jī)物反應(yīng)生成新的危害巨大的三致(致癌、致突變、致畸變)化合物。膜技術(shù)用于飲用水處理是一個(gè)重大突破。

水的凈化與純化是從水中去除懸浮物、細(xì)菌、病毒、無(wú)機(jī)物、農(nóng)藥、有機(jī)物和溶解氣體等，在這方面，膜分離技術(shù)發(fā)揮了其獨(dú)特的作用。膜分離中的微濾、超濾和納濾所組成的水處理方法，對(duì)去除水中的微米級(jí)的顆粒優(yōu)于常規(guī)水處理技術(shù)中的過(guò)濾能力，而且還具有去除過(guò)濾所不具備的納米級(jí)微粒的能力，可有效去除水中的懸浮物、細(xì)菌、病毒、無(wú)機(jī)物、農(nóng)藥、有機(jī)物和溶解氣體等雜質(zhì)。符合飲用水水質(zhì)不提高的要求。

我國(guó)是水資源大國(guó)，同時(shí)也是水資源貧國(guó)。海水作為水資源的重要組成部分，有效利用是解決我國(guó)水資源危機(jī)的重要措施之一。用于海水淡化的膜技術(shù)主要有反滲透、電滲透(ED)和膜蒸餾(MD)等。2002年，萬(wàn)噸級(jí)反滲透海水淡化及其組器技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程被列入國(guó)家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目。海水淡化用發(fā)滲透膜的脫鹽率高達(dá)99.6%.反滲透技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展大大降低了海水淡化的成本，現(xiàn)在反滲透已成為海水淡化制取飲用水最經(jīng)濟(jì)的手段。電滲析技術(shù)可直接將海水淡化為飲用水，但其過(guò)程對(duì)不帶電荷的物質(zhì)，如有機(jī)物、膠體、細(xì)菌、懸浮物等無(wú)脫除能力，并且能耗高，水回收率低。所以，由于反滲透海水淡化技術(shù)的出現(xiàn)，電滲析法海水淡化的比例正在逐漸降低。膜蒸餾技術(shù)具有很高的脫鹽率，可達(dá)到99.7%以上，被用于小型海水淡化，對(duì)離子、膠體、大分子等不揮發(fā)組分和無(wú)法擴(kuò)散透過(guò)膜的組分的截留可到100%，并且具有設(shè)備簡(jiǎn)單，操作容易，膜使用壽命長(zhǎng)，能耗低等優(yōu)點(diǎn)。

我國(guó)西部省區(qū)嚴(yán)重缺水問(wèn)題在中國(guó)這個(gè)缺水國(guó)家尤為突出，苦咸水淡化是解決我國(guó)西部省區(qū)缺水的一個(gè)有效途徑。用于苦咸水淡化的膜技術(shù)主要有:電滲析技術(shù)、反滲透技術(shù)、納濾技術(shù)。我國(guó)西部油田幾乎都用電滲析法制取生活飲用水。電滲析不能去除水中的有機(jī)物和細(xì)菌，設(shè)備運(yùn)行能耗大，這使其在苦咸水淡化工程的應(yīng)用受到限制?？嘞趟部捎靡患?jí)反滲透裝置脫鹽制得飲用水。反滲透系統(tǒng)淡化苦咸水，其出水水質(zhì)優(yōu)于我國(guó)飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)含高氟、低礦化度苦咸水通過(guò)反滲透淡化，出水水質(zhì)可達(dá)到我國(guó)飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。反滲透法比電析法生產(chǎn)成本低，無(wú)污染，是苦咸水淡化最經(jīng)濟(jì)的方法。納濾是一種低壓反滲透技術(shù)，在較低的壓力下具有較高的脫鹽性能。對(duì)特定溶質(zhì)，尤其是苦咸水的表征離子，具有很好的脫鹽效果。對(duì)苦咸水較多的西部省區(qū)，納濾將是制取優(yōu)質(zhì)飲用水的有效途徑。

液膜分離所用的設(shè)備取決于液膜的類(lèi)型。采用乳化液膜時(shí)，以通用的萃取設(shè)備為主，輔以制乳的混合裝置和破乳的分離裝置。采用支持液膜時(shí),根據(jù)支持材料(微孔膜)的構(gòu)型，采用板框式或中空纖維式結(jié)構(gòu)。

由有機(jī)合成膜構(gòu)成的膜分離設(shè)備，主要類(lèi)型為:①板框式裝置。在尺寸相同的片狀膜組之間，相間地插入隔板，形成兩種液流的流道。由于膜組可置于均勻的電場(chǎng)中，這種結(jié)構(gòu)適用于電滲析器。板框式裝置也可應(yīng)用于膜兩側(cè)流體靜壓差較小的超過(guò)濾和滲析。②螺卷式裝置。把多孔隔板(供滲透液流動(dòng)的空間)夾在兩張膜之間，使它們的三條邊粘著密合，開(kāi)口邊與用作滲透液引出管的多孔中心管接合。再在上面加一張作料液流動(dòng)通道用的多孔隔板,并一起繞中心管卷成螺卷式元件(圖1)。料液通道與中心管接合邊及螺卷外端邊封死。多個(gè)螺卷元件裝入耐壓筒中，構(gòu)成單元裝置。操作時(shí)料液沿軸向流動(dòng)，可滲透物透過(guò)膜進(jìn)入滲透液空間，沿螺旋通道流向中心管引出。該設(shè)備適用于反滲透和氣體滲透分離，不能處理含微細(xì)顆粒的液體。③管式裝置。用管狀膜并以多孔管支撐，構(gòu)成類(lèi)似于管殼式換熱器的設(shè)備，分內(nèi)壓式和外壓式，各用多孔管支撐于膜的外側(cè)或內(nèi)側(cè)。內(nèi)壓式的膜面易沖洗，適用于微過(guò)濾和超過(guò)濾。④中空纖維式裝置。中空纖維不需要支撐而能承受較高的壓差，在各種膜分離設(shè)備中，它的單位設(shè)備體積內(nèi)容納的膜面積最大。用中空纖維構(gòu)成類(lèi)似于管殼式換熱器的設(shè)備(圖2)。中空纖維直徑約0.1~1mm，并列達(dá)數(shù)百萬(wàn)根，纖維端部用環(huán)氧樹(shù)脂密封，構(gòu)成管板，封裝在壓力容器中。中空纖維式適用于反滲透和氣體滲透分離。

用于超過(guò)濾、反滲透、氣體滲透分離、滲析、電滲析以及液膜分離等一系列膜分離操作的設(shè)備。由于膜的構(gòu)型和分離過(guò)程各具特點(diǎn)，設(shè)備也有多種類(lèi)型。有時(shí)根據(jù)過(guò)程目的或用途，分別稱(chēng)為超過(guò)濾器、滲透器、滲析器、電滲析器或淡化器等，其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)為自動(dòng)化，簡(jiǎn)潔化。

膜分離設(shè)備的核心技術(shù)就是膜分離技術(shù)，分離膜是具有選擇性分離功能的材料，工作原理是物理機(jī)械篩分原理，分離過(guò)程是利用膜的選擇性分離機(jī)理實(shí)現(xiàn)料液的不同組分間的分離或有效成分濃縮的過(guò)程。

膜分離技術(shù)設(shè)備與傳統(tǒng)的過(guò)濾不同在于:膜可以在分子范圍內(nèi)進(jìn)行選擇性地分離，膜的錯(cuò)流式運(yùn)行工藝可以解決污染堵塞問(wèn)題，是一種科學(xué)先進(jìn)的分離技術(shù)和工藝。

膜分離的工藝應(yīng)用開(kāi)發(fā)需以物料體系特性和工藝要求為基準(zhǔn)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)開(kāi)展科學(xué)驗(yàn)證，在解決物料精制難題的同時(shí)，還要保證工藝的可行性，并適合于工業(yè)化的清潔生產(chǎn)為標(biāo)準(zhǔn)。