膜分離設備

由有機合成膜構成的膜分離設備，主要類型為: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中，這種結構適用于電滲析器。板框式裝置也可應用于膜兩側流體靜壓差較小的超過濾和滲析。②螺卷式裝置。把多孔隔板(供滲透液流動的空間)夾在兩張膜之間，使它們的三條邊粘著密合，開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。多個螺卷元件裝入耐壓筒中，構成單元裝置。操作時料液沿軸向流動，可滲透物透過膜進入滲透液空間，沿螺旋通道流向中心管引出。該設備適用于反滲透和氣體滲透分離，不能處理含微細顆粒的液體。③管式裝置。用管狀膜并以多孔管支撐，構成類似于管殼式換熱器的設備，分內(nèi)壓式和外壓式，各用多孔管支撐于膜的外側或內(nèi)側。內(nèi)壓式的膜面易沖洗，適用于微過濾和超過濾。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，在各種膜分離設備中，它的單位設備體積內(nèi)容納的膜面積最大。用中空纖維構成類似于管殼式換熱器的設備(圖2)。中空纖維直徑約0.1~1mm，并列達數(shù)百萬根，纖維端部用環(huán)氧樹脂密封，構成管板，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。

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

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

膜分離技術設備與傳統(tǒng)的過濾不同在于:膜可以在分子范圍內(nèi)進行選擇性地分離，膜的錯流式運行工藝可以解決污染堵塞問題，是一種科學先進的分離技術和工藝。

膜分離的工藝應用開發(fā)需以物料體系特性和工藝要求為基準，結合實驗開展科學驗證，在解決物料精制難題的同時，還要保證工藝的可行性，并適合于工業(yè)化的清潔生產(chǎn)為標準。

用于超過濾、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備。由于膜的構型和分離過程各具特點，設備也有多種類型。有時根據(jù)過程目的或用途，分別稱為超過濾器、滲透器、滲析器、電滲析器或淡化器等，其未來發(fā)展趨勢為自動化，簡潔化。

城市污水深度處理和回用開始于20世紀60年代。城市污水具有量大、集中、水質較為穩(wěn)定的特點，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或三級排放液為水源，用反滲透(RO)對它進行最后的脫鹽，脫COD、BOD以及微量有機物和重金屬離子的脫除，出水水質可達到飲用水標準。但由于某些主觀原因，大多不直接用作飲用水。國外常將其注入地下蓄水層或淡水水庫進行自然凈化(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)濟的發(fā)展，把城市的二級出水進行處理后再生回用是解決水源短缺的一條途徑。二級排放液在進RO裝置前需進行預處理，以使進水水質符合RO裝置的使用要求。預處理的好壞是RO技術應用成敗的關鍵。RO前采用MF或UF預處理的深度水處理過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)標準，國內(nèi)外都在積極地采用膜技術大規(guī)模地把城市污水開發(fā)為新的水資源。我國采用"微絮凝纖維過濾+膜濾"對洗浴廢水進行了研究，試驗表明，此工藝具有出水穩(wěn)定、占地面積小的特點。天津經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)污水處理廠引進挪威SBR序批式活性污泥法先進工藝，每天可提供10萬噸二級生化處理出水作為水源，使污水深度處理后回用成為可能。我國的城市污水再生回用并不普及，膜技術在深度處理的應用相對也很少，今后我們還需在污水的再生回用和深度處理技術上進行研究。

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物質，其中有些具有較高的經(jīng)濟價值，而有些則具有毒性，對人類環(huán)境有害。為保護環(huán)境不受污染，并回收有用物質，在工業(yè)廢水排放之前必須進行凈化處理，膜分離技術既能對工業(yè)廢水進行有效的凈化，又能回用其中的有用物質，同時還可節(jié)省能源。膜技術在處理電鍍廢水、造紙廢水、重金屬廢水、含油廢水和印染廢水這五大類主要工業(yè)廢水中都得到了廣泛的應用。

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

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

我國是水資源大國，同時也是水資源貧國。海水作為水資源的重要組成部分，有效利用是解決我國水資源危機的重要措施之一。用于海水淡化的膜技術主要有反滲透、電滲透(ED)和膜蒸餾(MD)等。2002年，萬噸級反滲透海水淡化及其組器技術產(chǎn)業(yè)化示范工程被列入國家高技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展計劃項目。海水淡化用發(fā)滲透膜的脫鹽率高達99.6%.反滲透技術的出現(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)濟的手段。電滲析技術可直接將海水淡化為飲用水，但其過程對不帶電荷的物質，如有機物、膠體、細菌、懸浮物等無脫除能力，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。膜蒸餾技術具有很高的脫鹽率，可達到99.7%以上，被用于小型海水淡化，對離子、膠體、大分子等不揮發(fā)組分和無法擴散透過膜的組分的截留可到100%，并且具有設備簡單，操作容易，膜使用壽命長，能耗低等優(yōu)點。

我國西部省區(qū)嚴重缺水問題在中國這個缺水國家尤為突出，苦咸水淡化是解決我國西部省區(qū)缺水的一個有效途徑。用于苦咸水淡化的膜技術主要有:電滲析技術、反滲透技術、納濾技術。我國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物和細菌，設備運行能耗大，這使其在苦咸水淡化工程的應用受到限制?？嘞趟部捎靡患壏礉B透裝置脫鹽制得飲用水。反滲透系統(tǒng)淡化苦咸水，其出水水質優(yōu)于我國飲用水衛(wèi)生標準。對含高氟、低礦化度苦咸水通過反滲透淡化，出水水質可達到我國飲用水衛(wèi)生標準。反滲透法比電析法生產(chǎn)成本低，無污染，是苦咸水淡化最經(jīng)濟的方法。納濾是一種低壓反滲透技術，在較低的壓力下具有較高的脫鹽性能。對特定溶質，尤其是苦咸水的表征離子，具有很好的脫鹽效果。對苦咸水較多的西部省區(qū)，納濾將是制取優(yōu)質飲用水的有效途徑。