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摘要:阐述了污水资源化的必要性,介绍了膜技术原理、分类及特点,重点介绍了膜技术在污水处理和资源化方面的优势及应用现状,并展望了膜技术在污水资源化方面的发展前景.
1污水资源化的必要性
我国水资源的人均占有量仅为世界人均的1/4,水资源人均拥有量只有2220立方米,在全球范围内属于缺水国家,而同时,我国又是世界上污水排放量最大、污水排放增加速度最快的国家之一,近几年我国各种废水及主要污染物的排放量处于逐渐增加的趋势.这一状况加剧了水资源紧缺的危机[1].
随着我国水资源短缺和污染的加剧,我们必须扩展水资源的概念和内涵,污水也是重要的水资源,对其进行充分利用,不仅可以缓解水资源的紧张,增加水资源的有效供给量,而且通过污水处理再利用,可以减少对水资源的污染,对环境治理具有重要的推动作用.提高水资源利用率,已成为我国水资源利用过程中的当务之急.
2膜技术简介
膜分离技术是以选择性多孔薄膜为分离介质,使分离的溶液借助某种推动力(如:压力差、浓度差、电位差等)通过膜,低分子溶质透过膜,大分子溶质被截留,以此来分离溶液中不同分子量的物质,从而达到分离、浓缩、纯化目的[2].
膜分离技术被公认为是目前最有发展前途的高科技之一. 近些年来, 膜技术迅速发展备受瞩目. 扩散定理、膜的渗析现象、渗透压原理、膜电势等研究为膜的发展打下了坚实的理论基础, 而相关科学技术的突飞猛进也使得膜的实际应用成为可能.
二百多年前, No11et 发现膜的渗透现象以来, 膜分离技术已有巨大的成功. 如30 年代的微孔过滤、40 年代的渗析、5 0 年代的电渗析、60 年代的反渗透、70 年代的超滤、80 年代的气体分离、90 年代的渗透蒸发相继问世. 膜分离技术日趋成熟, 应用十分广泛. 从环境、化工、生物到食品各行业都采用了膜分离技术[ 3] .目前, 膜技术主要有以下几种:
( 1) 反渗透( RO) 膜技术. 反渗透( 又称高滤) 过程是渗透过程的逆过程, 推动力为压力差, 即通过在待分离液一侧加上比渗透压高的压力, 使原液中的溶剂被压到半透膜的另一侧. 反渗透技术的特点是无相变, 能耗低、膜选择性高、装置结构紧凑, 操作简便, 易维修和不污染环境等.
( 2) 纳滤( N F) 膜技术. 纳滤技术是超低压具有纳米级孔径的反渗透技术. 纳滤膜技术对单价离子或相对分子质量低于200 的有机物截留较差, 而对二价或多价离子及相对分子质量介于200- 1000 的有机物有较高脱除率. 纳滤膜具有荷电, 对不同的荷电溶质有选择性截留作用, 同时它又是多孔膜, 在低压下透水性高.
( 3) 微滤( MF) 膜技术. 微滤膜是以静压差为推动力, 利用筛网状过滤介质膜的筛分作用进行分离.微滤膜是均匀的多孔薄膜, 其技术特点是膜孔径均一、过滤精度高、滤速快、吸附量少且无介质脱落等.主要用于细菌、微粒的去除, 广泛应用在食品和制药行业中饮料和制药产品的除菌和净化, 半导体工业超纯水支配过程中颗粒的去除, 生物技术领域发酵液中生物制品的浓缩与分离.
( 4) 超滤( U F) 膜技术. 超滤是以压差为驱动力, 利用超滤膜的高精度截留性能进行固液分离或使不同相对分子质量物质分级的膜分离技术. 其技术特点是: 能同时进行浓缩和分离大分子或胶体物质. 与反渗透相比, 其操作压力低, 设备投资费用和运行费用低, 无相变, 能耗低且膜选择性高. 在食品、医药、工业废水处理、超纯水制备及生物技术工业领域应用较广泛.
( 5) 电渗析( ED) 膜技术. 电渗析是一个电化学分离过程, 是在直流电场作用下以电位差为驱动力,通过荷电膜将溶液中带电离子与不带电组分分离的过程. 该分离过程是在离子交换膜中完成的. 主要应用于海水淡化, 苦咸水脱盐, 海水浓缩制盐, 乳精、糖、酒、饮料等的脱盐净化, 锅炉给水、冷却循环水软化, 废水中高价值物质回收与水的回用, 废酸、废碱液净化与回收等.
( 6) 双极膜( BPM) 技术. 双极膜是由阴离子交换膜和阳离子交换膜叠压在一起形成的新型分离膜.阴阳膜的复合可以将不同电荷密度、厚度和性能的膜材料在不同的复合条件下制成不同性能和用途的双极膜. 主要应用于酸碱生产、烟道气脱硫、食盐电解等.
( 7) 渗透蒸发( PV) 膜技术. 渗透蒸发是一个压力驱动膜分离过程, 它是利用液体中两种组分在膜中溶解度与扩散系数的差别, 通过渗透与蒸发, 达到分离目的的一个过程, 其设备投资和运行费用较低. 近年来, 对渗透蒸发技术的研究虽然进展很快, 但它单独使用的经济性并不好.
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