膜分离技术：开源减排保障水安全-第3页-北极星水处理网

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电渗析具有良好的离子交换选择性,因此在处理含盐离子的废水领域展现出明显优势,被广泛应用于含有贵金属离子或其他高浓度酸碱的废水处理。周国平等采用阴离子交换膜法实现了对高浓硫酸的废水处理并回收硫酸,回收率高达 83.4 %。

双极膜是在离子交换膜的基础上发展起来的一种新的膜技术,通常由阴阳离子交换层复合而成,两层中间含有能催化水解的催化剂,具有独特的分离性能[40]。由于双极膜能够催化水解离,产生的 H+和 OH-分别进入不同的膜室,使溶液中的盐重新转变为酸和碱,可同时实现废水处理以及酸碱回收。双极膜的这一特点使其在处理酸碱废水方面具有其他膜技术不可取代的优势,在解决稀土、冶金、金属加工等行业废水方面具有广阔前景。例如,Ghyselbrecht 等利用双极膜实现工业废水中盐分的脱除。

工业废水的多样性导致了缺乏普适的处理方法和工艺,同时,废水组成的复杂性使得高效处理非常困难。膜技术虽然在该领域已经有了非常重要的应用,但是未来仍需要加强膜技术与其他分离过程集成的研究,进一步提高处理效率。

3.3 膜法饮用水深度处理技术

由于我国过去粗放式的发展模式导致一些地区水污染问题较严重,虽然近年来国家对水资源的保护力度不断加强,但短期内很难有突破性的改善,而常规饮用水处理工艺对溶解性有机物去除能力不足,若水中有机物去除不彻底,则加氯消毒还有可能产生二次污染[43],使得部分地区饮用水安全问题较为突出。随着新国家标准《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006)的执行,为了保证饮用水水质安全,必须对饮用水进行深度处理,以去除常规自来水生产工艺中无法去除的微量有机污染物、消毒副产物等。近年来,以压力驱动的微滤、超滤、纳滤和反渗透等膜过程被认为是饮用水深度处理的先进技术之一。

与纳滤和反渗透过程相比,微滤和超滤的操作压力更低,可替代常规饮用水处理过程中的沉淀池和滤池,处理后的水质远远优于常规处理。但是由于微滤、超滤膜截留分子质量较高,水中存在的低分子质量有机物无法有效去除,为了达到更好的饮用水深度处理效果,微滤、超滤常与高级氧化、吸附等去除有机物效率高的工艺联合使用。例如,最近清华大学报道了将臭氧氧化和超滤陶瓷膜组合进行饮用水深度净化的研究,结果表明用该工艺处理轻度污染水源得到的水质明显优于常规处理工艺。

纳滤过程不仅能去除大分子污染物,对溶解性有机物、消毒副产物前驱体的去除率也均较高,同时还能保留水中某些对人体有益的小分子和矿物质。因此,近年来纳滤在饮用水深度处理领域得到了越来越多的关注。世界上第一个大型纳滤饮用水深度处理系统建立于法国 Mery-sur-Oise 水厂,该纳滤系统日产淡水1.4×105 m3,长期运行结果表明: 纳滤工艺去除有机物和杀虫剂非常有效,出水总有机碳浓度(TOC)<0.1 mg/L,水质极好,且生物稳定性好,能有效防止细菌的再繁殖。国内,浙江大学为了应对杭州地区钱塘江潮汐导致的饮用水咸度过高,建立了一套以纳滤为核心的自来水深度处理示范集成系统,日产净化水 500 m3,该系统不仅能有效脱除盐分,还能降低水体中的有机污染物,对潮汐地区的饮水安全具有保障作用。

反渗透可以去除水中各种悬浮物、胶体、溶解性有机物、无机盐、细菌和微生物等,成为制备纯水的主要技术之一。1995 年,美国加利福尼亚州建立了第一座以反渗透为核心技术的水再生厂,运行结果表明,反渗透过程能够去除水中大部分的污染物质,各项指标均优于加利福尼亚州饮用水标准。 2008 年 12 月,澳大利亚昆士兰东南部一座水厂将反渗透技术用于生产可直接饮用的纯水,该纯水生产工艺的核心部分分别是微/超滤膜、反渗透以及高级氧化过程,经过 16 个月的运行,证明该组合工艺产水水质良好,超过饮用水标准。

膜技术作为先进的饮用水深度处理技术已经得到了广泛认同,但水的污染源种类复杂,针对水源状况选择合适的过程是膜技术成功应用于饮用水深度处理的关键。而饮用水安全涉及民生问题, 制水成本不宜过高的要求使得膜技术在饮用水深度处理领域大规模推广应用的经济可行性有待进一步提高。

4 结语

水安全是维护公众健康、保障人类社会可持续发展和推进生态文明建设的要素,面对日趋严峻的水安全问题,膜技术在应对水安全危机中发挥了巨大的作用。

1)开辟多样性的水源:多膜集成技术能够满足不同水源、水质的产水要求,为获得安全可靠的水质提供了保障。

2)提高水的利用效率:膜技术的易集成和高效的特点,使其能够应用于不同领域,有助于实现废水的循环利用,减少废水排放。

3)保障饮用水质安全:无论是单一膜技术还是多膜集成技术在合理的设计下都能保障产水水质的安全,确保了饮用水能够达标。

尽管如此,膜技术仅仅是保障水安全的一种措施和手段,真正解决水安全危机需要政府的统筹规划、行业的积极协调和科技工作者的不懈努力,更需要公众的广泛参与和共同努力。

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