膜技术在水处理中的应用及膜材料的研究进展

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1、膜技术在水处理中的应用及膜材料的研究进展出自：＜化工环保＞2004年何小娟1,杨再鹏1,党海燕2,陈石登1,彭海珠1,卢姝1,莫馗1,梁燕1(1.中国石化集团北京化工研究院环保所,北京100013;2.上海岩土工程勘察设计研究院,上海200031)[摘要]综述了膜技术在给水处理、废水处理和特殊行业水处理中的应用,介绍了近年来膜材料的研究进展:包括开发新型的膜材料和对现有的膜材料进行改性。新型膜材料有金属膜、有机－无机混合膜和新型有机膜等;几种最常用的膜材料改性方法有等离子体改性法、表现活性剂改性法、紫外辐照法、高分子合金法和表面化学反应法。[关

2、键词]膜;水处理;新材料;改性[中图分类号]X703　　[文献标识码]A　　[文章编号]1006-1878(2004)03-0185-05　　　　膜技术被称为是21世纪的水处理技术,是近40年来发展最迅速、应用最广泛的技术[1,2]。膜技术在水处理中应用的基本原理是:利用水溶液(原水)中的水分子具有透过分离膜的能力,而溶质或其他杂质不能透过分离膜,在外力作用下对水溶液(原水)进行分离,获得纯净的水,从而达到提高水质的目的[3]。与传统水处理技术相比,膜技术具有节能、投资少、操作简便、处理效率高等优点[4～6],膜技术的应用给人类带来了巨大的环境

3、和经济效益。1　膜技术在水处理中的应用　　膜技术在水处理中的应用范围相当广泛,既可用于给水处理也可用于废水处理,在某些特殊行业的水处理中也有涉足,且其应用规模在不断扩大[7,8]。目前,在膜法水处理应用方面领先的国家美国、日本、德国等[9]。1.1　膜技术在给水处理中的应用　　发达国家如法国、荷兰、美国等已有越来越多的人口饮用采用膜技术生产的饮用水[7]:法国有一座产水量高达314×105m3/d的膜法净水厂;英国建设的膜净水厂最大产水量达到80000m3/d。在淡水资源缺乏的地区,以海水、苦碱水或处理后的市政污水作为直接或间接饮用水源(回灌地

4、下作为地下饮用水源),已成为拓展现有水供应的有效方法[4,7,10,11],如1993年巴黎郊区建成一座产水量为2800m3/d的纳滤净水厂,利用经传统工艺处理后的地表水生产饮用水,此地表水经过三级纳滤系统处理,可有效去除其中的杀虫剂及THAs前体。在全世界范围内已建成的以二级市政污水为水源生产高质量饮用水的示范性膜法净水处理厂中,以美国科罗拉多州丹佛市的膜法水处理厂最为有名,其处理系统中的反渗透装置发挥着去除总溶解性固体和有机污染物的作用[7,12]。1.2　膜技术在废水处理中的应用　　膜技术在废水处理方面的研究和应用几乎涉及到废水处理的各个

5、领域,包括电泳漆废水和石油、化工、纺织、食品加工、造纸、医药、机械加工等行业的废水处理[7,13～16]。近年来,随着环境污染的加剧和水资源的枯竭,人们对水的循环再利用、深度处理的呼声和要求越来越高,如何尽可能多地回收利用现有的水资源已成为人们关注的焦点,废水作为一种资源的观点也逐渐被公众所接受。膜技术在废水处理中的应用也向综合利用方向转变[4,7],一些新的膜过程不断地得到开发研究,如膜软化、渗透汽化、膜蒸馏、支撑膜液、膜生物反应器、仿生膜及生物膜等过程的研究工作不断深入。这些工作既以充分回收利用废水中的有价资源为目的,又在一定程度上推进了废

6、水处理的深度,具有重大的环境效益和经济效益。113　膜技术在特殊行业水处理中的应用　　利用膜法处理放射性废水的研究始于20世纪60年代初,最早采用电渗析技术,近年来又开发了反渗透和超滤技术,在国内外均有一些实际工程[7]。此外,膜技术在含镍电镀废水、含锌废水、垃圾填埋场渗滤液等高难度废水处理领域的应用也有报道[5,7]。2　膜材料研究进展　　膜材料作为膜分离技术的核心越来越受到人们的关注[7]。最早的分离膜材料是纤维素及其衍生物,近年来,各种高性能纤维素及高分子有机聚合物膜材料的开发层出不穷,并出现了新型的陶瓷、多孔玻璃、氧化铝等无机膜材料和有

7、机2无机膜材料[18]。为了更好地发挥膜技术的优势,分离膜材料成为近年来研究的热点。2.1　新型膜材料2.1.1　金属膜　　国外新研制的金属膜采用不对称结构,以粗金属粉末作支撑材料,以同种合金的细粉末喷涂作有效滤层(厚度小于200μm);其孔径分布集中在1～2μm之间,属微滤(MF)范围;颗粒物难以进入滤膜内部堵塞滤道而滞留在膜表面,形成表面过滤[19]。与传统多孔烧结金属滤材相比,不对称金属膜滤通量高3～4倍,压降较小,反冲洗周期长达6～8个月,且反冲效果较好。2.1.2　有机-无机混合膜　　制造有机-无机混合膜,使之兼具有机膜及无机膜的长处

8、。无机矿物颗粒(如二氧化锆)掺入有机多孔聚合物(如聚丙烯腈)网状结构中形成的有机-无机矿物膜,具有机膜的柔韧性及无机膜的抗压性能、表面特性[20],可