浅谈膜法用于水处理.pdf

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1、浅谈膜法用于水处理王壮瑞(青岛科技大学，山东青岛266042)1膜分离技术简介膜技术是当前高效的分离技术。在现代工业技术和人们的日常生活中扮演着相当重要的角色。膜技术已应用于国民经济的各个领域，如环境、医疗、食品，而最广泛的应用则是水处理。膜分离技术与传统分离技术相比，具有常温操作、无相态变化、分离效率高、能耗低、过程简单、操作方便、易于放大与自控等优点。然而，在膜分离技术中，膜材料的损耗及污染一直是影响膜技术全面大规模应用的障碍。最初用于盐水过滤的膜分离技术始于1960年，美国的Loeb和Sourirajan制备出了第一张用于分离的不对称醋酸纤维素

2、膜，具有较高的脱盐率和通量，用于反渗透技术。到70年代初期，三醋酸中空纤维膜和芳香族聚酰胺中空纤维膜的研制成功更促进了反渗透海水淡化的工业应用。同时，经过多年的技术改进，反渗透海水淡化在膜材料的合成、工艺的优化、能量的回收方面都有了极大的提升，使得膜法成为性价比最高的海水淡化方法，已发展为全球最主要的海水淡化技术。现阶段，用于分离的膜一般为有机膜，其材料包括纤维素衍生物、聚砜类、聚酰胺类以及杂环含氮高聚物、聚酯类、聚烯烃、乙烯类高聚物、含硅高聚物、含氟高聚物、甲壳素类等。其分离机理是以外界能量或者化学位差为推动力，对气体或者液体进行分离、分级、浓缩、

3、提纯净化等。膜分离现象在18世纪末，由法国的AbbeNollet发现水能自然渗透到装有酒精溶液的猪膀胱内而发现的。直到19世纪初，出现了第一家制造过滤膜的企业。而后到20世纪50年代，膜分离技术得到大规模应用开发。2膜分离种类目前，已经实现商业化的膜分离技术主要有微滤(Mr)、超滤(UF)、纳滤(NF)、电渗析(ED)、反渗透(RO)、渗透汽化(PV)等。其中电渗析以电位差作为推动力，通过离子在电场中的传递，使得离子选择性的透过膜，使膜一侧为淡水，一侧为浓盐水。而其余过程均以压力差作为推动力，通过筛分或者扩散的机理，根据截留微粒的尺寸大小进行筛分过滤

4、。其主要分离机理以及适用范围见表1和图1。表1主要膜分离方法及适用范围Table1Mainmethodsandapplicationsofmembmneseparation过驱动膜孔径程功能透过物质分离机理力(胛)脱除溶液中的悬浮物、胶水，溶剂、压力微滤筛分0．1一10团、微粒子、菌类溶解物差脱除溶液中胶体、大分子、水、溶剂、压力超滤离子、小分筛分0．01—0．1菌类、病毒、蛋白质等差子脱除溶液中无机盐、离子、压力O．00l一纳滤水、溶剂筛分与扩散小分子物质、氨基酸、糖类差0．0l反渗分子量大干100的有机物水、溶剂压力溶解一扩散O．00l—透及溶解

5、性盐差O．0l电渗电位离子在电场O．00l一析水溶液中酸碱盐的脱除离子差中的传递0．Ol气体混合气体分离气体压力筛分、溶0．0001—分离差解一扩散0．00l渗透分压0．0001—汽化用于不水一有机物的分离蒸汽溶解一扩散差0．ool错穗悬浮孵丰壶超藏。一，大分子有机物—————————__————————1醪E可砑浔有机物纳滤r，二价盐．多价盐一单价盐图1几种膜的分离性能Figure1Theperformanceofmembmneseparation3膜分离机理图2表示了截留的两种机理：(1)膜表面截留膜表面截留包括机械截留、吸附截留以及架桥作用。其

6、中机械截留截留的是比膜孔径大的物质。而吸附截留是在物理吸附力的作用下吸附在孔壁上、架桥作用是截留的比膜孔径小的微粒。(2)膜内部截留膜内部截留是指微粒的截留发生在膜的内部而非表面。相对于膜面截留，膜内截留更不易清洗，膜内阻塞较多会使膜造成永久性污染。

7、

8、

9、孓喜．机械截留-．吸附截留一．架桥截留+-⋯

10、Ir■、～图2筛分机理截留示意图Figure2Schemeofinterceptionmechanism2015年12月化，虿群I1894膜法进行水处理过程中存在的阻力在膜法进行水处理过程中，通量的降低主要来源于过滤阻力的增加。膜的总体过滤阻力R可以分为

11、以下六个部分：=R。+R删+R呻ds+凡p+R曲+R。，R。为膜面阻力；‰、RpBds分别为膜面吸附阻力和膜孔吸附阻力，都为物理吸附力；％为浓差极化现象产生的阻力；R曲为膜孔阻塞阻力tRc，为膜表面滤饼产生的阻力。其中R。、R蛐a、‰、k为过滤过程中必然存在的阻力。吸附阻力为弱作用力，可利用高速水流冲洗来减小。R叩为浓差极化现象产生的阻力。浓差极化现象是由于进液侧靠近膜的位置由于溶剂的渗透导致浓度升高，而引起流体阻力和渗透压的升高。其机理如图3所示。Rpb、k是由进料液的杂质带来的，其中分为半可逆阻力和不可逆阻力，需要用化学清洗(酸、碱、氧化剂)来去

12、除。凝胶层．■动方向●l襁浓廖1r弋．．j渗透压⋯⋯～．．j⋯⋯⋯，．一一边界层．主流一图3浓差极化现象示意