膜分離技術(shù)研究近況

摘要:膜技術(shù)被稱為“2l世紀的水處理技術(shù)”，現(xiàn)已受到越來越多的水處理工作者的關(guān)注。常用的膜分離方法有電滲析、反滲透、超濾，其次是自然滲析和液膜技術(shù)。近年來，膜材料、膜組件以及膜工藝在不斷更新，使得膜分離技術(shù)發(fā)展很快，在水和廢水處理、化工、醫(yī)療、輕工、生化等領(lǐng)域得到大量應用。

關(guān)鍵詞: 膜技術(shù);膜材料;膜組件;膜工藝;膜污染

1 概述

1748年，法國學者Ahble Nollet發(fā)現(xiàn)水能自然地擴散到裝有酒精溶液的豬膀胱內(nèi)，首次揭示了膜分離現(xiàn)象。此后，膜分離技術(shù)經(jīng)過了近200年漫長的發(fā)展過程。膜技術(shù)(Membrane Technology)是用天然或人工合成的高分子薄膜以外界能量位差(如壓力差、濃度差、電位差和溫度差等)為推動力，對雙組分或多組分的溶質(zhì)和溶劑進行分離、分級、提純和富集的方法。

膜技術(shù)是一種分子水平上的分離技術(shù)。按照膜的功能可分為分離膜、識別膜、反應膜、能量轉(zhuǎn)化膜和電子功能膜等，其中，分離膜的應用最為廣泛。分離膜的根本原理在于膜具有選擇透過性，按照分離過程中的推動力和所用膜的孔徑不同，可分為20世紀30年代的微濾(MF);2O世紀40年代的滲析(D);20世紀5O年代的電滲析(ED);20世紀60年代的反滲透(RO);20世紀70年代的超濾(UF);20世紀80年代的氣膜分離(GS);20世紀90年代的滲透汽化 (PV)和乳化液膜(ELM)等。有資料顯示，目前國際膜市場的75%分布在美國、歐洲國家和日本，20世紀80年代后膜分離技術(shù)的工業(yè)化應用迅速發(fā)展，新發(fā)展了膜蒸餾和滲透汽化等膜分離過程，世界膜產(chǎn)售額已超過100億美元，年增長率為14%～30%。

膜分離概念:可以將分離膜看作是把兩相分開的一薄層物質(zhì)，稱其為“薄膜”，簡稱膜。膜可以是具有滲透性的，也可是具有半滲透性的，但不能是完全不透過性的。膜可以存于兩流體之間也可以附著于支撐體或載體的微孔隙上，膜的厚度應比表面積小得多。成膜，以外界能量或化學位差作推動力，對雙組分或多組分溶質(zhì)和溶劑進行分離、分級、提純和富集的方法，統(tǒng)稱為膜分離法。膜分離法可用于液相與氣相，對液相分離，可以用于水溶液體系、非水溶液體系、水溶膠體系以及含有其它微粒的水溶液體系等。

膜分離是一項新興的高效分離技術(shù)。60年代后，膜分離技術(shù)逐步在工業(yè)界得到廣泛應用，目前膜及組件在全世界的年銷售額已達30億美元以上，年增長率高達14% ～30%，在1987年國際膜會議上(日本東京)，膜技術(shù)被認為是20世紀末到21世紀中期最有發(fā)展前途的高新技術(shù)之一。膜分離技術(shù)目前已普遍應用于化工、輕工、電子、醫(yī)藥、食品、環(huán)境工程和石油行業(yè)。

納濾(NF)膜技術(shù)是近10多年來發(fā)展起來的一種新型的膜分離技術(shù)，納濾膜由于其特殊的孔徑范圍和制備的特殊處理化(如復合化、荷電化)，使得納濾膜具有較特殊的分離性能——對二價和多價離子及分子量在200～l000之間的有機物有較高的脫除性能， 對單價離子和小分子的脫除率則相對較低.NF膜所具有的特點使之特別適于海水的軟化，即去除海水中易結(jié)垢的Ca2+，Mg2+，SO42-等二價離子.NF技術(shù)已經(jīng)在水處理技術(shù)、環(huán)境工程等方面顯示出很強的優(yōu)勢。在海水軟化方面的研究與應用國內(nèi)外也已經(jīng)開展。

膜技術(shù)應用

多元多層納米膜技術(shù)是在離子鍵技術(shù)上發(fā)展起來的一項鍍膜技術(shù)。其應用范圍有:(1)刃具、模具的表面強化。在高速鋼、硬質(zhì)合金制造的刃具(如鉆頭、銑刀、車刀)及模具表面獲得超高硬度的多元多層納米膜.提高刃具、模具的耐磨性;(2)機械零件的表面強化，如葉輪、葉片、氣缸、活塞環(huán)表面獲得納米鍍層，延長零件使用壽命。

富氧技術(shù)的應用亦非常廣泛，一般情況下，凡需空氣之處，均可用富氧來替代。特別是膜法富氧，由于設(shè)備簡單、操作方便、啟動快、規(guī)?？尚】芍小⑼顿Y少、節(jié)能效果顯著、免維護及用途廣等，是一項日趨成熟的高新技術(shù)，被發(fā)達國家稱為“資源的創(chuàng)造性技術(shù)”。許多文獻已有這方面的應用報道:如華北制藥股份有限公司玻璃分公司于1996年建設(shè)的富氧燃燒項目，使用3年后總結(jié):隨著時間的推移、技術(shù)的成熟，取得了增產(chǎn)、節(jié)油和合格率提高均超過10%的效果;而且采用富氧燃燒技術(shù)后，火焰燃燒狀況有較大改善，火焰底部明顯發(fā)白發(fā)亮，火焰強度增加，火焰尾梢減小，從而既延長爐齡，又提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。

目前，膜技術(shù)廣泛的用于從含鹽和被污染的水源生產(chǎn)可飲用水和工業(yè)廢水的處理等。進一步的應用包括:藥品傳輸系統(tǒng)、通過蒸汽濃度檢測爆炸材料、燃料電池等。在過去的2O年中，BARC已經(jīng)涉及反滲透技術(shù)的開發(fā)，用于微堿水和海水的脫鹽等工藝。最近，開發(fā)了一種民用水凈化器，其能夠在自來水壓力條件下，去除細菌污染物，生產(chǎn)安全的飲用水。

由于膜過濾技術(shù)是一種高教、低能耗和易操作的液體分離技術(shù)，因此在廢水處理中有著廣闊的應用前景。在介紹膜過濾技術(shù)性質(zhì)、分類的基礎(chǔ)上對膜過濾技術(shù)在含油廢水、生活廢水、造紙廢水、有色廢水、化工合成廢水、重金屬離子廢水及其他廢水處理的應用研究和進展狀況進行了綜述，討論了膜過濾技術(shù)的研究方向和發(fā)展前景。認為減輕膜污染、研究開發(fā)廉價的過濾膜和膜組件是膜過濾技術(shù)在水處理中應重點解決的問題。在實際應用中，將膜過濾技術(shù)與其他分離技術(shù)和廢水處理技術(shù)相結(jié)合，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢和協(xié)同效應，得到最佳處理效果和最佳經(jīng)濟效益。

另外，錦化化工(集團)有限責任公司樹脂廠采用膜分離技術(shù)回收VCM精餾尾氣，研究了氣體膜分離技術(shù)的原理，并對該技術(shù)的各項工藝參數(shù)進行了優(yōu)化、調(diào)試?？偨Y(jié)出一套最佳控制方案，徹底解決了循環(huán)氣在系統(tǒng)中的累積、膜組件傳遞動力等工藝參數(shù)影響膜分離效果的問題，可使精餾尾氣中的VCM、c2 H2回收率達到95%、85%以上，回收VCM 303 t/a、 H2 89 t/a，獲經(jīng)濟效益202萬元/a。

在城市飲用水膜處理方面，由于新型膜處理技術(shù)具有適應的水質(zhì)范圍廣，出水水質(zhì)好，占地面積小等優(yōu)點，及其在國外的推廣應用，因此這種新型的膜處理技術(shù)不僅能有效地去除水中的濁度、病原微生物和病原寄生蟲，納濾膜還能有效地去除水中的有機污染物，包括常規(guī)工藝很難去除的農(nóng)藥等.

結(jié)語

膜分離技術(shù)由于其良好的透過性，分離效率高，操作簡便，能耗低等優(yōu)點，在許多領(lǐng)域

得到了廣泛應用，在油田采油廢水處理中亦得到應用，但仍有許多方面需要改進。例如，膜組件的選擇，操作條件的控制，膜材料的表面改性，減少膜污染，同時開發(fā)新型膜分離工藝與新型膜材料。成功解決了上述問題，膜分離技術(shù)將會在含油廢水處理中得到更加廣泛的應用。