強(qiáng)化膜過濾技術(shù)概述

摘要：本文就膜濾技術(shù)目前發(fā)展的重大問題：膜污染和降低能耗問題進(jìn)行研究，概述了國內(nèi)外學(xué)者研究膜污染和降低能耗的方法。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)化膜過濾化學(xué)改性膜污染能耗

膜分離技術(shù)具有常溫下操作，無相態(tài)變化，高效節(jié)能，在生產(chǎn)過程不產(chǎn)生污染等特點(diǎn)，在飲用水凈化、工業(yè)用水處理等方面得到應(yīng)用，井迅速推廣到紡織、化工、食品、冶金、石油、機(jī)械、生物、制藥等各個(gè)領(lǐng)域。分離膜因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，在環(huán)境工程，特別是水處理方面有著廣泛的應(yīng)用前景。在中國，膜技術(shù)主要應(yīng)用在水資源領(lǐng)域，在水處理中的應(yīng)用己經(jīng)占其所有應(yīng)用的70%—80%。由于其突出的優(yōu)點(diǎn)，膜技術(shù)已經(jīng)成為在水處理領(lǐng)域最先進(jìn)、最有發(fā)展前途的技術(shù)之一。但是在實(shí)際工藝應(yīng)用中，膜分離技術(shù)由于濃差極化、膜污染和能耗較高等問題嚴(yán)重阻礙了它的推廣與應(yīng)用，成為膜法普及應(yīng)用的瓶頸。針對膜過濾中存在的濃差極化和膜污染問題，一些學(xué)者為強(qiáng)化過濾提出了液體動力學(xué)法、超聲波振動、附加電場法等物理強(qiáng)化的方法措施。在工藝方面推出與其他工藝相結(jié)合的方法。同時(shí)為了降低能耗，許多制造商開始開發(fā)低能耗的膜過濾系統(tǒng)，如半死端過濾系統(tǒng)等。

1 物理強(qiáng)化法

1.1 附加場強(qiáng)化法

附加場的方法包括電場、超聲場等，附加場作用下的橫流過濾是一個(gè)多效應(yīng)的過程。在電場下的電泳遷移，又有溶劑在電場作用下產(chǎn)生錯(cuò)流的剪切效應(yīng)等，這些效應(yīng)減少表面上的沉積和極化作用，從而大大提高了過濾速度。

1.2 液體動力學(xué)法

液體動力學(xué)法的原理是利用流體力學(xué)作用產(chǎn)生不穩(wěn)定流體流動。在橫流膜濾的基礎(chǔ)上采用不穩(wěn)定流動方式，特別是由粗糙表面形成的不穩(wěn)定二次流、脈動流以及離心失穩(wěn)等，都可以強(qiáng)化傳質(zhì)過程，對膜和溶液界面的濃差極化有很好的控制作用。

1.3 改變膜結(jié)構(gòu)

黃肖容等研制了孔徑沿徑向從管外壁到管內(nèi)壁逐漸減小，梯度變化的氧化鋁膜管。用它對生活污水及空氣進(jìn)行過濾凈化處理。能有效防止和延緩膜孔的堵塞，大大減少膜污染的深度，容易清洗。能使膜管的過濾通量得到近100%恢復(fù)，并不影響膜管的過濾精度，可大大延長膜管的使用壽命。該膜管對生活污水BOD5的去除率達(dá)83%，CODcr的去除率達(dá)67%，大于0.1um固體懸浮物的去除率達(dá)100%，污水的濁度由42o降到4o，處理后的顏色為無色。

2 化學(xué)強(qiáng)化法

在膜內(nèi)引入可逆化學(xué)作用為改善膜表面性能、提高膜的抗污染性提供了良好前景，特別是使較難分離或濃度很低的組分分離成為可能。許多實(shí)驗(yàn)及理論研究證實(shí)了利用化學(xué)作用可以改善膜的性能。

2.1 促進(jìn)傳遞(Facilitated Transport)

促進(jìn)傳遞是指在膜內(nèi)引入某種載體，它能與某一組分發(fā)生可逆化學(xué)反應(yīng)，使該組分通過膜的速率增大，從而改善膜的分離性能 . 通過選擇適當(dāng)?shù)妮d體，有可能使待分離組分通過膜的速率大幅度增加，促進(jìn)因子可達(dá)幾十甚至幾百，而且由于可逆化學(xué)反應(yīng)的存在可以使膜具有很好的選擇性。

2.2 藕合傳遞(Coupled Transport)

藕合傳遞是指在膜內(nèi)引入一種活性載體，借助載體使兩個(gè)或更多物種的傳遞過程輻合起來，從而使某組分沿著其化學(xué)位增大的方向傳遞，藕合傳遞屬于活性傳遞過程。使低濃度組分得以回收，而且可以達(dá)到比較好的選擇性。

2.3 電化學(xué)泵(Electrochemicai Pumping)

電化學(xué)泵是指在膜內(nèi)引入某種載體并借助電極反應(yīng)使膜內(nèi)物質(zhì)傳遞與電流藕合起來，從而強(qiáng)化待分離組分在膜內(nèi)的傳遞。電化學(xué)泵也屬于活性傳遞過程，它借助外界電壓而實(shí)現(xiàn)組分從低濃度向高濃度傳遞。

3 組合工藝強(qiáng)化法

3.1 粉末活性炭/熱鐵氧化顆粒等與膜聯(lián)用

活性炭吸附有機(jī)物，通過膜截留粉末炭，既去除有機(jī)物又可避免有機(jī)物對膜的污染。Miao miao Zhang等人比較了粉末炭、熱鐵氧化顆粒（IOPS）和SiO2顆粒對超濾膜的過濾通量和去除有機(jī)物的效果，發(fā)現(xiàn)膜通量的改善與去除有機(jī)物的效果并不一致。盡管粉末炭去除有機(jī)物的效果最好，但熱鐵氧化顆粒提高過濾通量的效果最好。雖然粉末炭去除有機(jī)物的效果較好，但它改善膜通量以及防止膜污染的效果并不令人樂觀。

3.2 粉狀沸石與膜聯(lián)用

董秉直等人通過對粉末沸石改善膜過濾性能以及提高有機(jī)物和氨氮去除效果的研究，結(jié)果表明粉末天然沸石通過改性，降低Zeta電位，強(qiáng)化有機(jī)物的吸附，從而有效地提高了膜過濾通量和有機(jī)物和氨氮的去除效果。改性的粉末沸石在膜表面形成“保護(hù)層”，有效地減少有機(jī)物在膜表面的沉積。

3.3 料液預(yù)處理

對過濾料液預(yù)處理可采用機(jī)械的、化學(xué)的或熱處理方法，如調(diào)節(jié)pH值、預(yù)濾細(xì)粒、原料液加熱或冷卻等。通常，預(yù)處理作為預(yù)濾部分固體顆粒，減輕膜濾負(fù)荷；調(diào)解溶液的pH值，降低某些大分子的吸附或使聚電解質(zhì)處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)；加入絡(luò)合劑使污垢物絡(luò)合；加入乳化劑防止沉淀聚集等。

3.4 湍流促進(jìn)器附加反沖與膜濾聯(lián)用

童金忠等采用湍流促進(jìn)器附加反沖對陶瓷膜處理鈦白粉水洗液的微濾過程進(jìn)行強(qiáng)化研究表明，湍流促進(jìn)器和反沖兩種方法均不同程度地增加了膜通量，延遲了膜污染。湍流促進(jìn)器的加人使膜的使用壽命提高4倍多：湍流促進(jìn)器附加反沖可使有基礎(chǔ)上再提高2~3倍。褚良銀等研究結(jié)果表明，旋轉(zhuǎn)流微濾過程的流體流動方式和原位再生方法相結(jié)合能夠使管式陶瓷膜橫漢微濾過程得到較大程度的強(qiáng)化，即微濾過程中的濃差極化和膜污染得到有效控制;在較高頻率的壓氣反吹情況下，該微濾過程的過濾通量能在較長時(shí)間內(nèi)保持不下降。

3.5 其他聯(lián)用工藝

利用湍流促進(jìn)器、旋轉(zhuǎn)流、電、聲或磁力場輔助過濾以及反沖洗、松弛法等濾膜原位再生強(qiáng)化方法國內(nèi)外學(xué)者研究也很多，已被證實(shí)為是控制膜污染穩(wěn)定而有效的強(qiáng)化方法。將它們有機(jī)組合，強(qiáng)化效果更為明顯。

4 半死端過濾

半死端過濾是指膜處理系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后從與過濾相反的方向?qū)δみM(jìn)行清洗，把沉積在膜表面的固體被清洗排出，從而膜又恢復(fù)了最初設(shè)計(jì)的性能。成功應(yīng)用半死端過濾技術(shù)的關(guān)鍵，是將過濾、反洗、化學(xué)加強(qiáng)反洗三個(gè)過程合理設(shè)計(jì)，從而使最終用戶獲得最低的運(yùn)行費(fèi)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙宗艾，姜濤，韓穎，編譯.流體不穩(wěn)定流動強(qiáng)化過濾過程的研究[J].過濾與分離，1997，(2):37-40.