膜分離技術在工業(yè)水處理領域的應用

(河南省電力公司電力科學研究院，河南鄭州 450001)

膜分離技術起源于20世紀初，初步成型于20世紀60年代。它利用一張具有選擇透過性的薄膜，在外力作用下，推動目標物質通過，從而對工業(yè)用水進行分離、提純。該技術具有高效分離、能耗低、無相變、設備簡單易操作等優(yōu)點，廣泛應用于食品、藥品、冶金、化工、電力等諸多行業(yè)，被稱為“21世紀的水處理技術”。

1 傳統(tǒng)膜分離技術

常規(guī)膜分離技術有微濾、超濾、納濾、反滲析，以及結合電化學技術的電滲析、連續(xù)電除鹽等。

1.1 微濾技術

微濾(MF)又稱微孔過濾，根據(jù)篩分原理以壓力差作為推動力的膜分離過程。膜的孔徑范圍通常在0.1～20 μm，能從氣相或液相中截留大直徑的菌體、懸浮固體及其他污染物。微濾膜一般由陶瓷、金屬等無機材料，或醋酸纖維素、聚丙烯、聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺等有機材料制造。

1.2 超濾技術

超濾分離技術(UF)也是由壓力驅動的膜分離過程，膜的孔徑在 0.001 5 ～0.02 μm 之間，推動壓力在100～1000kPa。通常截留相對分子質量在1 000～300 000，股超濾膜能對大分子有機物(蛋白質、細菌)、膠體、懸浮固體等進行分離，廣泛應用于料液的澄清、大分子有機物的分離純化、除熱源，是替代活性炭過濾器和多介質過濾器的優(yōu)良產(chǎn)品。

1.3 納濾技術

納濾(NF)是介于超濾與反滲透之間的一種膜分離技術，其截留相對分子質量在100～1 000，孔徑為幾納米，故稱為納濾。納濾膜的截留特征是以對標準NaCl、MgSO4、CaCl2溶液的截留率來表征，對小分子有機物等與水、無機元素進行分離，實現(xiàn)脫鹽與濃縮的同時進行。

1.4 反滲透技術

反滲透膜(RO)的截留對象是除水以外的所有離子、小分子，如可溶性的金屬鹽、有機物、細菌、膠體粒子、發(fā)熱物質等。以膜兩側靜壓為推動力實現(xiàn)對水的凈化提純，獲得高質量純水。廣泛應用于生產(chǎn)純凈水、軟化水、無離子水、產(chǎn)品濃縮、廢水處理等生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

1.5 電滲析與連續(xù)電除鹽技術

電滲析分離技術(ED)是一種利用電能的膜分離技術，在直流電場的作用下，以電位差為推動力，利用陰、陽離子交換膜對水中陰、陽離子的選擇透過性，使某種離子通過膜轉移到另一側，從而實現(xiàn)溶液的濃縮、淡化、精制和提純。

將電滲析技術與離子交換技術有機結合而成的連續(xù)電除鹽(EDI)技術是在電場的作用下進行水的電解，通過離子交換膜的離子選擇通過功能，結合陰陽樹脂的加速離子遷移能力，去除進水中大部分的離子，以使產(chǎn)水達到電導率低于0.2 μs/cm，符合鍋爐補給水的要求。既克服了電滲析不能深度脫鹽的缺點，又彌補了離子交換不能連續(xù)工作、需消耗酸堿再生的不足。

2 新型膜分離技術

在傳統(tǒng)膜分離技術廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)的同時，越來越多的新工藝對膜分離技術提出更高的要求:一方面要提高膜的工作性能，增加膜通量、減輕膜污染、降低壓力驅動消耗等;另一方面力求盡力降低成本，簡化膜的制造技術，延長單膜使用時間。由此誕生了滲透汽化膜、液膜和動態(tài)膜等新型膜分離技術。

2.1 滲透汽化膜技術

滲透汽化膜(PV)是一種基于高分子材料的無孔致密復合膜，根據(jù)“溶解—擴散”原理，在滲透汽化過程中，待分離組分在膜兩側蒸汽壓差的推動下，被膜選擇性吸附溶解，以不同的速度在膜內(nèi)擴散，在膜下游汽化、解吸，實現(xiàn)混合物分離。有機混合物原料液經(jīng)加熱器加熱到一定溫度后，送入膜器與膜接觸，水分被膜選擇性透過，在膜的透過側被冷凝收集，物料中的水分被脫除，達到分離純化的目的。滲透汽化膜分離技術操作簡單、無污染、能耗低、無添加劑、不受汽液平衡限制，適合于醇類和水的分離、酯類有機物脫水、醚類有機物中水分的脫除、混合溶劑中水分的脫除以及水中有機物的脫除等。

2.2 液膜技術

液膜(LV)并不是傳統(tǒng)的固相膜，而是懸浮于液體中很薄的一層乳液顆粒。在高剪切力作用下將兩相互不相容的液體制成乳狀液，再分散于第三相中，介于乳狀液球中被包裹的內(nèi)相與連接的外相之間的這一相就叫液膜。液膜技術經(jīng)歷了帶支撐體液膜、乳化液膜和含流動載體乳化液膜三個階段。主要適用于分離物理、化學性質相似而不能用常規(guī)的蒸餾、萃取方法分離的烴類混合物，具有分離效率高、分離濃縮同步完成等特點。

2.3 動態(tài)膜技術

動態(tài)膜(DM)是指通過預涂劑或活性污泥在膜表面行程的新膜，也成次生膜(SM)。動態(tài)膜采用大孔徑的材料制作膜組件，如不銹鋼絲、篩網(wǎng)等，起支撐作用。而實際分離作用的是其上的分離層。分離層由涂層材料或污水中的微生物及其新陳代謝產(chǎn)物附著在支撐層上形成，所以膜的形成過程實質上就是膜的污染過程，利用污泥層起到截留分離作用。動態(tài)膜具有易制備、通量高、易清洗等優(yōu)點。

3 膜分離技術的應用

離子交換仍然是國內(nèi)電廠鍋爐補給水制備的主要方法。它的缺點是需要酸堿再生，有酸堿性廢液排放，增加排放成本。當反滲透技術出現(xiàn)后，將其應用于電力行業(yè)鍋爐補給水的預脫鹽(一級脫鹽)，可顯著降低離子交換系統(tǒng)進水含鹽量，延長離子交換制水周期，減少酸堿用量。因此，反滲透備純水的技術就受到廣泛重視，越來越多的電廠鍋爐補給水處理應用了反滲透技術［1］。

在工業(yè)生產(chǎn)中，單一的膜分離技術往往無法滿足實際生產(chǎn)需要，多種分離方式聯(lián)合使用便應運而生。青島發(fā)電公司海水淡化處理系統(tǒng)采用“雙膜法”凈化海水，即超濾+反滲透。超濾分離截留海水中大部分懸浮固體和微生物，高質量、高產(chǎn)量的向反滲透設備提供低污泥密度指數(shù)的海水產(chǎn)品，保證反滲透運行的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟［2］。

“全膜法”水處理工藝是圍繞膜科技而提出的全新水處理工藝。它在雙膜法的基礎上加入連續(xù)電除鹽分離技術，將UF、RO、EDI三種工藝有機結合在一起，分別作為預處理、預脫鹽和精脫鹽，達到高效去除污染物和深度脫鹽的目的，把原水制備成滿足鍋爐補水需要的高純水。該方法技術先進、適用水質范圍廣、綠色無污染［3］。

山東萊州倉山金礦冶金車間采用液膜法處理金礦冶煉工業(yè)中產(chǎn)生的大量含氰工業(yè)廢水，該工藝能有效從鋅粉置換后的含氰液中將氰化鈉濃縮回收，同時確保排放廢液中游離氰根離子達到國家標準。

4 結束語

膜分離技術由于其設備簡單、節(jié)能環(huán)保、運行穩(wěn)定等優(yōu)點廣泛的用于工業(yè)水處理領域。隨著膜材料性能的不斷改進和工藝的不斷優(yōu)化，膜分離技術在水處理方面將發(fā)揮出更有意義的作用。

［1］謝春生，張小平，黃瑞敏.反滲透技術及其在我國電廠的應用和發(fā)展趨勢［J］.熱力發(fā)電.2006，(7):7－10.

［2］孫德政，呂新棟，紀偉光.雙膜法——海水淡化在沿海電廠的應用［J］.山東電力技術.2007，(06):47－52.

［3］司興玉.全膜法在電廠鍋爐補給水處理中的應用［J］.企業(yè)技術開發(fā).2011，30(12):102.