雙極膜技術在環(huán)境工程中的應用與展望

梁宜站

摘 要：雙極膜，作為一種新型膜，一經問世就被各個工業(yè)部門應用于廢氣廢水的治理之中，不僅僅使得廢氣廢水的治理更加高效簡捷，而且很大程度上減少了工業(yè)部門廢棄物治理的投入。

關鍵詞：雙極膜技術；環(huán)境治理；廢棄物處理

1 雙極膜的工作原理

雙極膜是新科技的體現(xiàn)，可以通過直流電流，把水直接分解成氫離子和氫氧根離子，雙極膜最早的研究也是電離水分子，這個技術的探索和運用也是我國電滲析歷史上的里程碑。利用這個技術分解水比直接分解水更加節(jié)省各方面的消耗。有科學家對此做過一個對比。

通過對比，我們可以清楚地看出來：使用雙極膜電解水，對于能源的消耗比直接電解水要少很多，而且在整個電解中除了氧氣和氫氣，不會生成其他任何帶有污染的東西，同時整個過程中除了電極不需要其他任何東西。

除了可以電解水，雙極膜還有篩分效應、荷電效應，但是雙極膜和其他荷電膜相比，最大的特性是它的雙重電荷排斥性，可以在攔截陽離子的同時也實現(xiàn)對陰離子的攔截，可以再同一瞬間實現(xiàn)多種離子的分離。

2 雙極膜技術在環(huán)境工程中的應用

2.1 對工業(yè)生產以及日常生活中的廢水進行處理

2.1.1 工業(yè)生產中產生的廢水

含氟液體：當進行氟碳工業(yè)或者鈾工業(yè)的時候，生產進行中所排放的廢氣里有大量的氟和有機酸，往往必須要氫氧化鉀才能徹底的中和，但是生成的氟化鉀里會融入大量的重金屬，同時還有微量的放射性元素存在，嚴重威脅人體健康。而且氟化鉀還要和氫氧化鈣作用才能再次生成氫氧化鉀和一些不溶于水的廢料，不利于氟的回收。假若使用雙極膜電解水，可以不需要任何中間過程的把氟化鉀分解成氫氟酸和氫氧化鉀，減少了工作量的同時也使得氟的回收更加便捷。

酸堿廢液：在很多的工業(yè)生產中，酸堿廢液的出現(xiàn)是不可避免的，如果不經過處理直接排放，會對環(huán)境造成很大的污染，但是這個處理過程往往工序繁雜而且需要很大的成本投入。這個時候使用雙極膜處理不失為一個好途徑。這個技術的發(fā)展是目前我國最先進的廢液處理方法，是遠超于其他膜技術的，在我國的很多工業(yè)里都有著不可代替的作用。

含重金屬的廢水：在金屬的加工過程中，不可缺少的要用到很多的水對金屬進行降溫，在這些用過的水里不可避免的會融入很多的重金屬，必須要經過處理才能排出去，一般情況下，采用的方法是把水里融入的重金屬變成氫氧化物沉淀下來，假若使用納濾膜技術，可以使百分之九十的廢水得以回收，而且還能使得重金屬的離子含量比之前大十倍，使其回收更加具有意義。

食品工業(yè)廢水：在一九九八年，有研究人員使用復合納濾膜對豆腐生產中產生的廢水進行治理，發(fā)現(xiàn)這種膜無論是對一價鹽離子還是二價鹽離子都可以做到很好的分離，明顯減少了水中的COD，使其可以安全排放。

利用該膜，可以在最低投入的同時使分解效果達到最好，不僅僅使廢水的排放問題得以解決，而且使得回收的意義更大。

2.1.2 日常生活中產生的廢水

在我們的日常生活中，生活污水的排放是一個很大的問題。處理，投入太多，得不償失；不處理，等它自然降解過程太過漫長，對環(huán)境造成不好的影響。同時在處理過程中，需要使用大量的氧化劑，造成大量的化學殘留，如果能夠在它們中間增加一個過濾的環(huán)節(jié)，對分子質量大于一百的大分子進行攔截，在處理之后再進行生物降解，可以大大減少投入，同時也使得化學殘留量大大減少。

2.2 對工業(yè)生產中的廢氣進行分解處理

在工業(yè)生產中，會生成各種各樣的廢氣，如果不加以控制，勢必會對環(huán)境造成污染，對人類的生活造成很大的威脅，所以必須要進行處理。采用雙極膜技術處理可以很大程度上縮減成本，而且效果更好。例如二氧化硫的回收，工業(yè)中排放的硫化物是酸雨形成的元兇，必須采取措施加以處理，首先使用氫氧化鈉液體對廢氣中的硫化物進行吸收，再將得到的液體使用雙極膜滲析的手段進行電解，得到二氧化硫氣體，硫酸鈉和氫氧化鈉液體，不僅僅回收了二氧化硫，也使得環(huán)境問題得到改善。使用該技術不僅能實現(xiàn)廢氣的脫硫，而且使得廢氣回收更加方便高效。

2.3 垃圾發(fā)酵制備有機酸

將廚余垃圾進行發(fā)酵可以得到有機酸，可以將廢棄物重新作為能源，不論是對于改善環(huán)境，還是在得到經濟的收益方面都有著很大的益處。然而在傳統(tǒng)的有機酸制備中，會在一定程度上對微生物的生長造成影響，進一步生產，不僅僅需要投入很多的酸堿，對環(huán)境造成影響，而且過程比較復雜。如果使用雙極膜技術，能夠使得有機酸的生成更加高效，而且也可以很大程度上減少酸堿的投入，避免環(huán)境污染。

2.4 飲用水凈化

在今天，面對水污染越來越嚴重的問題，人們對食用用水的質量的關注程度不斷加大。使用雙極膜納濾法，不僅僅能使水中的各種污染物被清除，而且水質穩(wěn)定，需要的投入較少，節(jié)約能源等等。

2.5 綠色能源——雙極膜蓄電池

雙極膜不僅僅在各種廢氣廢水的治理中起著不可代替的作用，而且還能夠將工業(yè)生產中的廢酸堿液組裝成蓄電池用來發(fā)電，一般情況下，0.81伏的電壓是不能夠被利用的，但是如果使用雙極膜水解電池不僅能夠使這一部分的電能得以利用，而且還能夠進行充電。

2.6 有機電合成技術

雙極膜技術在我國有機電合成技術中也起著很大的作用。雙極膜中的水在電解后會得到氫根離子，進入電氧化制備3-甲基-2-吡啶甲酰胺的陰極室里，正好堵上了草酸電還原生產乙醛酸中的氫離子消耗，而氫氧根離子正好和消耗的氫根離子合成水，使實驗可以更快的進行。

3 結束語

雙極膜技術是一種新型膜，在環(huán)境的治理中起著不容忽視的作用，也為環(huán)境治理中的一些技術難題指明了解決方向，使得我國的環(huán)境治理走了很大的一步，繼續(xù)進行雙極膜的研究，完善我國的雙極膜技術對祖國的未來有著深遠的意義，它不單能夠治理污染，同時在我國的節(jié)能事業(yè)上也有著很大的影響，在各個行業(yè)里都能夠有所發(fā)展。雖然說雙極膜是一種新膜，但是早在五十年代中期，就已經開始了雙極膜的研究，但是由于當時各種條件的限制，這個過程極其緩慢，然后到了八九十年代，雙極膜的發(fā)展才首次有了突破，出現(xiàn)了商品雙極膜，直到今天，雙極膜才開始迅猛發(fā)展，才開始進入我國社會發(fā)展的各個行業(yè)，并在環(huán)境治理中嶄露頭角。