膜分離技術(shù)在水處理環(huán)境工程中的有效利用

宋燊

中國(guó)石油集團(tuán)東北煉化工程有限公司沈陽分公司，中國(guó)·遼寧 沈陽 110117

膜分離技術(shù)；水處理環(huán)境工程；應(yīng)用

1 引言

膜分離技術(shù)是上世紀(jì)初發(fā)展的一種技術(shù)，在上世紀(jì)60年代獲得了迅速的進(jìn)步，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和信息時(shí)代的全面到來，各種各樣的新材料、新設(shè)備、新工藝以及新理念逐漸應(yīng)用于各行各業(yè)，極大地提高了人們的社會(huì)生產(chǎn)力，改善了人們的現(xiàn)實(shí)生活。與此同時(shí)，工業(yè)的長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展也對(duì)人們的生存環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染與破壞，其中水污染問題一直以來都是最為嚴(yán)重的環(huán)境污染問題之一，因此，加強(qiáng)對(duì)水污染環(huán)境的有效處理是十分必要的。膜分離技術(shù)在水污染環(huán)境治理中有著十分有效的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)污水的再利用，提高水資源的利用率，有效緩解水污染的社會(huì)問題。

2 膜分離技術(shù)的主要類型

2.1 微濾技術(shù)

微濾技術(shù)的分離原理可以參考普通的分離過濾的原理，主要是利用壓力差作為推動(dòng)力，采取篩分原理進(jìn)行分子的分離，微濾可以用于截留顆粒直徑為微米級(jí)別的細(xì)菌和顆粒，具有占地面積小、適應(yīng)能力強(qiáng)以及成本低的優(yōu)勢(shì)，是當(dāng)前水污染處理過程中最為普遍的一種膜處理技術(shù)，通常用于水處理中的飲用水處理過程。

2.2 反滲透技術(shù)

反滲透技術(shù)是結(jié)合物理學(xué)科以及化學(xué)學(xué)科的一種綜合性的技術(shù)，也是通過應(yīng)用壓力差來實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離，溶液之中的各種溶質(zhì)之間會(huì)存在不一樣的滲透壓，相關(guān)工作人員只需要結(jié)合物質(zhì)滲透壓的特征給出大于該溶質(zhì)的滲透壓的數(shù)值便能夠?qū)崿F(xiàn)物質(zhì)的分離，達(dá)到反滲透的這種效果。反滲透技術(shù)具有高效先進(jìn)的優(yōu)勢(shì)，在很多領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用，目前反滲透技術(shù)主要用于水處理環(huán)境中的濃縮過程中，涉及到農(nóng)業(yè)產(chǎn)品、加工電子產(chǎn)業(yè)以及純凈水制造等各種領(lǐng)域。[1]

2.3 動(dòng)態(tài)膜技術(shù)

動(dòng)態(tài)膜技術(shù)包含動(dòng)態(tài)膜自身分離層以及動(dòng)態(tài)膜載體兩層分離含義，其中動(dòng)態(tài)膜載體指的是應(yīng)用大孔徑不銹鋼絲材料對(duì)動(dòng)態(tài)膜進(jìn)行承載，使得載體上能夠依附動(dòng)態(tài)膜的自身分離。目前動(dòng)態(tài)膜技術(shù)仍然處于發(fā)展的過程中，還需要不斷的實(shí)踐和創(chuàng)新，以實(shí)現(xiàn)良好的污水處理效果。

2.4 超濾技術(shù)

超濾技術(shù)的工作原理使篩分以壓力驅(qū)動(dòng)達(dá)到分離的目的，超濾膜的平均孔徑為3 納米到100 納米，主要用于分離溶液中的膠體、大分子物質(zhì)以及蛋白質(zhì)等，可以替代活性炭過濾器和多介質(zhì)過濾器實(shí)現(xiàn)過濾的功能。目前超濾技術(shù)被廣泛應(yīng)用于電泳除漆廢水中，可以利用超濾膜將廢水當(dāng)中含有的大量的金屬離子以及雜質(zhì)進(jìn)行過濾，回收其中的有效物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)資源的重復(fù)利用。[2]

2.5 納濾技術(shù)

納濾技術(shù)是在上世紀(jì)80年代由科研人員發(fā)明的一種分離過濾技術(shù)，主要是基于納米技術(shù)實(shí)現(xiàn)膜分離的功能，可以在壓力比較低的條件下除去廢水中的有害物質(zhì)以及有害顆粒。同時(shí)，納濾技術(shù)還可以對(duì)初步處理過的水進(jìn)行軟化，可以結(jié)合其他多種處理技術(shù)得到純凈的水資源，但是納米技術(shù)相對(duì)來說對(duì)技術(shù)的要求比較高，應(yīng)用條件苛刻，對(duì)設(shè)備也有較高的要求，因此成本相對(duì)較高，相對(duì)于微濾技術(shù)和超濾技術(shù)來說應(yīng)用范圍比較小，并不是常用的污水處理方法。

2.6 電滲析（ED）

電滲析分離是以直流電為助推力，通過離子交換膜的選擇透過性，實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)粒子的分離，最終實(shí)現(xiàn)溶液的物質(zhì)分離過程。電滲析技術(shù)已較為成熟，目前主要用于分離廢水中污染物質(zhì)和制備酸堿。

3 膜分離技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

3.1 分離效果好

膜分離技術(shù)自從上世紀(jì)初開始出現(xiàn)以來受到人們的關(guān)注，但是真正廣泛應(yīng)用一直到21世紀(jì)才開始，膜分離技術(shù)具有能耗較低、效率較高以及操作簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，與傳統(tǒng)的分離技術(shù)相比持續(xù)時(shí)間短，分離效果好，成本低廉，有著十分重要的應(yīng)用價(jià)值。膜分離技術(shù)可以有效分離廢水中的有害物質(zhì)，并通過凝結(jié)、沉降等各種方式分離出微米級(jí)別的物質(zhì)，具有效率高和能效低的優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)的蒸餾方式不同，蒸餾方法會(huì)使得有機(jī)物質(zhì)在分離水質(zhì)的過程中發(fā)生改變，膜分離技術(shù)并不需要考慮濕度和溫度等外在條件的需求，只需要在一定推動(dòng)力的作用下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的水質(zhì)的分離，分離效率較高。[3]

3.2 操作方法簡(jiǎn)單

膜分離技術(shù)在分離過程中并不需要特定的環(huán)境和繁瑣的操作，處理方式相比較簡(jiǎn)單，在常溫的條件下也能夠應(yīng)用膜分離技術(shù)對(duì)水資源進(jìn)行有效的凈化和處理，并不會(huì)損傷設(shè)備，也不需要專業(yè)技術(shù)人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期的維護(hù)和處理，所耗費(fèi)的成本較低，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，而且所需要的人員也較少。其次，膜分離技術(shù)穩(wěn)定性比較強(qiáng)，分離效率高，在進(jìn)行廢水的處理過程中能夠有效提純水質(zhì)，使得到的水資源比原有的處理方法更加的純凈。同時(shí)也能夠保存水中有機(jī)物的現(xiàn)狀，使得能夠回收的有機(jī)物可以得到重復(fù)的使用。[4]

3.3 處理質(zhì)量高

膜分離技術(shù)在實(shí)際進(jìn)行廢水處理的過程中可以通過擠壓和沉淀的各種物理操作將細(xì)小的細(xì)菌和有害物質(zhì)從廢水中分離出來，實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的凈化處理，分離效率很高，消耗的能源資源較少。傳統(tǒng)的廢水處理方法在廢水處理過程中如果條件控制不到位，便會(huì)破壞水中的有機(jī)物狀態(tài)，破壞水體結(jié)構(gòu)，影響處理的效率和處理的質(zhì)量。膜分離技術(shù)在常規(guī)的條件下便能夠有效分離出水中的雜質(zhì)，整個(gè)分離過程受到周圍環(huán)境的影響比較少，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、信息化的分離工作。同時(shí)，由于膜分離技術(shù)自動(dòng)化分離的特征，分離的效率極高，占用的空間不大，用的設(shè)備簡(jiǎn)單，相關(guān)企業(yè)可以結(jié)合自身的需求以及廢水污染情況有效調(diào)節(jié)膜分離技術(shù)的廢水處理規(guī)模，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)持續(xù)的分離，使用條件相對(duì)比較廣泛，從而可以實(shí)現(xiàn)廢水的靈活可靠處理，減少能源資源的浪費(fèi)和消耗。[5]

4 膜分離技術(shù)在水環(huán)境處理過程中的應(yīng)用

4.1 飲用水的凈化

膜分離技術(shù)在飲用水凈化過程中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在水中病菌和細(xì)菌等有害物質(zhì)的過濾和處理過程中，在飲用水處理中應(yīng)用膜分離技術(shù)是水處理環(huán)境工程的一個(gè)重要突破。應(yīng)用納濾技術(shù)、超濾技術(shù)、微濾技術(shù)等分離技術(shù)不僅能夠去除水中微米級(jí)別的顆粒，而且過濾作用也十分強(qiáng)大，可以有效提升飲用水的整體水質(zhì)。與傳統(tǒng)的常規(guī)飲用水處理方式相比，膜分離技術(shù)具有較大的優(yōu)越性，而且還可以減少水中氯氣的使用，使得飲用水的處理更加的健康和可靠。[6]

4.2 海水淡化處理

隨著社會(huì)人口的不斷增多和工業(yè)的發(fā)展，社會(huì)對(duì)水資源的需求量越來越大，開發(fā)新的水源已經(jīng)成為當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的關(guān)鍵問題。但是，海水由于其中含有大量的有機(jī)物質(zhì)和粗鹽成分，導(dǎo)致海水是不可以直接使用的，飲用不僅會(huì)造成人類身體的不適，甚至還會(huì)對(duì)人體的健康造成十分嚴(yán)重的傷害。同時(shí)，海水如果直接用于工業(yè)中，會(huì)造成技術(shù)設(shè)備的大量腐蝕。膜分離技術(shù)在海洋海水凈化中的有效應(yīng)用可以通過反滲透法和電滲析法將海水中的不可利用的物質(zhì)分離出來，實(shí)現(xiàn)海水變淡水的過程。但是從目前來看，膜分離技術(shù)在在海水淡化處理過程中的應(yīng)用方式仍然不夠成熟，所耗費(fèi)的成本較高，海水處理效率也不足，因此需要進(jìn)一步完善海水淡化處理流程，不斷降低處理成本，提高海水處理的經(jīng)濟(jì)效益。

4.3 工業(yè)廢水處理

工業(yè)廢水相對(duì)排量較多，排放范圍較廣，是當(dāng)前造成水污染的最主要來源之一，而且工業(yè)廢水中含有不同濃度和種類的化學(xué)物質(zhì)，對(duì)水處理工作帶來了較大的困難。工業(yè)廢水的處理原則是回收水中的有效物質(zhì)，消除水中有害物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用，因此，工業(yè)廢水在處理過程中，需要結(jié)合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，采取嚴(yán)格的凈化措施，只有處理合格之后才能夠排放到水體當(dāng)中。膜分離技術(shù)在工業(yè)廢水中的有效應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)水中有效物質(zhì)的回收與利用，凈化工業(yè)廢水，取得良好的凈化效果，同時(shí)也能夠?qū)崿F(xiàn)水資源循環(huán)使用。膜分離技術(shù)當(dāng)前在工業(yè)廢水中的應(yīng)用范圍十分廣泛，工業(yè)廢水在經(jīng)過膜處理系統(tǒng)的處理之后可以達(dá)到國(guó)家排放的標(biāo)志甚至飲用標(biāo)準(zhǔn)。

4.4 膜分離技術(shù)在苦水咸水中處理的應(yīng)用

在對(duì)水資源進(jìn)行開發(fā)和開發(fā)的過程中，相關(guān)技術(shù)人員難以可靠及時(shí)的對(duì)開發(fā)的水質(zhì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，無法保證開發(fā)的水資源能夠滿足當(dāng)前人們的飲用標(biāo)準(zhǔn)和生活需求。因此，通常會(huì)采用一定的處理技術(shù)對(duì)開采的新的水源進(jìn)行處理和優(yōu)化。膜分離技術(shù)應(yīng)用與地下水開采的處理過程中，不僅能夠有效分離處理相應(yīng)的廢棄物質(zhì)，而且還可以實(shí)現(xiàn)苦水與鹽水的淡化，尤其在中國(guó)沿海地區(qū)來說，鹽堿地較多，鹽水和咸水也比較多，如果人們過量的飲用苦鹽水，會(huì)造成人體免疫力的下降，對(duì)人體的健康產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。所以，對(duì)苦水喝鹽水進(jìn)行淡化分離處理是十分必要的。酸堿度配比不合理是造成苦水和鹽水形成的最主要的原因，因此，可以采取一些有效的分離技術(shù)對(duì)其進(jìn)行分離凈化。例如，可以應(yīng)用膜分離技術(shù)中的反滲透技術(shù)以及納濾技術(shù)實(shí)現(xiàn)水資源的凈化，在高壓環(huán)境的情況下應(yīng)用反滲透技術(shù)處理苦水、鹽水，不僅能夠快速有效地實(shí)現(xiàn)鹽水和苦水淡化處理，而且還可以保證處理環(huán)境的干凈和衛(wèi)生。

5 結(jié)語

綜上所述，膜分離技術(shù)在水處理環(huán)境中的有效應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)水資源的科學(xué)處理，操作步驟簡(jiǎn)單，成本較低，應(yīng)用范圍廣泛，在當(dāng)前水污染的治理以及飲用水的處理過程中有著十分重要的應(yīng)用價(jià)值，需要不斷加強(qiáng)對(duì)膜分離技術(shù)的研究與升級(jí)，使得膜分離技術(shù)更好地適應(yīng)現(xiàn)代化發(fā)展的需要，實(shí)現(xiàn)水資源的回收循環(huán)使用，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。