膜分离原理及特点

膜分离技术是利用具有选择透过性的特殊膜作为选择性阻挡层来实现分离、纯化和浓缩的技术。其工作原理如下：首先将混合物中的各组分根据其质量的不同，通过筛分进行分离，体积、尺寸和几何形状； 第二，根据混合物化学性质的不同进行分离，物质分离通过膜的速度（溶解速度）取决于进入膜的速度和从膜表面扩散到膜表面的速度。膜的另一表面（扩散速度）。 溶解速度完全取决于被分离物质与膜材料之间的化学性质。 一般来说，膜的形态结构决定了其分离机理和应用方法。 根据结构不同，膜可分为固体膜和液体膜。 固体膜又可分为对称膜（圆柱形多孔膜、多孔膜、均质膜）和非对称膜（多孔膜、带皮层多孔膜、复合膜）。 膜），液膜可分为两种类型：以固体多孔支撑层存在的液膜和以乳液形式存在的液膜。

目前常用的膜分离技术可分为反渗透（ro）、超滤（uf）、微滤（mf）、纳滤（nf）、电渗析（ed）和膜接触器（mc）等。 在使用过程中，需要将膜制成组件形式，作为膜分离装置的分离单元。 工业上常用的膜元件形式有板框式、圆管式、螺旋缠绕式和中空纤维式。 后三种都是管式膜，主要区别在于直径：直径在10mm以下的为管式膜，直径在0.5～10mm之间的为毛细管膜，直径小于0.5mm的为毛细管膜。中空纤维膜。 管式膜的直径越小，单位体积的膜面积越大。 废水处理中常用的膜分离方法见表。

与传统分离技术相比，膜分离技术具有以下特点：①膜分离是一种高效的分离过程，可以分离相对分子质量数千甚至数百的物质。 ②膜分离过程基本不发生“相”变，能耗低，能量转化率高。 ③膜分离过程可在常温下进行，适用于果汁、酶、药物等热敏性物料的分离、分级和浓缩。 ④膜分离设备运动部件少，结构简单，使用方便操作、控制和维护。 ⑤膜分离效率高，设备体积小，占用空间少，适用范围广。

膜分离技术在生活污水处理中的应用

1、超滤在生活污水处理中的应用

超滤以压力为驱动力，利用超滤膜的高精度截留性能来分离固体和液体或对不同分子量的物质进行分类。 广泛应用于生活污水处理的超滤膜，过滤精度达到0.01m，对胶体、藻类、病毒、有机大分子等有良好的去除率。山西大唐国际云冈热电生活污水处理系统有限公司周立新、蒲文红等人使用北京郊区某城市污水处理厂二期（SBR处理工艺）工程二沉池出水，二沉池出水为原水，分别采用絮凝-砂滤-超滤和直流-混凝-超滤的预处理工艺。 结果表明，两个工艺出水的sdi,'b均小于2，浊度达到04号-0.1ntu，COD去除率达到20%~60%，在一定程度上提高了COD去除率。还降低了氨氮、总磷等污染物的浓度。 SDI、浊度、产水量均满足反渗透进水水质要求。

蔡红和金同贵等采用孔径为0.25μm的中空纤维聚丙烯腈微滤膜和截断分子量为10000的中空纤维聚砜超滤膜，对机场污水进行二级生物处理后进行处理。 结果表明，浊度去除效率达到99%，有机物去除率达到55%～85%，满足生活杂水指标要求，达到污水回用的目的。

刘经伟等. 设计了基于超滤装置的水处理回用工艺，如沐浴水的前处理、超滤处理、后处理及回用，可有效去除沐浴水中含有的大量皮肤分泌物、合成洗涤剂等。 水中的污垢和香料等物质以及细菌、真菌、大肠杆菌和病毒等物质，处理后的水质满足回用要求。

2、纳滤在生活污水处理中的应用

纳滤（nf）是近20年来发展起来的介于反渗透（ro）和超滤（uf）之间的新型膜分离技术。 可检测二价或多价离子，对分子量在200～500之间的有机物有较高的去除率。 纳滤膜由于其特殊的孔径范围和制备过程中的特殊处理（如复合、加料），使其具有特殊的分离性能。 生活污水一般采用生物降解/化学氧化相结合的方式处理，但氧化剂用量太大，残留物较多。 如果在它们之间增加纳滤环节，可被微生物降解的小分子物质（mw100），然后在化学氧化剂中处理后进行生物降解，这样就可以节省氧化剂和活性炭的用量，并且可以减少污染物的排放。可以降低最终残留物的含量。 工艺流程如图1所示。

刘艳平、王林等人采用慢效新型抗污染滤膜处理生活污水，其主要成分是某大学家庭校园化粪池上清液。 结果，纳滤中试设备过滤后的处理水水质完全达到建设部颁布的标准。 生活杂用水标准不用于饮用，但可满足浇花、洗车、洗衣、洗澡等各种日常杂用水，重复利用率达75%。

膜分离技术在工业废水处理中的应用

随着膜分离技术的发展，其在生活污水和工业废水中的应用越来越广泛，如循环冷却污水、重金属废水、造纸废水、印染废水、制药废水等。

1、膜分离技术在循环冷却废水处理中的应用

火电厂一直是工业用水大户，其用水量约占工业用水总量的20%左右。 循环冷却水用量最大的是火电厂，因此很多火电厂把节水工作的重点放在循环冷却废水的回用上。 因此，利用反渗透技术对循环冷却水进行处理回用非常重要。 河北某电厂共有6台发电机组，循环冷却水总量为6.3万立方米/小时。 循环水浓缩约3倍，排放污水约900m3/h。 该电厂位于北方缺水地区，淡水资源匮乏。 为缓解供水矛盾，电厂投资建设了200m3/h、l1级反渗透除盐水工程，采用循环冷却污水为水源，反渗透水作为锅炉预淡化补充水。 ，泵送至煤场、运煤栈桥进行喷淋水，成果回用、综合利用。 工艺流程如图2所示。

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聂金旭利用纳滤膜处理电厂冷却循环冷却废水。 经过强化微絮凝、强化过滤等预处理后，水通过纳滤膜出水。 结果，出水水质满足循环冷却水补充水的要求。 在此基础上，以3×10m3/d规模为例，分析纳滤膜处理工艺的投资和运行费用，可见纳滤膜处理系统是一种经济可行的循环冷却废水处理工艺。

2、膜分离技术在重金属废水处理中的应用

含硒农业废水已成为全球新的污染源。 例如，在加利福尼亚州圣华金河谷，含盐污水的硒含量已达到4200毫克/升。 这些废水污染了湿地环境，硒中毒率很高，导致水鸟胚胎畸形和死亡。 Kharaka等人的实验得出结论，采用纳滤技术处理加州山谷污染严重的废水，可以保留95%以上的硒和90%以上的其他多价阴离子。

纳滤膜低压处理大量污水，预处理步骤少，成本低。 含硒农业废水的处理为其他含硒废水提供了突破性的处理方法。 在金属加工和电镀行业中，清洗水和电镀液中往往含有高浓度的重金属离子，如铜、镉、镍、铁等，使用纳滤膜可以将这些金属离子浓缩10倍，回收率超过10倍。其中90%。 废水。 利用某些金属离子在一定氯离子浓度下可以形成带电和不带电络合物的特性，可以使用带电纳滤膜将它们分离。 例如，镉和镍在氯化钠浓度为0.5mo1/l时可以分离，前者以电中性络合物的形式存在，而后者则形成带正电的络合物，因此带正电的纳滤膜可以截留镍离子并实现两种离子的分离。”

3、膜分离技术在造纸废水处理中的应用

造纸废水是造成环境污染的重要因素。 膜分离技术处理制浆造纸工业废水在国外比较成熟。 纳滤和超滤主要用于处理制浆废水并回收有用的副产品。 纳滤膜可以替代吸收和电化学方法去除木浆漂白过程中产生的深色木质素和氯化木质素。 由于污染物中许多有色物质都带有负电荷，因此很容易被带负电荷的纳滤膜去除。 截留不会对膜造成污染。 本丢 ew. 采用纳滤膜处理造纸厂废水，得到无色透明、不含阴离子废物的渗透水。 渗透水中COD、TOC、无机物去除率可达80%以上。 德皮尼奥和杰拉尔德斯等人。 使用纳滤和电渗析相结合的方法来处理红麻制浆厂的冲洗水。 结果，阴离子几乎全部被去除，NACI的量减少到60×10 -6 ，基本上可以回收到造纸过程中。

杨友强、李友明等人采用spk100超滤膜处理化学制浆废水。 超滤浓缩液燃烧热为15.54kj/g，固含量为188.9g/l，满足碱回收工段的要求。 采用介质pH值为1～14的无机分离膜处理碱性造纸黑液，夜间无需调节pH值即可回收有用成分。 分离过程为纯物理过程，过程简单，易于管理和维护。 不同孔径的膜可分别回收纤维素、胶体二氧化硅、木质素和还原糖。 最终渗透液主要含有烧碱。 通过调整其浓度，可重复用于煮糖。

此外，膜分离技术还可以与生物处理工艺相结合，即膜生物反应器。 膜生物反应器是膜分离技术与生物处理工艺相结合而开发的新型系统。 是近年来发展迅速的一种高效废水处理技术，在处理难降解有机废水方面具有明显优势。 由中空纤维膜组件和活性污泥反应器组成的分体式膜生物反应器对造纸废水中CODCR去除率较高。 处理后的水可回用，出水稳定性好。 一般稳定性可以达到85%以上。

4、膜分离技术在印染废水处理中的应用

染料工业生产过程中，会产生大量高盐度（质量分数>5%）、高色度（数万倍以上）、高COD（高达数万毫克/升）的废水。生产出来的同时，还会混有相当数量的异构体。 由于此类废水的BOD 5 与CODCR之比通常小于0.3，因此可生化性较差。 同时，废水中所含的无机盐会进一步降低废水的可生化性。 高浓度染料废水对环境造成严重污染，直接影响染料行业的可持续发展。

刘梅红等人采用纳滤技术处理上海一家染料厂提供的蓝色染料废水。 结果表明，纳滤膜的染料截留率和色度去除率均保持在100%左右，即使工艺回收率达到80%（浓缩5倍），膜对废水中色度和codcr的去除率仍然不高。高达99%以上。 陈国华等]在香港采用ATF50纳滤膜处理印染废水。 对COD分别为14 000 mg/L和5 430 mg/L的两股废水进行纳滤后，COD截留率分别达到95%和80%-85。 %，出水符合香港排放标准。

膜技术不仅可以处理印染废水，还可以回收其有用成分。 董波等人利用聚丙烯腈超滤膜回收油漆废稀释剂。 结果表明，涂​​料稀释剂中的溶剂可以通过超滤回收，回收的混合溶剂的成分与原稀释剂基本相同，可用于洗罐和部分涂料外加剂。

5、膜分离技术在石化废水处理中的应用

石油工业废水主要包括石油开采和炼制过程中产生的含有各种无机盐和有机物的废水。 其成分复杂，治疗难度大，用一般方法很难达到理想的治疗效果。 膜技术可以有效处理废水并回收有用物质。 石油工业废水含有苯酚，毒性很大，必须除去后才能排放。 如果采用纳滤技术，不仅苯酚的去除率可以达到95%以上，而且可以在较低的压力下高效去除废水中的镍。 去除汞、汞等重金属高价离子的成本远低于反渗透等方法。 奥亚等人。 成功制备了聚酰亚胺纳滤膜，该膜具有高通量、耐高压、高温、耐有机溶剂的特点。 截留相对分子质量为170-400，能有效分离汽油。 和煤油。 张玉清等. 开发聚砜-A10复合膜超滤技术，利用复合膜对华北油田北大站外排水砂滤后的水样进行超滤处理。 原水和油的质量浓度为640mg/l。 最终油质量浓度小于0.5毫克/升，完全满足回注水的要求。 拦截率均在99%以上。 复合膜运行一定时间后，清洗后的水通量恢复率较高。 李发勇等. 国内率先采用膜技术处理采油废水。 他们首先采用外管式聚砜（ps）超滤膜处理采油废水； 然后用磺化聚砜(sps)平板和外管超滤膜再次处理油。 对于污水，结果表明，SPS膜的通量随着磺化度的增加而增加，且优于PS膜。 产水基本满足国家排放标准和低渗透油田注水标准。

6、膜分离技术在其他工业废水处理中的应用

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随着制药工业的发展，制药废水不断增加，已成为工业废水的重要组成部分。 膜分离技术是处理此类废水的新技术。 近年来，超滤方法在中药制剂领域的应用逐渐发展。 任东伟等人利用超滤技术对新型生物农药苏云金芽孢杆菌（bt）农药进行了工业化生产试验。 结果表明，每罐6t发酵罐产生的料液仅需2小时即可浓缩，细菌数为60(l/ml)，浓缩至150(l/ml)。显微镜检查显示，细菌数为150(l/ml)。张茂林等人在东北制药厂采用超滤技术生产传统维生素C（VC），工艺改进后，VC收率提高5%，节省蒸汽、水、能源减少环境污染，膜的使用寿命在3年以上，另外超滤等技术的处理效果更加理想刘路等采用超滤和纳滤相结合的方法对林可霉素发酵液进行分离浓缩超滤拦截去除了固体颗粒、蛋白质等大分子物质，起到了净化作用，纳滤基本拦截了所有的林可霉素。 。

膜分离技术在饮用水处理中的应用

膜分离技术在水的净化净化中发挥着独特的分离作用，即去除水中的悬浮物、细菌、病毒、无机物、农药、有机物和溶解气体。 微滤可以去除悬浮物和细菌，超滤可以分离大分子和病毒，纳滤可以去除一些硬度、重金属、农药等有毒化合物，反渗透可以去除几乎所有种类的杂质，电渗析可以去除氟，电化学膜工艺可以对水进行消毒并产生酸性水和碱性水。 膜接触器可以去除水中的挥发性有害物质。 因此，欧洲、美国、日本等国家和地区将膜分离技术视为21世纪饮用水净化的首选技术。 我国反渗透的应用始于20世纪70年代，20世纪90年代起在饮用水处理中得到普及。 目前已用于家庭纯净饮用水的处理。 1999年1月18日正式投产的秦皇岛热电纯净水公司饮用水生产设备，采用加拿大格兰特科技有限公司GRT-WP-13K反渗透净水设备，由预-处理、反渗透和灭菌处理系统。 部分合成后，纯化水产量为2t/h。

结论

半个世纪以来，膜分离完成了从实验室到大规模工业应用的转变，成为高效、节能的新型分离技术。 膜分离技术在水处理中的应用不仅保护了环境，而且还回收了有用的物质。 除上述应用外，膜分离技术在电镀废水、电泳漆废水、纤维工业废水、食品加工、医疗医药、摄影废水和放射性废水等方面也有许多应用。 但膜技术毕竟还是一门年轻的、正在发展的综合性学科。 膜分离技术正处于发展的上升阶段。 无论在理论上还是在应用上仍有大量工作要做。 因此，有必要不断探索和开发新技术。 工艺、开发新材料，进一步发展和完善膜技术，使其在各个领域发挥更大的作用。

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