超滤在水处理领域的应用

1、安徽大学安徽大学本科课程论文本科课程论文题题目：目： 超滤膜在水处理领域的应用超滤膜在水处理领域的应用 Title: Application of ultrafiltration in water treatment学生姓名：学生姓名：余红云 学号：学号： C3121455 院（系）：院（系）： 化学化工学院化学化工学院 专业：专业：高分子材料与工程高分子材料与工程 课程：课程： 现代分离技术现代分离技术 教师姓名：教师姓名：陈鹏鹏陈鹏鹏 联系方式：联系方式： 完成时间：完成时间： 2015 年年 6月月 1 日日超滤在水处理领域的应用超滤在水处理领域的应用摘要摘要本文主要就超滤膜技术进行了介

2、绍。针对目前超滤膜在水处理方面的广泛应用进展，分别从医药工业用无菌水、饮用水、电子工业用水、食品废水等方面介绍了超滤膜应用动态；并指出超滤膜应用过程中膜污染的问题以及今后研究的方向。关键词关键词 膜分离膜分离 超滤膜超滤膜 水处理水处理 超滤膜的污染超滤膜的污染Application of ultrafiltration in water treatmentAbstractThis paper mainly introduces the technology of ultrafiltration membrane. According to the ultrafiltration membra

3、ne to water treatment is widely used, respectively from the pharmaceutical industry with sterile water, drinking water, electronic industrial water, food wastewater, and other introduced ultrafiltration membrane applied dynamic; and points out that the application process of ultrafiltration membrane

4、 fouling problems and future research direction.Keywords: membrane separation; ultrafiltration membrane; water treatment; ultrafiltration membrane fouling目目 录录1 1 膜分离技术膜分离技术.41.11.1 概述概述.42 2 超滤超滤 .42.12.1 超滤分离机理超滤分离机理.42.22.2 超滤膜的性能表征超滤膜的性能表征.42.3.3 超滤膜的材料超滤膜的材料.42.42.4 超滤装置超滤装置.43 3 超滤的应用超滤的应用 .53

5、.1 医药工业及饮用水的生产医药工业及饮用水的生产 .53.1.1 医用水的制备.53.1.2 饮用水的生产.53.2 废水处理废水处理.53.2.1 食品废水的处理.53.2.2 电镀废水的处理.53.2.3 造纸废水的处理.63.3 海水淡化海水淡化.63.3.1 海水超滤预处理.63.3.2 超滤技术海水淡化预处理技术相较于传统技术的优点.64 4 超滤膜发展中的问题超滤膜发展中的问题.6参考文献参考文献.71 1 膜分离技术膜分离技术1.1 概述膜分离技术被公认为 21 世纪中期最有发展前途的高新技术之一。膜分离技术目前已应用到各个工业领域，并以使海水淡化、烧碱生产、乳液加工等传统的工

6、业生产面貌发生了根本性的变化。膜分离技术已经形成了一个相当规模的工业技术体系。膜分离过程按照其开发的年代前后有微孔过滤、透析、电渗透、反渗透、超滤、气体分离和纳滤。膜分离兼具分离、浓缩、纯化和精制的功能，与蒸馏、吸附、吸收、萃取、生冷分离等传统分离技术相比，它具有很多优点：分离效率高；膜分离过程能耗低；工作温度在室温附近，特别适用于对热敏物质的处理；操作简单，时间短等。膜分离技术目前已普遍用于化工、电子、轻工、纺织、冶金、食品、石油化工等领域，膜分离在应用中所占比例大体为：微滤 35.5%，反渗透 13.0%，超滤 19.1%，电渗析 3.4%，气体分离 9.3%，血液透析 17.7%，其他

7、1.7%。在解决一些具体分离对象时，可综合利用几个膜分离过程或者将膜分离技术与其他分离技术结合起来，使之各尽所长，已达到最佳分离效率和经济效率。2 2 超滤超滤超过滤也是一种以压力差为推动力的液相膜分离方法。该方法自本世纪 20年代问世以来，发展很快，目前已在 工业生产、科研、医学、废水处理及回收利用等领域得 到广泛应用。2.1 超滤分离机理超滤是以压力差为推动力的膜分离过程，是在压力推动力作用下进行的筛孔分离过程。在一定压力作用下，当含有高分子溶质和低分子溶质的混合溶液流过膜表面时，溶剂和小于膜孔的低分子溶质（如无机盐）透过膜，成为渗透液被收集；大于膜孔的高分子溶质则被膜截留而作为浓缩液被回

8、收。超滤是介于微滤和纳滤之间的一种膜分离过程，膜孔径在 0.05 微米至 1 纳米之间。超滤膜的分离范围为相对分子量约 5001000000 的大分子、胶体和微粒。超滤膜的分离原理是筛分作用，其截留率取决于溶质的尺寸和形状。超滤膜的表层孔径在 5100nm 之间，利用表面和微孔内的吸附、空中阻塞、表面截留等作用，分离水溶液中的大分子、胶体、蛋白质等。2.2 超滤膜的性能表征表征超滤膜性能的参数有水通量(以 cm3/(cm2h)表示) 和膜截留率(以百分率表示)。水通量用来表征超滤膜过滤料液的速率。膜截留率是指对一定分子量的物质来说，膜所能截留的程度。2.3 超滤膜的材料超滤膜材料主要是高分子材

9、料和无机材料两大类。工业上常用的超滤膜材料有乙酸纤维、聚砜、芳香聚酰 胺、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯和尼龙等高分子材料， 可根据使用要求选择。我国研制的超滤膜有二乙酸纤维膜(CA)、三乙酸纤维膜 (CTA)、氰乙基乙酸纤维膜(CN-CA)、聚砜膜(PS)、磺化 聚砜膜(SPS)、聚砜酰胺膜(PSA)以及聚丙烯腈膜(PAN)、 甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈共聚物膜(MMA-AN)等等。2.4 超滤装置超滤装置的主要膜组件与反渗透法相似，有板框式、管式、螺旋式、毛细管式、中空纤维式等。3 3 超滤的应用超滤的应用超滤应用规模较大，多采用错流操作。它已广泛应用于食品、医药、工业废水处理、超纯水制备及生物工程

10、。3.1 医药工业及饮用水的生产3.1.1 医用水的制备水是医药和医院最为广泛使用的物质，水质的好坏直接关系到药品的质量，临床医用水的质量直接关系到人的生命和健康，所以药典对医用水的要求非常高。医用水有脱盐水、无菌脱盐水和注射用水,其中注射用水的品质最高，它要求无菌、无热原、不含盐、有机物、胶体和溶解气等。当不需要去除离子时，而只需灭菌、除热原和除病毒时，可以使用超滤法来生产医用水。超滤膜可以用来从溶液中去除病毒、热原、蛋白质、酶和所有的细菌。注射针剂在装瓶前，必须灭菌、除热原，选择合适截留分子量的超滤膜，可以取代传统的微滤一吸附法除热原工艺，一次完成除热原和灭菌。对一些热敏性的药物如血清蛋白

11、、胰岛素及丙种球蛋白等，无法使用传统的热压法灭菌，而超滤在常温下操作，不会破坏药物性能，同时灭菌、除热原和澄清。该技术较传统使用的蒸馏法，能耗大大降低，设备体积减少，设备简单，操作方便。3.1.2 饮用水的生产由于近年环境污染的加重和人们对水质要求的提高，传统的絮凝和过滤的方法处理供给城市饮用水已经不能满足要求。新的方法超滤膜不仅有效的去除浊度，还能对水中的细菌和病毒进行有效的去除。试验说明超滤膜在饮用水处理方面有着很好的作用，可以代替絮凝、沉淀和沙滤等传统的固、液分离方法。没有预处理的超滤膜可以有效的去除浊度，短期的膜污染可以通过反冲洗，长期的不可逆的膜污染受膜聚合体类型影响。3.2 废水处

12、理3.2.1 食品废水的处理食品工业中牛奶、饮料、淀粉、酵母、豆腐、肉类等加工过程 中形成的废水，含有大量的蛋白质、淀粉、酵母、乳糖及脂肪等， 都有一定的回收价值，而这类废水 中的 BOD 和 COD 又较高，会对环境造 成污染。用一般生化法较难处理，且无法回收其中有用的物质，用超滤法可以实现回收利用又达到净化 废水的目的。 如采用中空纤维和管式超滤装 置处理蟹加工废水时，入口压力采用 0.18MP，出口压力采用 0.12MP， 浓缩倍数可达十倍，20L 废水浓缩液经离心干燥可获得 180g 的干燥固体、 含 40%的蛋白质和 23%-45%的脂肪。3.2.2 电镀废水的处理电镀废水的用水量高

13、，其中的氰化物、六价铬、镍、铜、锌、镉等重金属离子具有很强的毒性，对人、动物和农作物等都会造成严重的危害。电镀废水的特点是可生化性小，且里面的金属离子难以被微生物吸收。目前国内外治理电镀废水使用技术中，利用铁氧化法处理电镀废水，虽然原料方便和价廉，但是出水色感差、污泥量大。利用电解法处理电 镀废水，处理效果虽然较好，但是投资较大、耗电较多，处理成本持 高不下。采用超滤膜和反渗透膜连用可以使镀镍废水中的电导率、镍、硝酸盐和总有机碳的去除率分别为 97%，99.8%，95%和 87%，通过超滤膜作为预处理，反渗透膜的污染明显减少，并且反渗透膜的通量能提高 3050%。在电镀废水中，超滤膜能对其中聚

14、合体金属分离，渗透的水能被回用，金属离子也能得到回收。超滤膜分离技术从常规的电镀清洗废水中回收重金属作为一种新的技术在发展。3.2.3 造纸废水的处理造纸废水处理碱回收中应用最多的是燃烧法碱回收，此种方法不仅不经济，还没有对有用的物质进行回收。超滤应用于造纸废水中，主要是对某些成分进行浓缩并回收，而透过的水又重新返回工艺中使用，主要回收的物质是磺化木质素，它可以再返回纸浆中被在利用，这样就能创造较大的环境效益和经济效益。3.3 海水淡化3.3.1 海水超滤预处理 海水超滤预处理技术是近几年发展起来的膜法预处理技术，主要用于海水反渗透(SWRO)的预处理过程，该过程克服了反渗透传统预处理工艺出水

15、水质不稳定、胶体和溶解有机物去除效果差以及使用多种化学试剂等诸多缺点和不足，具有广阔的应用前景。3.3.2 超滤技术海水淡化预处理技术相较于传统技术的优点 （1）能够截留海水中固体悬浮物,胶体和微小细菌，降低淤泥污染指数(SDI)，从而降低了 RO 膜污染的趋势，且 UF 出水水质稳定,不受原海水水质变化的影响； （2）可取代传统预处理工艺中的多个步骤，空间利用率高，与传统预处理工艺相比，可节省约 50%的空间，且操作工艺简单可靠，管理方便； （3）减少对环境的影响，传统预处理工艺需加入若干化学试剂(如絮凝剂、杀生剂、水质稳定剂、阻垢剂等)，且最终随浓水排放,无论哪种排放方案，或多或少均会对环

16、境产生不利影响；采用 UF 技术后,化学试剂的使用量将大幅度减少，从而减轻环境压力。4 4 超滤膜发展中的问题超滤膜发展中的问题虽然超滤膜技术在很多领域得到了应用，但限制其发展的主要是膜的污染和污染物质在膜的表面积减小了膜的通量。超滤过程中，膜通量逐渐减少，甚至仅为纯水通量的 5%。造成这种现象的原因是膜污染和浓度差极化。膜污染是指处理物料中的微粒、胶体或大分子因与膜存在物理化学相互作用或机械作用而引起的膜表面或膜孔内吸附和沉积造成膜孔径变小或孔阻塞，使膜通量及膜的分离特性产生不可逆变化的现象。膜的亲水性或疏水性、带电性、膜表面特性及膜膜孔径和结构都会影响膜与溶质间相互作用的大小及膜的污染程度

17、。针对此种情况，很多学者都对超滤膜的污染机理进行阐述及提出了防治的对策和改进的措施。但往往只是定性分析了料液性质的不同和膜表面的化学作用对料液中污染物质的截留率,并没有作出定量分析。这也是今后研究的一个方向。参考文献参考文献11 奕永庆，等奕永庆，等. .超滤膜饮用水设备在余姚山区农村应用效果分析超滤膜饮用水设备在余姚山区农村应用效果分析J.J.中国水利中国水利, ,20072007（1010）. .22 王静王静, ,张雨山张雨山 超滤膜和微滤超滤膜和微滤 膜在污膜在污( (废废) )水处理中的应用研究现水处理中的应用研究现 状及发展趋势状及发展趋势 工业工业水处理水处理 20012001（0303） 4-74-733 戴军戴军, ,袁惠新袁惠新, ,俞建峰俞建峰 膜技术膜技术 用于工业废水处理的现状及进展用于工业废水处理的现状及进展 过滤