膜分离技术在环保领域的应用

1、膜别离技术在环保领域的应用摘要：自产业革命以来，以西方各国为主体的兴旺国家显著加快了工业化的速度。其结果带来了生活上的舒适与便利，但同时也引起了自然生态系统的破坏，地球温度升高、臭氧层被破坏、废弃物的激增等等都是明显的实例。1992年在巴西举行的世界环境首脑会议及通过的里约热内卢宣言说明了人类对环境保护的重视。作为详细行动，世界各国正大力推广国际标准化组织制定的IS14000系列的企业环境管理认证体系。归根结底，环境污染是由于人类在活动时排出的各种物质的质和量超过自然界的自净才能而产生的。因此，环境保护的最正确方法在于将排出的物质回收并再利用，或恢得到自然界原有的存在形态。实际施行时，除生物、

2、化学处理外，常采用减少容积，稀释降浓等物理方法。不言而喻，目前仍存在大量的现实问题亟待解决。关键词：膜别离环保自产业革命以来，以西方各国为主体的兴旺国家显著加快了工业化的速度。其结果带来了生活上的舒适与便利，但同时也引起了自然生态系统的破坏，地球温度升高、臭氧层被破坏、废弃物的激增等等都是明显的实例。1992年在巴西举行的世界环境首脑会议及通过的里约热内卢宣言说明了人类对环境保护的重视。作为详细行动，世界各国正大力推广国际标准化组织制定的IS14000系列的企业环境管理认证体系。归根结底，环境污染是由于人类在活动时排出的各种物质的质和量超过自然界的自净才能而产生的。因此，环境保护的最正确方法在

3、于将排出的物质回收并再利用，或恢得到自然界原有的存在形态。实际施行时，除生物、化学处理外，常采用减少容积，稀释降浓等物理方法。不言而喻，目前仍存在大量的现实问题亟待解决。众所周知，膜别离技术是物质别离技术中的一个单元操作。膜别离法的最大特点是驱动力主要为压力，不伴随需要大量热能的变化。因此有节能、可连续操作、便于自动化等优点，本文将介绍一些适用于环保领域的膜技术应用实例。1.环境保护和膜的适用用处环保的一个非常重要的内容就是废物固体、废液液体及废气气体处理，即将三废物再利用，减少向周围环境排出的数量或将排放物的有害物质经过别离、无害化处理后排放。表1中给出了典型的三废物质及膜别离技术的适用范围

4、。从表1中可以看出，因膜技术的处理对象为流体，故主要适用于废水、废液及废气的处理。图1给出了别离膜的分类。根据待别离物质的大小，依次可使用微滤、超滤、纳滤、反浸透及气体别离膜。需要说明的是，膜别离只具有物质别离的功能，假设构成一个完好的环保处理系统，常常需要与其它处理技术组合使用。表1废弃物形态及膜别离技术的适用性废弃物形态废弃物种类膜的可适用性固体废物纸张塑料金属不适用液体废水悬浊物微滤膜F超滤膜UF溶解性成分三卤甲烷、农药等超滤膜UF纳滤膜NF反浸透膜R废液各种化学溶剂纳滤膜NF反浸透膜R气体废气有机蒸汽氟利昂硫化物二氧化碳气体别离膜图1别离膜的分类2.适用于废水排放用处的膜别离技术表2给

5、出了各种废水排放膜处理的应用实例。排放水处理以往采用沉淀法、活性污泥法、蒸发法等，如今膜法或与上述方法配合使用，或者完全代替使用。使用膜法时，除得到膜透过液外，对于浓缩液有时可通过萃取方法提取有用物质，而多数情况那么是固化后燃烧处理。表2膜别离法用于废水排放处理的应用实例应用领域适用别离膜透过液浓缩液金属工业模铸废水水溶性切削油铜压延含油废水NF，RUF，NF，RNF，R放流/活性污泥活性炭吸附同上固化燃烧或转专业处理同上同上金属外表处理电镀回收液电镀水洗废水脱脂废水废稀料NF，RNF，RF，UFUF再利用洗净水同上再利用再生稀料再利用溶液转专业处理固化燃烧或转专业处理固化燃烧半导体工业硅研磨

6、废水水洗废水UFR再利用研磨用水再利用转专业处理转专业处理建筑物内生活废水建筑物内生活废水粪便下水二次处理水UF，NF，RUFR中水道排放工业用水，源水用水下水道排放活性污泥槽排放2-1.下水的高度处理根据排放物质的成分的不同，处理方式有所差异，但一般是将膜技术与絮凝剂沉降、加压浮选和生物处理等技术配合起来使用。絮凝沉降时需根据水质的变化控制絮凝剂的投入量。生物处理时的处理效果常受温度、浓度等因素的影响，水质较难保持稳定。膜别离法作为不受水质变动影响，且可去除可溶解成分的下水高度处理法已逐渐进入实用化阶段。日本第一套使用反浸透膜技术的大型实验装置于1993年-1995年在日本千叶县花见川下水处

7、理场完成了实际运转实验。该装置的处理流程如图2所示。该系统处理前后的水质分析结果如表3所示。反浸透膜产出水2103/日的水质到达了自来水标准。反浸透装置实现了自动连续运行。从下水变成上水的处理本钱为37日元/米3约为2.4元/米3。作为纳滤NF膜与反浸透R膜联用的应用实例可举大阪下水道馆的水处理装置。该装置将二次处理生物处理水后的下水用NF、R膜再次处理，处理后的水用于展览馆大型水槽内的热带鱼饲养。该装置的工艺流程如图3所示。处理前后的水质分析结果见表3。表3水质分析结果平均值指标工程单位下水二次处理水R原水R膜透过浸透水除去率(%)比R原水水道水质标准源水用的水利用目的值固体形状物质指标SS

8、g/l4.20.40.4-TDSg/l349.4395.7219.244.65002-有机物指标Dng/l9.47.42.171.210-BD5g/l3.71.60.5-3g/lTg/l7.54.90.4191.7-富有营养化指标T-Pg/l0.30.020.01-T-Ng/l18.620.213.732.1-NH2-Ng/l14.915.79.639.1-N2-Ng/l0.81.61.58.310-N3-Ng/l0.61.41.4-10-无机物指标PH-7.37.26.9-5.8-8.65.8-8.6-含碱度g/l135.2108.451.252.8-电导率s/697.4791.9445.6

9、43.7-Nag/l65.473.044.838.6-ag/l24.527.410.063.53004-lg/l86.3113.983.226.9200-S4g/l44.758.40.3100.0-Sig/l11.810.18.614.7-Feg/l0.10.10.1-0.3-ng/l0.10.10.1-Alg/l0.10.10.1-2-2膜技术与净化槽技术的联用在日本，一些下水处理系统不完备或难于长间隔 向下水处理厂输送的地区，生活废水多依靠净化槽进展下水处理。安装有浸渍平膜组件的膜别离型净化槽的示意图如图4所示。在活性污泥曝气槽内浸入呈格栅形的平模组件，依靠透水侧的负压吸引，将因曝气而形成

10、的循环原水透过膜面而实现过滤。这种在活性污泥处理技术上附加的膜别离技术可控制活性污泥的浓度，进步生物反响的效率，同时又可得到水质稳定的处理水5。日本厚生省卫生福利部正在主持可适用于家庭厕所、厨房及浴室排水处理的小型膜别离型净化槽验证实验，并方案于1998年实现大面积推广。表4高度处理水质原水F膜透过水R1浸透水R2浸透水外观，臭气弱下水臭-SSg/l16-Dg/l10811T-Pg/l0.860.40.020.01NH4-Ng/l7.41.70.60.1N3-Ng/l0.83.73.00.2N2-Ng/l0.233.32.2035大肠菌群个数个/l4900ND-NDPH7.176.525.91

11、575电导率s/950840273143.适用于上水饮用水用处的膜别离技术饮用水也日益受到环境污染的影响，江河水、地下水的污染多数是因为三废物质排放所引起的。特别是作为污染物质，不仅是混浊物质，还常伴随有三卤甲烷及农药等可溶解成分，以往的絮凝沉降、砂滤等方法不能除去可溶解成分，故还常需用活性炭吸附机臭氧氧化分解处理。膜别离技术在饮用水方面的应用主要集中在以下两个方面：1.用微滤F膜和超滤UF膜代替絮凝沉降和砂滤。此法可称为简易处理。膜法的优点在于不使用絮凝剂等化学药剂，在水质波动较大时仍可自动连续处理，占地面积也校2.用纳滤NF膜或反浸透R膜去除前述方法不可除去的三卤甲烷、农药等可溶解性成分。

12、此法可称为深度处理。局部NF、R膜对三卤甲烷的脱除效果如表5所示。由于膜材质及制造工艺不同，各种NF、R膜对三卤甲烷的脱除率有所不同。在美国已普遍将NF、R膜技术用于地下水为水源的城市供水系统。例如在佛罗里达州，为了去除地下水中的三卤甲烷，80年代就建成了日产水量为3.8万立方米的NF、R膜别离供水厂7。膜装置排出的浓缩水的处理也是技术难点之一，在美国多向海洋或江河下游排放或向地下深井浸透。表5R膜对三卤甲烷的脱除效果率评价结果供应液R膜对三卤甲烷的脱除率三卤甲烷种类浓度芳香族聚酰胺聚乙烯醇系列醋酸纤维素Hl325713318HBrl26.3702811HBr2l10814112HBr3509

13、05217H3l310988550l41998866Hl=l238978352l2=l210999870对应的日东产品型号NTR-759HRNTR-729HFNTR-16984.应用于排气的膜别离技术大气污染的主要原因有：促进地球温暖化的二氧化碳、引起酸性雨的燃烧气体中的含硫成分、造成光化学污染的氮气及有机蒸汽成分、造成大气臭氧层破坏的氯氟碳F成分等等8。关于这些气体的排放基准，世界各国都在制定相应的规那么和环境目的。二氧化碳及二氧化硫别离膜仍未到达实用化阶段9,10)。有机蒸气别离，例如汽油蒸气的回收别离膜已有应用实例11。有机蒸气称作挥发性有机化合物V(Vlatilerganipunds)。V回收膜已被一些公司如日本的日东电工，美国的TR、德国的GKSS所商品化。日本钢管NKK公司开发的汽油蒸汽回收膜别离装置的示意流程如图5所示。含有汽油成分的混合气体经前置过滤器除涯后导入膜别离组件，在膜透气侧设有真空泵造成负压，透过别离膜的V成分在吸收塔内被汽油液体所吸收。关于氟利昂及替代氟利昂的回收，在日本，有在聚合消费线贮槽上设置替代氟利昂的膜回收装置，在欧美，有从涂膜工艺产生的HF-123气体的回收装置已进入实用化阶段。参考文献1多田直树，“大阪工研协会主催一，产业膜利用19962竹岛正，石山荣一，当间久夫，柴田敏幸，PP.26(1),35-41(1995)3多田直树，日东技报，3