膜与污染控制和资源化

膜与污染控制和资源化摘要介绍和和讨论了膜技技术在我国环环境污染控制制和资源化方方面所发挥的的作用，从战战略角度对膜膜技术在该领领域今后的发发展提出了建建议。关键词：膜技术术；污染控制制；资源化1．引言膜与膜过程是材材料科学和过过程工程科学学等诸多学科科交叉结合、相相互渗透而产产生的新领域域。膜分离过过程以选择性性透过膜为分分离介质，当当膜两侧存在在某种推动力力（如压力差差﹑浓度差﹑电位差等）时时，原料侧组组分选择性地地透过膜，以以达到分离提提纯的目的。与与传统的分离离技术比较，膜膜技术具有高高效、低能耗耗、过程简单单、操作方便便、环境污染染少、易于与与其它技术集集成等突出优优点，特别适适合于现代工工业对节能、低低品位原材料料再利用和消消除环境污染染的需求，成成为实现经济济可持续发展展战略的重要要组成部分。膜膜材料按原料料可分为有机机膜和无机膜膜，按功能可可分为分离膜膜与反应膜等等，按分离过过程可分为微微滤(MF)、超滤(UF)、反渗透(RO)、纳滤(NF)、渗析(D)、电渗析(ED)、气体分离(GS)、渗透气化(PV)、膜反应、控控制释放、反反应分离等。膜膜科学技术在在人类的资源源、能源、环环境、健康和和传统技术改改造等领域发发挥着关键性性作用，成为为推动国家支支柱产业发展展、改善人类类生存环境、提提高人们生活活质量的共性性技术。本文就膜技术在在环境污染控控制和资源化化方面发挥的的作用作一介介绍与讨论，并并从战略角度度对今后的发发展提出建议议。2．膜法水污染染控制与资源源化2.1生活污水水处理及回用用随着社会经济的的发展和人口口的增长，水水资源短缺已已经成为一个个全球化的问问题，而我国国的缺水形势势尤其严峻。我我国城市的缺缺水量与我国国城市生活污污水排放量基基本相当，如如果城市污水水能够完全回回用，则城市市缺水问题将将能够得到充充分缓解。膜膜及其集成技技术可以实现现这样一个目目标。目前城市生活污污水处理一般般采用活性污污泥法，只能能达到排放标标准，不能回回用。利用膜膜生物反应器器（MembrraneBBioreaactor简称MBR），将膜分分离与生物降降解结合在一一起，出水水水质可以达到到中水标准，使使水资源得到到再生。MBR技术在环境境过程中的应应用，主要是是采用超滤和和微滤对生活活污水进行处处理。在生活活污水处理方方面，主要涉涉及城市污水水、楼宇污水、公厕污水、污水厂升级级改造以及其其他有回用要要求的污水处处理场合。目前商业化的MMBR生产厂家主主要有Kubotta（日本）、Zenon环境公司（加加拿大）、Mitsuubishrayonn（日本）、Suez--LED/IIDI（法国）等等公司。前三三家公司占领领了聚合中空空纤维膜的浸浸没式MBR市场，后一一家公司则在在外置式中空空陶瓷膜MBR市场中取胜胜。kuboota平板式淹没没膜生物反应应器是日本kubotta公司的一项项创新技术。1990年第一次正正式进行商业业性应用，至至今已在全世世界200多个污水厂厂得到了应用用。该工艺可可以在150000-200000mg/LL污泥浓度范范围内运行。日本Mitsui公司在1980年开发了建筑物内污水处理系统－超滤生物系统（UltraBiologicalSystem,Ubis系统）。Ubis系统可使厨房、浴室、盥洗室的废水循环使用。处理后的废水没有病毒和细菌。处理水在一个缓冲池中，池中加入少量的次氯酸钠，随后这些水就可回用于冲洗厕所。从1994年以来，ZenonGem浸没式MBR已经应用于楼宇污水，小区污水，商业污水，工业污水等各个领域，流量10-200m3/d。其出水用于冲厕和农田灌溉。到1999年时，该公司的ZenonGem工艺用于城市生活污水的应用工程最大处理规模是平均流量3600m3/d。目前在北美，MBR处理生活污水的应用主要是流量在10－200m3/d的小型处理装置。已有50余座此类设施正在运行，主要分布于住宅开发区，办公开发区，购物中心，学校，宾馆。我国天津清华德德人环境工程程有限公司在在国内率先将将MBR技术应用于于城市节水系系统中，目前前有多个项目目已经建成，并并取得了显著著的环境和经经济效益。该该公司中空纤纤维膜反应器器污水处理系系列产品范围围为5－1000m3/d，处理吨水水耗电为0.4－0.8kW•h。主要应用于于机场、车站站、工矿、企企业、宾馆酒酒店、住宅小小区、医院、写写字楼等污水水回用工程。其其中青岛流亭亭机场中水回回用工程，处处理量最大，为2700m3/d。北京为申办2008年奥运会而全面改造城市厕所，该公司设计了循环水冲厕装置（日处理量5吨）。目前北京长安街200座厕所得到改造并投入运营。据估算，用膜生物反应器处理污水的成本合1.1元人民币/吨水，以北京目前平均水价5元/吨计，社会效益和经济效益可同时体现，是我国未来城镇化发展的重要支撑技术。若进一步采用纳纳滤和反渗透透技术，中水水可以净化为为饮用水。法法国巴黎已经经采用纳滤膜膜技术建立了了14万吨/日的饮用水水净化装置，为50万人提供生活用水，英国伦敦建设的16万吨/日的超滤装置为75万居民提供优质饮用水，膜技术为城市生活污水的完全回用提供了可行的解决方案。2.2工业污污水控制及回回用近年来，我国每每年排放污水水量约400～500亿吨，其中中工业与生活活污水几乎各各占一半，经经处理排放的的仅占15～20％。由于污污水到处横流流，我国七大大水系目前有有近一半河段段被污染，水水环境严重恶恶化。在“九五”期间水污染染防治费用超超过1000亿元。另外外，我国的多多数油田已进进入二次、三三次采油期，并并出现一些低低渗透油田，油油田回注水处处理已成为制制约我国石油油工业发展的的重要技术问问题。例如，1998年全年生产产原油1.4亿吨，产液液量约8亿吨，而这这些水必需经经过处理才能能回用，其市市场约10亿元人民币币。在前面我我们已提到通通过膜生物反反应器可以有有效地控制生生活污水和实实现回用，同同样，膜技术术是先进的工工业污水治理理技术，已在在石油化工废废水、造纸废废水、食品废废水、纺织印印染废水、印印钞废水以及及其它工业废废水处理中发发挥了重要的的作用。膜处处理的污水回回用可作为工工业冷却水、锅锅炉用水、灌灌溉用水、建建筑用水和市市政用水等，已已产生了显著著的社会、经经济和环境效效益。2.3膜法海海水与苦咸水水淡化我国的水资源总总量虽然居世世界第六位，但但是人均水资资源不到全世世界人均量的的1/4，尤其是我我国西北地区区。膜技术已已成为海水和和苦咸水淡化化、纯水和超超纯水制备最最经济手段。早早在1971年日本鹿岛岛钢铁厂建成成了世界上第第一个大规模模苦咸水反渗渗透淡化厂，目目前的生产能能力为1.724万m3/d，自投产以以来一直能以以96％的高截留留率成功运转转。至今世界界最大的反渗渗透苦咸水淡淡化装置为位位于美国亚利利桑拿州的运运河水处理厂厂。该处理厂厂采用醋酸纤纤维素反渗透透膜，水量为为28.8万m3/d。建于沙持持阿拉伯Jeddaah市的世界最最大的海水反反渗透工厂，二二期工程扩建建后总生产能能力达到17.1万m3/d。截至到2002年美国已有有超过100万m3/d规模的纳滤滤膜装置在运运转。1997年法国铁矿矿区用纳滤膜膜技术处理高高含量的硫酸酸盐硬水制备备饮用水，产产量为1255m3/h。1999年11月，在法国国巴黎的MeerySuurQisse水厂建成成了利用河水水制造高品质质饮用水的纳纳滤厂，以璜璜化聚砜为膜膜材料膜组件件2250根，每天可可生产14万m3符合欧洲标标准的饮用水水。当今世界界最大的纳滤滤脱盐软化装装置位于美国国佛罗里达州州，日产水量量为15.1万m3。近十几年来我国国在反渗透膜膜、纳滤膜研研制和应用研研究等方面开开展了大量的的工作，取得得了显著进展展，在海岛高高硬度苦咸水水淡化领域已已实际应用。杭杭州（火炬）西西斗门膜工业业有限公司分分别在舟山嵊嵊泗和山东长长岛地区建成成了国内首座座大规模反渗渗透海水淡化化示范工程和和国内首座纳纳滤淡化海岛岛高硬度苦咸咸水示范工程程。其中舟山山嵊泗海水淡淡化示范工程程一期应用芳芳香族聚酰胺胺复合纳滤膜膜，日产淡水水500mm3，年产淡水水18万m3，该示范基基地全面建成成和投产后预预计可年产淡淡水140万m3。目前，膜法用于于海水淡化的的耗电已降到到3kWhh/m3淡水，总造造水量3×107m3/d；苦咸水淡淡化耗电已降降到0.5～3kWh//m3淡水，总造造水量达5×107m3/d。随着该项项技术的全面面推广，将成成为21世纪解决缺缺水地区饮用用水的主要手手段。3．膜法除尘及及废气控制与与资源化气体中固态粒子子的脱除、回回收一直是工工业粉体生产产、废气排放放、环境保护护的重要课题题。先进的多多孔陶瓷膜分分离技术为气气－固分离提提供了一条高高效的技术路路线。陶瓷膜膜除尘效率高高，除尘率一一般可超过99.5％，是其它它除尘、收尘尘技术无法比比拟的。目前前国外陶瓷膜膜已在煤炭气气化、废物燃燃烧、废物热热解、贵金属属回收、热土土壤重整、流流化床金属净净化、锅炉装装置、化工制制造等领域得得到应用。我我国陶瓷膜用用于气固分离离的研究和应应用还处在起起步阶段。煤煤炭是我国的的主要燃料，但但目前国内燃燃煤装置（包包括各种燃煤煤炉窑）除尘尘设备十分落落后，除尘率率仅95～98％，很少达达到99％。因此，加加强陶瓷膜在在这一领域开开发应用是控控制我国烟尘尘和酸雨污染染的重要措施施。在废气处理与资资源化方面，膜膜技术已发挥挥了关键性的的作用，特别别是膜技术将将为CO2和NOx等温室气体体的治理提供供新的方法。合成氨生产产中弛放气的的排放量通常常为150-2200标准立方米/吨氨。其中中氢含量高达达57%,而氢的热值值又比甲烷低低的多，把弛弛放气直接烧烧掉很不经济济，因此，如如何合理而经经济的回收弛弛放气中的氢氢是合成氨厂厂十分重视的的课题。膜分分离技术用于于弛放气中氢氢的回收，目目前技术已成成熟，纯度可可达98％以上。美美国Monsaanto公司最早把把中空纤维膜膜用于弛放气气中回收氢，现现已扩大推广广的十几套装装置，大部分分是日产超千千吨的合成氨氨厂。对于炼炼油厂尾气中中氢的回收，膜膜技术优势是是投资少、操操作和设备维维护费用低，尾尾气压力几乎乎与原料气相相等。AirPrroductt公司生产的的螺旋卷式膜膜分离器(Sepaarex)在80年代初，在在美、日等国国投入工业应应用，用于从从炼厂气中分分离和提浓氢氢气。1988年Esso公司在英国Fawlaay炼厂建立了了一套Separrex膜分离装置置，用于从加加氢裂化尾气气中回收氢气气，处理能力力为649000Nm3/h，氢气回收收率达90％，氢气浓浓度95％以上。山山西原平化学学工业集团有有限责任公司司投资90万元与天邦邦膜技术国家家工程研究中中心有限责任任公司合作开开发，采用天天邦膜技术国国家工程研究究中心有限责责任公司膜分分离技术回收收合成氨弛放放气中的氢气气，经压缩后后重返氨合成成系统，提高高了合成氨产产量。该公司司的中空纤维维膜分离装置置设计总处理理气量为1800mm3/h，由４个膜膜分离器串联联使用，单膜膜处理能力为为450mm3/h．回收的稀稀氨水浓度在在10％以上，回回收的渗透气气H2含量在88％以上，弛弛放气H2回收率达到到了94％，取得了了良好的经济济效益。二氧化碳作为重重要的温室效效应气体受到到了各国政府府和科学家的的重视，根本本的解决办法法是将其分解解为氧气和一一氧化碳气体体，但二氧化化碳分子结构构极为稳定，很很难分解，膜膜催化反应的的概念可以将将这一设想变变为现实。利利用混合导体体透氧膜与反反应过程的集集成，可以将将二氧化碳分分解的氧气移移出反应区而而打破化学反反应平衡的限限制。近期我我国科学家与与美国科学家家合作，实现现了900度下CO2的热分解，转转化率达到10％，展现出出诱人的前景景，这是一个个有可能取得得重大创新突突破的新领域域。解决NOOx问题的根本本方法是无氮氮燃烧，采用用透氧膜获得得纯氧直接用用于燃烧，在在低成本消耗耗的前提下可可有效地控制制NOx的产生。4．结论与展望望膜技术在污水（生生活及工业污污水）和废气气控制与资源源化方面已扮扮演了重要的的角色，但目目前我国在这这一领域与国国际相比还存存在一定差距距。针对我国在在资源、能源源、环境和传传统技术改造造等领域的重重大需求，2003年国家科技技部设立了“面向应用过过程的膜材料料设计与制备备基础研究”973项目，其目的的是建立面向向应用过程的的膜材料设计计与制备的理理论框架，形形成我国膜及及膜材料设计计与制备的技技术平台，在在膜材料的基基础理论研究究方面取得突突破，设计出出具有重大应应用价值的特特种膜材料与与装备，实现现我国膜领域域的跨越式发发展。就环境保护护与资源化这这一重大需求求，膜科技人人员应加强基基础理论和膜膜材料创新研研究，设计出出适合环境控控制与资源化化应用的特种种膜材料，开开展流程综合合创新与重大大工程的工作作。建议开展展的研究工作作有：（1）研制多种高高通量、抗污污染、高强度度、低成本的的膜材料，解解决膜法污水水处理与回用用中的关键问问题，建立10万吨/天MBR城市污水处处理与回用装装备；（2）开发新的的反渗透膜材材料（海水脱脱盐率≥99.6%；产水量：19～25L//m2·h），建立立海水膜法淡淡化10万吨/天成套装备备；（3）开发新的高高性能亲水纳纳滤膜，建立立10万吨/天城城市饮用水装装备；（4）研制开发发适合CO2分解的高温温长期稳定混混合导体透氧氧膜材料。总总之，膜技术术涉及多个学学科领域和行行业，需要国国家的统一安安排和协调，国国家应通过制制定更为严格格的环保政策策，并加强执执行力度，促促进膜技术在在环境污染控控制与资源化化领域的发展展与应用。参考文献：1.徐南平，中国膜膜科学重大技技术问题的研研究与展望，《中中国膜科学与与技术报告论论文集》，1（2003）。2.高从堦，膜分离离技术与水资资源，《中国国膜科学与技技术报告论文文集》，197（2003）。3李静,杜启云云,戴海平，污污水处理中膜膜生物反应器器的研究进展展，天津工业业大学学报，12,222（2003）。4.TomSteephensson,SSimonJudd,,BrucceJefffersoon,ettal.MembrraneBBioreaactorssforWasteewaterrTreaatmentt,5（2003）。5.黄霞，膜生物反反应器污水处处理与回用技技术的研究进进展，《中国国膜科学与技技术报告论文文集》，197（2003）。6.MohammaadAbddul-KaareemAl-Soofi,SSeawatterDeesalinnationn-SWCCCexpeeriencceanddvisiion,DDesaliinatioon,1335:1221-1399（2001）。7.徐南平，邢卫红红，王沛，无机膜在工工业废水处理理中的应用与与展望.膜科学与技技术，20（3）：23－28（2000）8.王建黎，徐又一一，膜分离技技术在水处理理领域的应用用，膜科学与与技术，23（5）65-68（2003）9.Boussahhel,RR.,Booulandd,S.,,Removvaloffpestticideeresiiduesinwaateruusingthennanofiiltrattionpprocesss,Deesalinnationn,1322:2055-209（2000）.10.武江津，刘桂中中，孙长虹：：超滤技术在在水污染控制制与水回用中中的应用，膜膜科学与技术术，23（4）：156－161（2003）。11.Kiso,YY.,Niishimuura,YY.,Kiitao,T.,eetal,,Rejeectionnproppertieesofnon-pphenyllicpeesticiideswwithnnanofiiltrattionmmembraanes,J.Meembr.Sci.,,20000,1711:2299-23712.LahiereeRJ,,GooddboyKKP.CCeramiicmemmbraneetreaatmenttofppetrocchemiccalwaastewaater.EnvirrProgg,12((2):886-89（1993）。13.赵宜江，嵇鸣，张张艳等。氢氧化镁沉沉淀－陶瓷膜膜微滤对印染染废水脱色的的研究，膜科科学与技术，20(1)：41-45（2000）14.徐南平，邢卫红红，赵宜江，无无机膜分离技技术与应用，北北京：化学工工业出版社，1（2003）。15.王世昌，周清，王志，海水淡化与与反渗透技术术的发展形势势，膜科学与与技术，23（4）：162－165（2003）。16.王大新，王晓琳琳，面向饮用用水制备过程程的纳滤膜分分离技术，膜膜科学与技术术，23（4）：61－66（2003）。17.I.Voiggt,M..Stahhn,Stt.Wohhner,eetal..InteegrateedcleeaninggofccolourredwaastewwaterbyceeramiccNFmeembrannes.SeparrationnandPurifficatiionTeechnollogy，25：509-5512（2001）。18.GraiynaaZakrrzewskka-Trzznadell,MarrianHHarasiimowiccz.Remoovaloofraddionucclidessbymmembraanepeermeattionccombinnedwitthcompplexattion.Desallinatiion，144：207-2212（2002）。19.张国胜，谷和平平，邢卫红等等，氧化锆微滤滤膜处理冷轧轧乳化液废水水的研究.水处理技术术，26(2)：71-75（2000）17王世昌，周清，王志，海水淡化与与反渗透技术术是发展形势势，膜科学与与技术，23（4）：162－165（2003）。18.R.W.BBaker,,“Futurredirrectioonsoffme