水处理环境工程中膜分离技术的应用

刘刚+王平丽

摘 要：伴随科学技术的不断进步，为降低水资源污染，提高生态环境发展水平。可将膜分离技术应用到水处理环境工程中，本文在全面了解膜分离技术应用原理的基础上，对其在生活污水、工业废水等方面的应用进行了分析，并通过具体工程案例进行了深入探讨。

关键词：水处理环境工程；膜分离技术；原理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.111

1 膜分离技术的原理

20世纪初膜分离产生，作为一项新型分离技术，膜分离技术是指通过隔膜使溶剂同溶质或微粒分离的技术，包含电渗析、扩散渗析等。膜分离技术的功能为分离、浓缩、纯化及精制等。其应用原理可分为物理性质、化学物质两种，具体如下：

（1）应用物理性质原理。物理性质是指多方面差异，如质量、体积、几何形状等，可按照混合物的具体物理性质，膜可具备筛子的功能，分离混合物。全部膜分离技术都是在物理功效下，筛选、分离各种粒径的物质。（2）应用化学物质原理。是指混合物由分离膜通过的速度。可将此类速度进行两种形式划分。其一，通过膜表面接触混合物，并向膜内速度进入，也就是我们所说的溶解速度；其二，扩散速度，向膜内进入以后，由膜表面向膜另一侧表面扩散的速度。可通过混合物、分离材料膜的化学性质对溶解速度加以确定，且其扩散速度和物质相对分子质量之间也存有极大关联性。

2 水处理环境工程中膜分离技术的应用

水处理环境工程中，为纯化自来水、处理工业废水、生活污水，可广泛选用膜分离技术。本文以废水处理应用为主进行分析。

（1）生活污水处理。上世纪90年代中期，日本即利用膜分离技术建造了39座污水处理厂，且投入运营取得了良好的效果。据相关学者研究表明，针对城市污水，可选取某种微滤膜装置（800m?/d）进行处理。通过该装置的应用，水质可满足一般生活非饮用水标准。通过30天正常运作，可实现每小时13.9L/㎡、16.7 L/㎡、20.8 L/㎡。在生活污水中，该装置能够去除90%以上的COD，且能拦截、分离污水内的大部分悬浮固体。

（2）工业废水处理。第一，石化废水处理。以胜利油田含油污水试验为例分析，可选取中空纤维超滤作为装置。在设计环节，规模定为1.5t/h，过滤之后，0.56mg/L、0.5 mg/L分别为水内悬浮固体量及含油量。此设计与地渗透油层注水對水质的需求相符。第二，含重金属废水处理。处理过程中选取乳状液膜法进行含重金属锡废水、含锌废水处理效果良好。尤其是在含锌浓度方面，通过该处理法能够由350 mg/L降至5 mg/L，由此可见，降低幅度大，且与国家排放标准相符。

第三，有机废水处理。有机废水处理过程中，醋酸质量浓度可通过乳状液模体系进行处理。环境适宜的情况下，如废水醋酸浓度为1000mg/L，则提取率将在96%以上。

3 案例分析

以含氰废水处理为例，选取膜分离技术进行试验。为去除样品废水内的所有聚合物颗粒，应选取超滤+反渗透的方式，处理向膜内进入未分离的废水。

（1）超滤。选取常规过滤方式，将超滤前原水的可见机械杂质去除，且进行40℃冷却。选取板式超滤膜组件用于试验，7.9cm2为膜有效截面积。通过亚克力制作整个膜组件外壁，超滤膜支撑选用金属丝网，改性聚醚砜为膜材料。12到30kpa为操作压力，pH2—13，温度在60℃以下。13.41g/h为超滤膜纯水透过量。通过以下几点检验超率效果：

第一，透过液和浓缩液的颜色、密度、粘度及COD总量；第二，比较及分析原水、透过液、浓缩液间的颜色、密度、粘度及COD总量。

试验结果为相比浓缩液、原水COD，透过液COD较小，且粘度减小，透过液基本与无色相近，与原水颜色相比，浓缩液较深一些，此时原水内的杂质可通过超滤法去除，具有明显效果。

（2）反渗透。超滤处理之后，以除去废水内的丙烯腈等聚合物，废水过滤后仅剩部分小颗粒聚合物，5到6之间为溶液pH值，0.235到0.240cp为其粘度值，40℃为其温度，0.35%到0.50%为CN-范围，3000到3500 mg/LCOD范围。选取BW30-400-FR型号反渗透膜，管状为其反渗透膜形状，1mm为其外径，0.2mm为膜厚度，列管式为膜组件，5cm2为膜有效截面积，每小时纯水透过流量为71.2g。为确保检验效果，与工业实际值相比，CN-浓度应高出一些，因此试验过程中，可将相应量的氢氰酸添加到纯净水内，进行含氰废水CN-（0.55%）的制作。要求在2种条件下进行试验，分别如下：第一，直接试验；第二，含氰废水的pH值通过NaOH溶液进行调节，要求控制在8到9pH值之间即可进行试验。通过NaOH溶液的添加，可对原水pH值进行充分调节，将提高反渗透膜对CN-的截留率，从原有的88.9%可提升至93.8%左右，具有良好效果。

（3）膜组件排列。废水通过一级反渗透处理之后，0.03%为总氰浓度，但该值与国家排放标准不符，基于此，应选取连续—分级式排列，通过若干个反渗透膜组件进行串联操作。原水选用应与以上2次试验相同，通过两个方案进行试验，为快速找出NaOH合理用量提供便利。具体方案为：第一，把第一级反渗透膜进水pH值直接向8到9调节；第二，确保不改变第一级反渗透膜进水pH值，只将第二级反渗透膜进水pH值调节到8到9，随后对2个方面透过水的CN-含量进行对比、分析。

试验过程中，测定第一、第二级浓水流量难度较大，因此，可根据各级回收率70%到75%进行操作，并对系统总回收率进行计算，公式如下：

可得出49%到56%的总回收率，与工业化原水回收率40%到50%需求相符。最终可获取透过水的CN-浓度，即0.0041%，但其与指标要求相近，因试验过程中极易出现一定偏差，因此不可选用第二种方式。

4 结束语

综上所述，伴随国民经济发展速度的不断提升，生态环境却逐渐恶化，尤其是水资源污染、浪费情况极为严重，作为不可再生资源，水是生命之本，对地球上的所有生物而言极为珍贵。但在工业化高速发展的今天，越来越多的工业化学物料有害物质被排入、渗入水内，为更好地提升水处理环境工程质量，膜分离技术得到了广泛应用。作为新型分离技术，膜分离技术是指通过一张具备特殊选择性的薄膜，通过外力功能，分离、提纯并浓缩混合物。通过该技术的应用，对环境保护极为有利，将带来良好的经济效益。

参考文献：

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