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膜分離技術(shù)在水處理中的研究熱點(diǎn)與進(jìn)展
時(shí)間：2024-08-25 來源：北極星水處理網(wǎng) 作者：網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載 閱讀次數(shù)：1510
膜技術(shù)是一種高效、先進(jìn)的廢水處理技術(shù)，在顆粒物、有機(jī)物、微生物等去除上具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。然而，在實(shí)際使用時(shí)隨著膜污染的不斷累積，膜的污染物去除能力會(huì)逐步下降，極大的影響了水處理效果，并導(dǎo)致膜維護(hù)成本居高不下。本文圍繞膜污染問題，介紹了影響膜污染的主要因素以及實(shí)際運(yùn)行過程中的膜污染類型;概述了膜污染主要機(jī)理，并對(duì)其完善歷程展開回顧;簡(jiǎn)述了減緩膜污染的各種措施，并且在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了膜污染預(yù)處理技術(shù)及各類預(yù)處理技術(shù)的特點(diǎn)。以期通過該綜述，對(duì)解決實(shí)際膜污染問題提供借鑒。
引言
在水處理技術(shù)研究發(fā)展過程中，膜技術(shù)被稱為是21世紀(jì)的水處理技術(shù)。雖然發(fā)展時(shí)間較短，但其發(fā)展十分迅速，目前已在水處理領(lǐng)域得到了廣泛的推廣和應(yīng)用，在水處理領(lǐng)域所具有的應(yīng)用前景也非常可觀。作為膜產(chǎn)業(yè)下游的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域，水處理成為膜材料發(fā)展的重要方向。微濾膜主要應(yīng)用于污水、廢水處理等領(lǐng)域;超濾膜技術(shù)在污水、廢水處理及回用和給水凈水領(lǐng)域應(yīng)用廣泛;納濾膜技術(shù)主要應(yīng)用于純凈水、軟化水、無離子水、海水淡化等方面;而反滲透膜技術(shù)可應(yīng)用在海水淡化等領(lǐng)域。概括來說，膜技術(shù)的水處理應(yīng)用主要包括在以下方面：污水處理及回用、給水凈化、海水淡化。
1膜分離技術(shù)特點(diǎn)
膜分離技術(shù)主要是指在分子水平上不同粒徑分子的混合物在通過半透膜時(shí)，實(shí)現(xiàn)選擇性分離的技術(shù)，是一種較為有效的污水處理方法。在實(shí)際應(yīng)用的過程中，具有以下特點(diǎn)：第一，分離效果好。這種處理方法可以在不產(chǎn)生其他物質(zhì)的情況下，將水中的分子加以有效處理，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)納米級(jí)物質(zhì)的分離，如有機(jī)物、細(xì)菌、病毒等等，都能夠被分離出來，具有較強(qiáng)的針對(duì)性。第二，操作簡(jiǎn)單。目前，大部分膜分離設(shè)備都配有中控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)一鍵操作，不需要額外操作，降低了技術(shù)處理難度，且一般情況下都不需要進(jìn)行維護(hù)，具有較強(qiáng)的可靠性。第三，節(jié)約能量。以污水中分子的粒度來看，在膜分離過程中并不會(huì)發(fā)生相變，能夠在最大程度上節(jié)約能量，因此這種處理方式通常都是在常溫環(huán)境下進(jìn)行，能量損耗相對(duì)較小。第四，成本相對(duì)較低。在處理污水的過程中，膜分離技術(shù)不需要添加任何藥劑，只需要依靠過濾膜來完成分類，能夠在最大程度上降低分離所需要消耗的成本，避免產(chǎn)生二次污染，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。
2膜分離技術(shù)在水處理中的應(yīng)用
2.1吸附預(yù)處理
吸附預(yù)處理是利用具有高分散性或大孔隙率且有較大比表面積的吸附劑吸附水體中溶解性有機(jī)物，再通過濾膜截留吸附劑顆粒，從而去除水中有機(jī)物，達(dá)到緩解膜污染作用的方法。吸附是降低濾膜有機(jī)污染的主要措施之一。目前，常用于膜污染預(yù)處理的吸附材料有粉末活性炭（powderedactivatedcarbon，PAC）、樹脂、熱化氧化鋁顆粒（（heatedaluminumoxideparticles，HAOPs）、氧化鐵納米顆粒、二氧化硅顆粒和聚砜膠體等，其中PAC因其具有發(fā)達(dá)的空隙結(jié)構(gòu)，良好的吸附性能，是吸附劑的典型代表之一。PAC對(duì)難以用混凝和超濾操作去除的低分子有機(jī)污染物的去除率高，Chi等研究了腐殖酸分子量（MW）對(duì)膜污染的影響，結(jié)果表明低分子量有機(jī)物能被有效吸附清除，不會(huì)進(jìn)入膜孔造成膜污染。PAC預(yù)處理同樣被證實(shí)對(duì)消毒副產(chǎn)物具有良好去除效果。此外，亞微米粉末活性炭（SSPAC）具有較高的生物大分子選擇性吸附能力，將其預(yù)涂于膜表面上幾乎可以完全防止微生物胞外有機(jī)物造成的跨膜壓力（TMP）升高。但是，由于膜的疏水性及原水特性的不同，也有大量實(shí)驗(yàn)得出PAC會(huì)加重膜污染，或?qū)δね繘]有影響?？傊琍AC作為膜技術(shù)預(yù)處理仍然值得深入研究。吸附劑雖能強(qiáng)化有機(jī)物的去除，減緩超濾膜的污染速率，但吸附預(yù)處理需要設(shè)置單獨(dú)的吸附處理單元，存在占地面積大、基建投資費(fèi)用高等問題。
2.2反滲透
反滲透技術(shù)應(yīng)用于生活污水的深度處理中，能夠?qū)⑺泻械挠袡C(jī)物質(zhì)與鹽分進(jìn)行分離去除，保證水質(zhì)達(dá)到用水標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際應(yīng)用的過程中，反滲透膜具有高選擇、高滲透性特點(diǎn)，將選擇性膜在操作壓力高于溶液滲透的一種膜處理方法。雖然，這種方式本身具有較好的凈化水體的效果，但是受到技術(shù)層面因素的影響，我國在反滲透技術(shù)的應(yīng)用效果無法與西方發(fā)達(dá)國家相比，在今后仍然需要進(jìn)一步完善，使得反滲透設(shè)備應(yīng)用更為高效。在美國加利福尼亞州就設(shè)置了一個(gè)污水廠，并且擁有一臺(tái)日處理污水量能夠達(dá)到37.8m3的反滲透設(shè)備，使得生活污水能夠達(dá)到較好處理，并將其重新應(yīng)用于供水系統(tǒng)中。
2.3化工廢水
為防止化工廢水排放影響環(huán)境，需要在排放之前對(duì)其處理。使用納濾滲透、反滲透兩項(xiàng)技術(shù)結(jié)合，可有效處理含有鉬酸氨的工業(yè)廢水，并且對(duì)于水中鉬離子的回收率可超過96%，不但能夠可以有效將鉬離子回收，而且可實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的高效凈化。同時(shí)，膜分離這一技術(shù)綠色無污染，非常適合應(yīng)用在工業(yè)廢水的處理方面，配合特定預(yù)處理方式，回收可再利用物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)廢水凈化以及資源回收等處理目標(biāo)。處理飲用水環(huán)節(jié)，使用膜分離處理技術(shù)效果良好。當(dāng)前，人們生活水平逐漸提升，因此，對(duì)于飲用水水質(zhì)要求較高，對(duì)比傳統(tǒng)處理工藝，膜分離的運(yùn)用可將水中懸浮物質(zhì)和細(xì)菌等有效祛除，提升飲用水凈化效果。處理過程可使用超濾、微濾以及納濾等工藝，實(shí)現(xiàn)飲用水內(nèi)微米等級(jí)的顆粒濾除。同時(shí)，還可將部分未達(dá)到微米級(jí)別的顆粒去除，并去除水中溶解氣體、無機(jī)物和農(nóng)藥等，提升飲用水品質(zhì)。
2.4微濾膜技術(shù)介紹及應(yīng)用
較之其他膜技術(shù)，微濾膜技術(shù)是最早被提出并應(yīng)用，且應(yīng)用最廣的一種膜技術(shù)，它主要應(yīng)用于飲用水生產(chǎn)的預(yù)處理和初級(jí)處理環(huán)節(jié)，可以有效清除原水中的固體顆粒、懸浮物、細(xì)菌等其他物質(zhì)。在應(yīng)用微濾膜技術(shù)對(duì)飲用水進(jìn)行處理時(shí)，為達(dá)到良好的處理效果，往往需要將微濾膜技術(shù)結(jié)合其他膜技術(shù)和其他水處理方法來共同對(duì)水進(jìn)行處理，如超濾膜、納濾膜、吸附劑、混凝劑等。在微濾膜技術(shù)基礎(chǔ)上，有研究人員嘗試采用不同混凝劑對(duì)飲用水中的腐殖酸進(jìn)行去除及不同混凝劑對(duì)膜污染情況進(jìn)行了研究，得出了飲用水最優(yōu)出水水質(zhì)下的混凝條件與膜污染程度最小條件下的混凝劑類型與用量。還有研究人員以河水為試驗(yàn)對(duì)象，采用不同粒徑活性炭對(duì)河水樣品進(jìn)行處理，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)大粒徑的活性炭比小粒徑的活性炭所造成的污染要更嚴(yán)重。
2.5化學(xué)沉淀預(yù)處理
化學(xué)沉淀法是一種通過投加化學(xué)藥劑，使水中可能造成膜污染的溶解態(tài)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為難溶物質(zhì)而析出的預(yù)處理方法。Amaral等將化學(xué)沉淀法作為微濾-納濾（MF-NF）預(yù)處理工藝用于處理穩(wěn)定的垃圾滲濾液，該工藝被證明能夠有效去除廢液中的有機(jī)物和無機(jī)物，且結(jié)果表明沉淀作為微濾的預(yù)處理能保證低膜污染。Cao等人使用Ruth濾餅過濾理論分析了Ca2+在藻酸鹽溶液中形成懸浮液的過濾過程中的通量下降，結(jié)果表明Ca2+的加入降低了膜污染。另外，研究者利用混合沉淀-納濾法對(duì)工業(yè)磷酸廢水進(jìn)行磷的回收和重金屬的去除，得到了良好的凈化和回收效率?？梢钥闯龌瘜W(xué)沉淀預(yù)處理可以有效緩解膜污染，且該方法具有投入成本低、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，但其仍存在處理效率不高、經(jīng)過處理之后的溶液可能會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染等問題。
結(jié)語
總之，高效處理廢水能夠控制環(huán)境污染，相關(guān)行業(yè)要對(duì)廢水處理過程膜分離工藝的運(yùn)用高度重視，回收有用物質(zhì)，將海水進(jìn)行淡化，改善水質(zhì)，相關(guān)人員需要對(duì)此技術(shù)全面分析，結(jié)合水處理需求，合理選擇分離技術(shù)，高效進(jìn)行水處理。
引言
在水處理技術(shù)研究發(fā)展過程中，膜技術(shù)被稱為是21世紀(jì)的水處理技術(shù)。雖然發(fā)展時(shí)間較短，但其發(fā)展十分迅速，目前已在水處理領(lǐng)域得到了廣泛的推廣和應(yīng)用，在水處理領(lǐng)域所具有的應(yīng)用前景也非常可觀。作為膜產(chǎn)業(yè)下游的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域，水處理成為膜材料發(fā)展的重要方向。微濾膜主要應(yīng)用于污水、廢水處理等領(lǐng)域;超濾膜技術(shù)在污水、廢水處理及回用和給水凈水領(lǐng)域應(yīng)用廣泛;納濾膜技術(shù)主要應(yīng)用于純凈水、軟化水、無離子水、海水淡化等方面;而反滲透膜技術(shù)可應(yīng)用在海水淡化等領(lǐng)域。概括來說，膜技術(shù)的水處理應(yīng)用主要包括在以下方面：污水處理及回用、給水凈化、海水淡化。
1膜分離技術(shù)特點(diǎn)
膜分離技術(shù)主要是指在分子水平上不同粒徑分子的混合物在通過半透膜時(shí)，實(shí)現(xiàn)選擇性分離的技術(shù)，是一種較為有效的污水處理方法。在實(shí)際應(yīng)用的過程中，具有以下特點(diǎn)：第一，分離效果好。這種處理方法可以在不產(chǎn)生其他物質(zhì)的情況下，將水中的分子加以有效處理，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)納米級(jí)物質(zhì)的分離，如有機(jī)物、細(xì)菌、病毒等等，都能夠被分離出來，具有較強(qiáng)的針對(duì)性。第二，操作簡(jiǎn)單。目前，大部分膜分離設(shè)備都配有中控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)一鍵操作，不需要額外操作，降低了技術(shù)處理難度，且一般情況下都不需要進(jìn)行維護(hù)，具有較強(qiáng)的可靠性。第三，節(jié)約能量。以污水中分子的粒度來看，在膜分離過程中并不會(huì)發(fā)生相變，能夠在最大程度上節(jié)約能量，因此這種處理方式通常都是在常溫環(huán)境下進(jìn)行，能量損耗相對(duì)較小。第四，成本相對(duì)較低。在處理污水的過程中，膜分離技術(shù)不需要添加任何藥劑，只需要依靠過濾膜來完成分類，能夠在最大程度上降低分離所需要消耗的成本，避免產(chǎn)生二次污染，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。
2膜分離技術(shù)在水處理中的應(yīng)用
2.1吸附預(yù)處理
吸附預(yù)處理是利用具有高分散性或大孔隙率且有較大比表面積的吸附劑吸附水體中溶解性有機(jī)物，再通過濾膜截留吸附劑顆粒，從而去除水中有機(jī)物，達(dá)到緩解膜污染作用的方法。吸附是降低濾膜有機(jī)污染的主要措施之一。目前，常用于膜污染預(yù)處理的吸附材料有粉末活性炭（powderedactivatedcarbon，PAC）、樹脂、熱化氧化鋁顆粒（（heatedaluminumoxideparticles，HAOPs）、氧化鐵納米顆粒、二氧化硅顆粒和聚砜膠體等，其中PAC因其具有發(fā)達(dá)的空隙結(jié)構(gòu)，良好的吸附性能，是吸附劑的典型代表之一。PAC對(duì)難以用混凝和超濾操作去除的低分子有機(jī)污染物的去除率高，Chi等研究了腐殖酸分子量（MW）對(duì)膜污染的影響，結(jié)果表明低分子量有機(jī)物能被有效吸附清除，不會(huì)進(jìn)入膜孔造成膜污染。PAC預(yù)處理同樣被證實(shí)對(duì)消毒副產(chǎn)物具有良好去除效果。此外，亞微米粉末活性炭（SSPAC）具有較高的生物大分子選擇性吸附能力，將其預(yù)涂于膜表面上幾乎可以完全防止微生物胞外有機(jī)物造成的跨膜壓力（TMP）升高。但是，由于膜的疏水性及原水特性的不同，也有大量實(shí)驗(yàn)得出PAC會(huì)加重膜污染，或?qū)δね繘]有影響?？傊琍AC作為膜技術(shù)預(yù)處理仍然值得深入研究。吸附劑雖能強(qiáng)化有機(jī)物的去除，減緩超濾膜的污染速率，但吸附預(yù)處理需要設(shè)置單獨(dú)的吸附處理單元，存在占地面積大、基建投資費(fèi)用高等問題。
2.2反滲透
反滲透技術(shù)應(yīng)用于生活污水的深度處理中，能夠?qū)⑺泻械挠袡C(jī)物質(zhì)與鹽分進(jìn)行分離去除，保證水質(zhì)達(dá)到用水標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際應(yīng)用的過程中，反滲透膜具有高選擇、高滲透性特點(diǎn)，將選擇性膜在操作壓力高于溶液滲透的一種膜處理方法。雖然，這種方式本身具有較好的凈化水體的效果，但是受到技術(shù)層面因素的影響，我國在反滲透技術(shù)的應(yīng)用效果無法與西方發(fā)達(dá)國家相比，在今后仍然需要進(jìn)一步完善，使得反滲透設(shè)備應(yīng)用更為高效。在美國加利福尼亞州就設(shè)置了一個(gè)污水廠，并且擁有一臺(tái)日處理污水量能夠達(dá)到37.8m3的反滲透設(shè)備，使得生活污水能夠達(dá)到較好處理，并將其重新應(yīng)用于供水系統(tǒng)中。
2.3化工廢水
為防止化工廢水排放影響環(huán)境，需要在排放之前對(duì)其處理。使用納濾滲透、反滲透兩項(xiàng)技術(shù)結(jié)合，可有效處理含有鉬酸氨的工業(yè)廢水，并且對(duì)于水中鉬離子的回收率可超過96%，不但能夠可以有效將鉬離子回收，而且可實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的高效凈化。同時(shí)，膜分離這一技術(shù)綠色無污染，非常適合應(yīng)用在工業(yè)廢水的處理方面，配合特定預(yù)處理方式，回收可再利用物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)廢水凈化以及資源回收等處理目標(biāo)。處理飲用水環(huán)節(jié)，使用膜分離處理技術(shù)效果良好。當(dāng)前，人們生活水平逐漸提升，因此，對(duì)于飲用水水質(zhì)要求較高，對(duì)比傳統(tǒng)處理工藝，膜分離的運(yùn)用可將水中懸浮物質(zhì)和細(xì)菌等有效祛除，提升飲用水凈化效果。處理過程可使用超濾、微濾以及納濾等工藝，實(shí)現(xiàn)飲用水內(nèi)微米等級(jí)的顆粒濾除。同時(shí)，還可將部分未達(dá)到微米級(jí)別的顆粒去除，并去除水中溶解氣體、無機(jī)物和農(nóng)藥等，提升飲用水品質(zhì)。
2.4微濾膜技術(shù)介紹及應(yīng)用
較之其他膜技術(shù)，微濾膜技術(shù)是最早被提出并應(yīng)用，且應(yīng)用最廣的一種膜技術(shù)，它主要應(yīng)用于飲用水生產(chǎn)的預(yù)處理和初級(jí)處理環(huán)節(jié)，可以有效清除原水中的固體顆粒、懸浮物、細(xì)菌等其他物質(zhì)。在應(yīng)用微濾膜技術(shù)對(duì)飲用水進(jìn)行處理時(shí)，為達(dá)到良好的處理效果，往往需要將微濾膜技術(shù)結(jié)合其他膜技術(shù)和其他水處理方法來共同對(duì)水進(jìn)行處理，如超濾膜、納濾膜、吸附劑、混凝劑等。在微濾膜技術(shù)基礎(chǔ)上，有研究人員嘗試采用不同混凝劑對(duì)飲用水中的腐殖酸進(jìn)行去除及不同混凝劑對(duì)膜污染情況進(jìn)行了研究，得出了飲用水最優(yōu)出水水質(zhì)下的混凝條件與膜污染程度最小條件下的混凝劑類型與用量。還有研究人員以河水為試驗(yàn)對(duì)象，采用不同粒徑活性炭對(duì)河水樣品進(jìn)行處理，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)大粒徑的活性炭比小粒徑的活性炭所造成的污染要更嚴(yán)重。
2.5化學(xué)沉淀預(yù)處理
化學(xué)沉淀法是一種通過投加化學(xué)藥劑，使水中可能造成膜污染的溶解態(tài)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為難溶物質(zhì)而析出的預(yù)處理方法。Amaral等將化學(xué)沉淀法作為微濾-納濾（MF-NF）預(yù)處理工藝用于處理穩(wěn)定的垃圾滲濾液，該工藝被證明能夠有效去除廢液中的有機(jī)物和無機(jī)物，且結(jié)果表明沉淀作為微濾的預(yù)處理能保證低膜污染。Cao等人使用Ruth濾餅過濾理論分析了Ca2+在藻酸鹽溶液中形成懸浮液的過濾過程中的通量下降，結(jié)果表明Ca2+的加入降低了膜污染。另外，研究者利用混合沉淀-納濾法對(duì)工業(yè)磷酸廢水進(jìn)行磷的回收和重金屬的去除，得到了良好的凈化和回收效率?？梢钥闯龌瘜W(xué)沉淀預(yù)處理可以有效緩解膜污染，且該方法具有投入成本低、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，但其仍存在處理效率不高、經(jīng)過處理之后的溶液可能會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染等問題。
結(jié)語
總之，高效處理廢水能夠控制環(huán)境污染，相關(guān)行業(yè)要對(duì)廢水處理過程膜分離工藝的運(yùn)用高度重視，回收有用物質(zhì)，將海水進(jìn)行淡化，改善水質(zhì)，相關(guān)人員需要對(duì)此技術(shù)全面分析，結(jié)合水處理需求，合理選擇分離技術(shù)，高效進(jìn)行水處理。
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