膜技術(shù)及其在水產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用.doc

膜技術(shù)及其在水產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用五洪波1 李 梅1 張曉玉21 山東建筑工程學(xué)院環(huán)境工程系，山東，濟(jì)南，2500142 陜西省現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)研究院， 陜西，西安 710048內(nèi)容摘要 介紹膜分離技術(shù)的發(fā)展概況、工作原理以及膜分離技術(shù)的分類和特點(diǎn)，重點(diǎn)論述膜分離技術(shù)在給水和污水處理方面在國(guó)外的應(yīng)用狀況，分析我國(guó)膜分離技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，提出膜技術(shù)在水處理行業(yè)中將會(huì)有巨大的市場(chǎng)和競(jìng)爭(zhēng)力。關(guān) 鍵 詞 膜分離技術(shù)；水處理；深度處理1、膜技術(shù)的發(fā)展概況膜分離技術(shù)是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來的一門高技術(shù)學(xué)科，70年代后在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域中得到大規(guī)模的應(yīng)用。近幾年來，膜技術(shù)發(fā)展很快，首先是在水處理方面得到應(yīng)用，而后在冶金、石油、化工、食品、醫(yī)藥等許多領(lǐng)域推廣應(yīng)用。1950年，W.Juda制成了具有使用價(jià)值的離子交換膜,促進(jìn)了合成膜技術(shù)的發(fā)展,從此擴(kuò)散滲析和電滲析技術(shù)相繼問世：1953年美國(guó)佛羅里達(dá)大學(xué)的Reud教授開始進(jìn)行反滲透的研究；1960年Loeb和Sourirajan教授制成了第一張高脫鹽率的醋酸纖維素膜，為反滲透和超濾膜的分離技術(shù)奠定了基礎(chǔ)；1961年美國(guó)Hevens公司首先提出管式膜組件的制造方法；1964年通用原子公司研制出螺旋式反滲透組件；1965年美國(guó)加利尼亞大學(xué)制造出用于苦咸水淡化的管式反滲透裝置；1967年到1970年美國(guó)Dupont公司研制出幾種膜材料的中空纖維膜組件，從此反滲透技術(shù)中美國(guó)得到迅猛的發(fā)展。隨后在世界各地相繼應(yīng)用，其間微濾和超濾、液膜也得到相應(yīng)的發(fā)展。我國(guó)1958年開始進(jìn)行離子交換膜的研究，并對(duì)電滲析法淡化海水展開了實(shí)驗(yàn)研究。1966年我國(guó)開展了反滲透膜的研究，1975年進(jìn)行了超濾的研究，現(xiàn)在膜技術(shù)己在海水淡化、苦咸水淡化、純水制備、給水處理、廢水處理及一些化工過程得到應(yīng)用。1976年開始相繼開展了液膜技術(shù)的研究，目前膜技術(shù)在廢水處理和化工方面開始向?qū)嵱没A段發(fā)展。2、膜分離技術(shù)的特點(diǎn)2.1膜技術(shù)的分類 膜分離法是利用特殊的薄膜對(duì)液體中的某些成分進(jìn)行選擇性透過方法的統(tǒng)稱,常用的膜分離技術(shù)有:反滲透(RO)、納濾（NF）、微孔過濾（MF）、超濾（UF）、滲析、電滲析、滲透蒸發(fā)、液膜等，其技術(shù)參數(shù)見表1.膜技術(shù) 驅(qū)動(dòng)力 分離原理 膜構(gòu)造相1 2微濾 壓力 篩分 大孔超濾 壓力 篩分 中孔納濾 壓力 篩分（溶液擴(kuò)散、排斥） 微孔反滲透 壓力 溶液的擴(kuò)散、排斥 密集型滲透蒸發(fā) 活度（分壓） 溶液的擴(kuò)散 密集型膜蒸餾 活度（溫度） 蒸發(fā) 大孔滲析 活度（溫度） 擴(kuò)散 中孔點(diǎn)滲析 電位差 離子交換 離子交換器液體 液體液體 液體液體 液體液體 液體液體 氣體液體 液體液體 液體液體 液體2.2 膜技術(shù)分離比較 在水處理技術(shù)中常用的膜分離技術(shù)是以壓力為推動(dòng)力反滲透、納濾、超濾以及微孔過濾。由于膜分離水中雜質(zhì)的主要原理是機(jī)械篩分，出水水質(zhì)僅僅依據(jù)膜孔徑的大小，與原水水質(zhì)以及運(yùn)行條件無關(guān)，膜分離技術(shù)的特點(diǎn)是能提供穩(wěn)定可靠的水質(zhì)，分離效率高，操作簡(jiǎn)單，能耗低。反滲透膜運(yùn)行壓力高，有截留性，能將大多數(shù)無機(jī)離子從水中去除，脫鹽、濃縮效果好；納濾膜具有松散的表面結(jié)構(gòu)，對(duì)低濃度的鹽類有很高的去除效果，可在較低的壓力下實(shí)現(xiàn)較高的水通量，它對(duì)有機(jī)污染物、THMs、DBPs和天然有機(jī)物有非常好的去除效果，但由于去除大部分硬度，出水會(huì)對(duì)管網(wǎng)產(chǎn)生腐蝕；超濾膜雖無脫鹽性能，但能截留水中的細(xì)菌、病菌、膠體和大分子微粒，而水和低分子量溶質(zhì)則允許透過膜超濾膜的平均孔徑介于反滲透膜與微孔過濾膜，超濾膜的平均孔徑介于反滲透膜與微孔過濾膜之間，超濾和微孔過濾運(yùn)行壓力低，它們之間只是孔徑不同，都可截留水中大部分懸浮物、膠體和細(xì)菌，其作用相當(dāng)于以除濁為目的的傳統(tǒng)處理工藝，不僅適合處理地下水、也適合處理地面水。反滲透、超濾、微孔過濾之間的差別見表2。表2 反滲透、超濾、微孔過濾之間的比較項(xiàng)目 反滲透 超濾 微孔過濾膜孔徑 23nm以下 5nm0.1m 0.2210m操作壓力（MPa） 27 mm以下 0.11.0 0.10.21nm以下 分子量30030000主要分離對(duì)象 的無機(jī)離子 的大分子以及細(xì)菌、 細(xì)菌、粘土 及小分子 病毒、膠體等微粒 等顆粒2.3 膜材料制造膜的材料、主要有有機(jī)聚合物、陶瓷以及其它材料。第一代有機(jī)合成膜是醋酸纖維膜，這類膜對(duì)pH值、溫度適應(yīng)范圍小，易被化學(xué)清洗劑腐蝕。第二代膜是以聚砜為代表的有機(jī)合成膜，這類膜對(duì)酸堿、溫度適應(yīng)性范圍大，抗腐蝕和氧化性能強(qiáng)。第三代膜是以陶瓷為代表的無機(jī)膜.與以上兩種相比,陶瓷膜具有更好的化學(xué)穩(wěn)定性,耐酸性、抗微生物能力強(qiáng)以及耐高溫等優(yōu)點(diǎn)。陶瓷膜只有管式組件，其最主要的優(yōu)點(diǎn)是能處理含有較大顆粒懸浮物的雜質(zhì)的原水而不堵塞通道，很適合凈水廠處理。膜組件有平板式、管式、卷式和中空纖維四種。卷式和中空纖維膜過濾面積大，管式的進(jìn)水通道容易堵塞，目前膜分離凈水廠使用的都為中空纖維膜，少數(shù)使用無機(jī)膜。2.4 其它膜處理技術(shù)滲析、電滲析技術(shù)常用于脫鹽和水的軟化，目前水淡化主要的方法是蒸餾法，如多效蒸發(fā)、多級(jí)閃蒸，其中多效蒸發(fā)最為廣泛。液膜是一種新興技術(shù)，處于早期研究階段。幾種膜分離法的組合使用（即集成膜）也是近幾年來的一項(xiàng)新技術(shù)。3、膜技術(shù)在水處理和污水深度處理中的應(yīng)用 由于膜分離技術(shù)具有能耗低、出水水質(zhì)穩(wěn)定、去除的污染物范圍廣（如有機(jī)污染物、無機(jī)物、細(xì)菌、病毒、粘土等顆粒），有些膜技術(shù)還可以去除THMs、HAAs、DBPs和天然有機(jī)物等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在飲用水的深度處理、工業(yè)高質(zhì)用水的制備、城市污水的深度處理和工業(yè)廢水處理。在美國(guó)、日本、法國(guó)應(yīng)用較多，由于受經(jīng)濟(jì)條件的制約，在我國(guó)的應(yīng)用尚未普及。3.1 在水處理中的應(yīng)用20世紀(jì)60年代，用電滲析和反滲透進(jìn)行脫鹽對(duì)飲用水進(jìn)行處理，反滲透技術(shù)處理的水量所占比例不斷增加。美國(guó)的反滲透生產(chǎn)能力居世界首位，其次是沙特阿拉伯，我國(guó)20世紀(jì)70年代在西北地區(qū)甘肅用反滲透法進(jìn)行苦咸水淡化。20世紀(jì)80年代后期NF發(fā)展起來，NF能進(jìn)行水的軟化和去除DBPs，在美國(guó)NF是應(yīng)用第二多的膜技術(shù)。NF對(duì)低濃度鹽類、天然有機(jī)物和THMs去除率高，可用于地下水的處理，若用于地面水，需有混凝、沉淀甚至用UF、MF做預(yù)處理。法國(guó)巴黎郊外的Mery Sur Qise水廠，是世界上最大的NF膜分離凈水廠，其工藝流程是：原水沉淀臭氧雙層過濾MFNF出水和細(xì)菌適合地下水和地面水的處理，UF不僅能脫鹽、軟化、去除微污染物，而且出水濁度小于0.1NTU,大腸菌為零。世界上最大規(guī)模的MF膜分離廠是位于美國(guó)Calif.San.Jose的Saratoga水廠，1.9萬m3/d,使用的是0.2m孔徑的中空膜。MF還能處理低溫低濁度水，在美國(guó)的Marquette,Mich城市進(jìn)行了MF技術(shù)的可行性研究，得以肯定后，建成了凈水廠，運(yùn)行一年多，出水滿足城市飲用水要求，UF去除有機(jī)物效率不高，但與其它工藝組合使用，能達(dá)到很好的處理效果，如用UF出水再加壓縮活性炭吸附處理進(jìn)行飲用水的深度處理也有用PAC（Powered Activated Carbon）UF技術(shù)處理地表水。用膜技術(shù)做成的家用凈水器由于小型化、制水成本低的優(yōu)點(diǎn)具有廣闊的市場(chǎng)。膜技術(shù)在飲用水處理的應(yīng)用中比較廣泛。我國(guó)應(yīng)用NF對(duì)微污染水源的某市自來水進(jìn)行深度處理試驗(yàn)，認(rèn)為具有能耗低、產(chǎn)水量大、水質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)。3.2在城市污水深度處理中的應(yīng)用城市缺水制約著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，把城市的二級(jí)出水進(jìn)行深度處理后再生回用是解決水源緊缺的一條途徑。采用膜技術(shù)，大規(guī)模的把城市污水開發(fā)為新的水資源，還是近幾年的重大研究項(xiàng)目。反滲透技術(shù)在近二十年來也用于了污水的深度處理，美國(guó)對(duì)此進(jìn)行了深入的研究，確定了反滲透的脫鹽效果、對(duì)有機(jī)物及富營(yíng)養(yǎng)化成分的去除程度；美國(guó)加利福尼亞州的奧林奇縣水域設(shè)有一個(gè)水廠，擁有世界上最先進(jìn)的、最完整的水處理技術(shù)，是世界上最大的水再生系統(tǒng)，裝置包括化學(xué)凈化、除氮、過濾、活性炭吸附、消毒以及活性炭再生等，反滲透是作為最后的處理裝置，此水廠稱為21世紀(jì)水廠；日本用反滲透、超濾、微濾等膜技術(shù)作為高層建筑生活污水深度處理手段，使再生水達(dá)到中水回用標(biāo)準(zhǔn)，用于沖廁、消防、清掃衛(wèi)生、城市綠化等雜用水；韓國(guó)漢城進(jìn)行了一項(xiàng)采用管狀陶瓷膜處理并且回用賓館的污水研究，出水水質(zhì)良好，滿足韓國(guó)環(huán)境部的有關(guān)規(guī)定；在西班牙Santa Cruz進(jìn)行的是將膜分離用于污水的三級(jí)處理，以降低二級(jí)出水的COD、細(xì)菌、磷等污染物。我國(guó)采用“微絮凝纖維過濾+膜濾”對(duì)洗浴廢水進(jìn)行了試驗(yàn)研究，試驗(yàn)表明，此工藝具有出水穩(wěn)定、占地面積小的特點(diǎn)。我國(guó)的城市污水再生回用并不普及，膜技術(shù)在深度處理的應(yīng)用相對(duì)也很少，今后我們還需在污水的再生回用和深度處理技術(shù)上進(jìn)行研究。33 膜技術(shù)在其它方面的應(yīng)用膜技術(shù)在污水的深度處理中得以應(yīng)用，膜技術(shù)還可以用于海水淡化、工業(yè)高純水（如電子行業(yè)食品行業(yè)發(fā)電廠、半導(dǎo)體及醫(yī)藥工業(yè)），制備，工業(yè)廢水的處理（如電泳噴漆廢水、乳化油廢水、含PVA廢水、羊毛脂廢水等）和冶金、石油、化工、醫(yī)藥等其它許多領(lǐng)域。4、小結(jié)隨著人們生活水平的提高，對(duì)飲用水水質(zhì)要求也越來越高，我國(guó)屬貧水國(guó)，西部地區(qū)缺水更加嚴(yán)重，城市污水再生回用將勢(shì)在