1.膜法水處理技術的特點

  膜是指分隔兩相界面,并以特定的形式限制和傳遞各種化學物質的阻擋層。因而膜可為氣相、液相和固相,或是它們的組合。膜分離是以選擇性透過膜為分離介質,在兩側加以某種推動力時,原料側組分選擇性地透過膜,從而達到分離或提純的目的。

  隨著膜技術的發展,膜分離已經越來越廣泛的應用于生產、生活的各個方面, 但其在使用過程中易被污染問題逐漸引起人們的關注。常用于微濾和超濾的膜材料大多是疏水性的,如聚乙烯,聚丙烯,聚偏氟乙烯, 聚砜等。它們有良好的熱穩定性及耐化學腐蝕性。

2.疏水膜的應用

2.1 利用疏水膜去除污染物

2.1.1 利用疏水膜去除內毒素

2000年,中國科學院大連化學物理研究所研究出一種用于內毒素去除的疏水荷正電親和膜。所制備的胺類疏水荷正電膜對內毒素的去除率一般在90%以上。

2.2 疏水膜在膜蒸餾中的應用

  膜蒸餾是傳統蒸餾工藝與膜分離技術相結合的一種新型膜分離技術。其商業潛力也已經得到廣泛認可,因此日益受到研究者的重視, 成為膜科學和分離科學的研究熱點之一。膜蒸餾用膜材料應滿足疏水性和適宜的微孔性。2007年,浙江大學徐又一等研究了聚醚砜微孔膜的疏水改性及其在膜蒸餾中的應用,改性后的膜疏水性顯著提高。將改性后的膜用于真空膜蒸餾淡化模擬海水的試驗中,結果表明在雷諾數較小的情況下, 改性膜的脫鹽率達99.99%,通量達4530 mL/ (m2/h)。

2.3 利用疏水膜進行乳化

  2008 年,中國科學院的QING Zhu-zhou等人,利用疏水膜進行乳化。把瓊脂糖水溶液用來作為水相,液體石蠟和石油醚的混合液作為油相、水相和油相在60e和粗乳狀液混合,然后粗乳液在高壓下被擠壓通過疏水膜,形成顆粒大小均衡的乳狀液,慢慢冷卻,攪拌,形成凝膠珠。

2.4 利用疏水膜脫水

  2008年,荷蘭人研究利用疏水膜脫水,研究表明,盡管所有的硅膜具有疏水性的特點,但它們在滲透汽化的條件下,非常適合把水從有機溶劑中分離出來。

3.膜污染的預防措施及解決方案

3.1 膜污染的危害

  現在存在的一些問題限制了膜產品的利用。膜污染問題是焦點之一。隨著微小顆粒在膜孔中的堆積或有機物質在膜表面的堵塞而使膜污染,從而使得膜分離效率迅速降低。同時由于膜污染問題的加劇, 生產相同體積的純水需要提供更大的壓力驅動。這就意味著更高的能量消耗, 同時縮短了膜及相關設備的壽命。并且膜材料會與某些特定的化學物質反應, 從而使膜發生溶脹, 變硬或完全失效。

3.2 膜污染的常規處理方式

  目前主要是通過原料液預處理。在原料液過濾前向其中加入一種或幾種物質, 使原料液的性質或溶質的特性發生變化, 以脫除一些與膜相互作用的物質, 從而提高過濾通量。在出現污染后使用相應化學清洗劑對已經污染的膜進行清洗來部分恢復膜的滲透通量。在過濾一段時間后間隔地停止一段時間, 再開機操作,可以認為是溶液在滲透壓的作用下逆向擴散, 使膜側達到清洗的目的。并周期性采用氣體、液體等為反沖介質,使膜管在與過濾相反的方向受到短暫的反向壓力作用, 從而迫使膜表面及孔內的顆粒返回截留液中, 并且破壞膜面凝膠層和濃差極化層, 使通量提高。

3.3 改性親水性膜

  膜性能與膜材料的性質密切相關,使用疏水性材料所制備的膜,在使用時,水通量較低,在分離油/水體系(尤其是含蛋白質的溶液)時吸附污染嚴重,通量衰減很快,降低了膜的使用壽命,增加了操作費用,因此有必要對其進行改性, 以利于更好的應用于膜分離領域。

  將一種親水性的高聚物加入到鑄膜液中共混以形成相對親水的表面。與其他方法相比,這種方法所成膜最初的孔徑及其分布易于保持,并且親水性的成分能均勻地分布在膜的表面和中間。以聚砜為基材,采用共混法,利用聚原酸酯-b'-聚乙二醇嵌段共聚物中聚乙二醇段表面自由能高的特性,對材料表面進行改性。用掃描電子顯微鏡對表面微形態進行觀察,以接觸角評價材料表面的親疏水性。研究結果表明,材料表面出現微觀相分離結構,且因聚乙二醇段富集于表面,材料表面的親水性得到提高。

4.水處理技術的應用前景

  不同的方法的選擇并非絕對唯一的。實際上,水處理技術的聯合使用經常會取得更好的效果。例如,生物處理與膜過濾聯合應用可以在常溫常壓條件下達到更好的處理效果而且費用更低。水中的油性污物可以用泵提升然后通過膜設備進行過濾。大部分油性污染物可以通過膜分離的方法從土壤或沙土中分離出來。而那些粘性污染物或處在深層土壤中的污染物可以使用微生物處理。整個處理過程只需2-4周,而如果只用生物處理則需要六個月到一年,顯然大大縮短了處理時間。

  另外一個效果顯著的例子就是在膜分離過程中使用化學處理。在污水添加到其它處理裝置前進行膜分離的預處理可以延長設備的壽命并減少設備的維護費用。

5.結論

  膜法水處理技術是最有前景的凈化水技術,最為重要的是膜分離可以使污水中有價值的成分實現再利用和循環利用,如油、化學物質和一些營養物質。這不僅對環境沒有任何危害, 而且意味著真正意義上的節約或效益增長。

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