南宁新技术产业建设开发总公司 广西南宁 530007
摘要：随着我国工业发展步伐的不断加快，一系列环境问题也日益显现，面对环境的日渐恶化与生态问题的不断出现，人们对环境保护的重视程度也越来越高。环境工程作为一门应可持续发展需求而产生的一门新兴学科，其发展也越来越受到人们的重视。双极膜技术的产生为环境工程中实际问题的解决带来了解决思路与办法，作为一项新技术，其最主要的功能是水解离电渗析及双重电荷排斥。本文从双极膜的功能特点出发，着重介绍了双极膜技术在废液处理、烟气脱硫、水处理、餐厨垃圾转化等多个方向的应用，并对其未来的发展前景进行了合理的预估，以为我国双极膜技术在环境工程中的应用与进一步发展提供指导。
关键词：双极膜技术；环境工程；应用与展望；水解离电渗析
前言
自从改革开放政策实施以来，随着新型工业技术的不断引入与国际合作的日益加强，我国的工业化进程也不断加快，经济发展也迎来了迅猛的势头。但由于在工业发展的起始阶段过于追求发展速度，而忽略了发展中的环境问题，大量的污水废气被肆意排放，对人们的正常生活及国家的整体发展都带来了极其不利的影响。因此，大力发展环境工程，避免进行以环境破坏为代价的工业发展是现阶段发展中的重要问题。双极膜技术作为一项新兴技术，因其功能特点被应用于环境治理中。双极膜又被称为双极性膜，是一种阴阳复合型的离子交换膜。其主要的作用特点为在外加直流电的作用下，能将水解离成氢氧根离子与氢离子。选用不同的制膜材料、在不同的制膜环境下可生产出具有不同功能的双极膜，因此双极膜技术的进一步开发与应用具有极大的价值。在国外，双极膜技术在环境治理方面的应用已比较成熟，但国内双极膜的研究与应用均处于发展阶段，因此，对双极膜技术在环境工程中的应用进行科学合理的分析，并对其发展前景进行科学的预估显得十分重要。
1、双极膜的主要功能介绍
双极膜的功能可主要分为两个方面：
1.1水解离电渗析
双极膜是一种阴阳复合型的离子交换膜，其阴膜及阳膜对通过的物质具有选择性，即阳膜仅能通过阳离子，阴膜只能通过阴离子。在直流电的作用下，水作为反应层时，双极膜可将水解离成氢氧根离子与氢离子。水解离是双极膜最主要的功能特点，它被列入科学研究范围也是因为这一特点，双极膜的水解离功能被视为现阶段电渗析技术的增长点。
1.2双重电荷排斥
双极膜材料具有一定的孔径，并带有不同数量的电荷，因此双极膜对粒径的选择效应及电荷效应[1]。双极膜的双重电荷排斥功能使得它具有纳滤效果。双极膜因其纳滤作用被广泛应用于水处理的工艺中，在生活污水的处理及生活用水的净化工作中都具有较好的应用价值与应用前景。
2、双极膜技术在环境工程领域中的应用
2.1对废液中氟的处理与回收
对于部分工业生产而言，其工业废水中存在含量较高的氟，如氟碳工业、铀工业等。现阶段应用比较广泛的处理方法是先利用氢氧化钾中和废液中的有机酸生成氟化钾，此时得到的溶液中含有微量的重金属和放射性元素，再加入氢氧化钙，生成氟化钙沉淀，以达到去除废液中氟的目的。这种方法虽然对废液的除氟效果明显，但却使得废液中的有价氟无法得到回收，造成了较为严重的资源浪费。倘若在废液氟处理中引入双极膜技术，双极膜可将氟化钾转化为氢氧化钾及氟化氢，方便进行有价氟的回收工作，同时避免了氢氧化钙的使用及废渣的产出，大大简化了处理工序。
2.2用于酸性或碱性废液的回收处理
在工业生产中产生的废液大多是非中性的[2]，如印刷厂的废液、电池生产厂的废液及染料厂的废液等。这些废液在排放前必须进行中和处理工作，否则必然会对生态环境产生负面影响。但现阶段的酸碱废液处理方法流程复杂、处理成本高。而双极膜却为酸碱废液的处理提供了良好的处理思路。双极膜是一种三层结构的交换膜，在处理中可使酸性或碱性废液从中间通过，利用阴膜与阳膜的选择透过性分离出阴阳离子，进而阴阳离子分别与双极膜产生的氢离子及氢氧根离子结合，发生中和作用。利用双极膜进行酸碱废液处理的方法较传统方法工艺更为简便，处理效果更好。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2.3用于餐厨垃圾制备有机酸
双极膜还可用于餐厨垃圾制备有机酸的转化过程[3]，将生活中排放的废物转化为可利用的物质，在避免环境污染的同时又带来了一定的经济效益。在餐厨垃圾制备有机酸的传统方法中，有机酸的产生过程中会使反应环境越来越酸，极大的影响了微生物的生存，进而对有机酸的进一步生成起到了阻碍作用，为此常常需要人工加入适当的碱，以对环境进行调节。而引入双极膜技术来进行有机酸的生产则避免了碱的使用，也减少了废液残渣的生成。
2.4用于除去烟气中的硫化物
发电厂、炼油厂、锻造厂在生产过程中会产出含有硫化物、氮化物的有害气体，严重污染了大气环境。例如二氧化硫会导致酸雨、温室效应等严重的环境问题，对人类的生产生活及社会的发展都将带来不利影响，因此如何减少烟气中有害气体的排出成为亟待解决的问题。双极膜可以对硫化物、氮化物等酸性气体进行有效的处理，不仅能够减少有害气体的排出，还能对硫化物及氮化物进行回收利用。
2.5用于水处理工艺
2.5.1水的净化
现阶段，我国水污染的问题越来越严重，人们的生活用水质量也逐渐受到关注。双极膜的纳滤性能够对水中的微毒物质、重金属、杀菌剂等进行有效的消除，因此在生活用水的净化工作中引入双极膜技术将使人们使用有害物质含量低、成本低、水质好的水，对人们正常的生产生活带来保障。
2.5.2污水的处理
人们日常生活污水的排放也是水污染的一大因素。传统的生活污水处理方法都是化学氧化与生物降解相结合，但这种方法的化学氧化环节往往需要大量氧化剂的使用，而残留的氧化剂又难以去除，残留在处理过的污水中，不但造成了氧化剂的浪费，还对水体造成了二次污染。如果在这个过程中插入双极膜的纳滤环节，将极大降低氧化剂的使用量及水中的残留物含量，大大提高了污水的处理效果与处理质量。
3、双极膜技术的展望
双极膜作为一种阴阳复合型的离子交换膜，因其在水解离电渗析及双重电荷排斥方面的功能，为环境工程中的一系列问题提供了解决思路与方法。虽然我国在双极膜的应用及研发方面已经取得了一定的成绩，但在对双极膜功能的拓展与开发上还需要进行进一步的研究。如何降低双极膜的制作成本，优化双极膜的生产工艺也成为为一个重要的问题[4]。此外，对于双极膜的作用机理、反应模拟等理论方面的问题，国外虽有较成熟的研究，但国内的研究深度仍远远不够，且投入的人力物力较少。因此，必要的资金支持也会是双极膜技术的一大发展趋势。当然，双极膜的应用将不仅仅局限在环境工程方面，我国的科研人员可着手探究双极膜在其他领域的应用。
总结
我国对环保事业的重视程度越来越高，这也为新兴的环保技术提供了更好的发展机遇与政策支持。双极膜作为一种新型的交换膜，具有水解离电渗析及双重电荷排斥两方面的功能，为环境工程中的一系列问题提供了解决思路与方法。现阶段，双极膜在废液中氟的处理与回收、酸性或碱性废液的回收处理、餐厨垃圾制备有机酸、除去烟气中的硫化物、水处理等方面具有较好的应用价值，开发多功能双极膜的先进生产技术，拓宽双极膜的应用范围，加强对双极膜理论基础的研究并降低双极膜工艺成本将成为双极膜未来发展的必然趋势。
参考文献
[1]李青芹.双极膜技术在环境工程中的应用[J].自然科学:文摘版,2016(4):00176-00176.
[2]谢鸿芳,肖艳春,郑林禄,等.双极膜技术在环境工程中的应用与展望[J].广州化学,2012,37(1):56-62.
[3]赵方波.一种新型膜--双极膜在环境工程中的应用与展望[J].电站系统工程,2003,19(4):31-32.
[4]王凡.双极膜技术在环境工程中的应用及展望[J].山东工业技术,2016(13):98-98.
论文作者:肖敏
论文发表刊物:《基层建设》2017年第26期
论文发表时间:2017/12/18
标签：废液论文; 膜技术论文; 环境工程论文; 有机酸论文; 电渗析论文; 电荷论文; 功能论文; 《基层建设》2017年第26期论文;