摘要：膜分离技术是一项高新技术，虽然二百多年以前人们便已发现膜分离现象，但直到20世60年代开始，由于工业用膜的诞生，膜技术才进入快速发展时期。膜技术的发展虽然不长，但因为膜技术独具优越性，目前在工业中已得到广泛的应用，例如在环保、水处理、化工、冶金、能源、医药、食品、仿生等领域。本文分析了膜分离技术处理淀粉污水实验。
关键词：膜分离技术处理淀粉污水实验
膜分离技术是指借助于外界能量或化学位差的推动，通过特定膜的渗透作用，实现对两组分或多组分混合的液体或气体进行分离、分级、提纯以及浓缩富集的技术。膜分离技术具有过程简单、无二次污染、分离系数大、无相变、高效、节能等优点，操作无需特许条件，可在常温下进行，也可直接放大。
1 膜分离技术
1.1分离膜的种类。随着科学技术的发展，膜的种类得到发展，按材料性质，可以分为高分子膜、金属膜、无机膜。根据结构可分为均质膜、非对称膜、复合膜、离子交换膜、荷电膜、液膜。按成膜方法不同，分为三类，微孔膜(即核孔膜)、控制拉伸膜和海绵状结构膜。
1.2膜分离过程。微滤是最早使用的膜分离技术，是在压力差作用下进行的筛孔分离、使不溶物浓缩的过程，主要用于滤除0.05～10μm 的悬浊物质颗粒。主要应用于截留颗粒物、液体澄清以及除菌。超滤是在压力差作用下进行的筛孔分离过程。纳滤是从水溶液中分离除去中小分子物质的过程( 分子量为300～ 500)。其原理是在超滤和反渗透间提供了一种选择性媒介，在浓缩有机溶质的同时，也可脱盐。
2 膜分离技术处理淀粉污水实验
1.1实验部分。一是废水来源及实验用膜。实验水样取某食品公司的变性淀粉生产线，水质：pH 为6.93，TSS质量浓度为6000mg/L，浊度为1820NTU，COD为3160mg/L，TP质量浓度为48.15mg/L，氨氮质量浓度为33.39mg/L，电导率为1450μS/cm，TDS质量浓度为8360mg/L。废水COD高达3160 mg/L，TSS高达6000mg/L。值得注意的是，该废水含有较高浓度的总磷，高达48.15mg/L。总磷来源为生产过程中添加的含磷添加剂，高浓度的磷含量即使使用生化处理方法也难以达标排放，因而给废水处理带来了不小的难度。考虑到处理对象属于高浓度有机废水，因此采用超滤膜和反渗透膜组合工艺。二是实验装置及工艺流程。实验主体装置采用某公司由机架、激振系统、管道、控制系统、膜组件、给水系统和计量清洗系统组成。实验膜组件为平板膜组件，能够根据处理介质的性质选择不同的平板膜。首先将50 L 左右的变性淀粉废水倒于储液桶中，然后通过控制系统开启装置，将变性淀粉废水泵入膜组件中，在设定运行条件下过滤。系统运行时，在压力作用下渗透液从膜组件的上端流出，浓缩液从膜组件的下端流出，返回储液桶。待装置膜通量稳定后外排清液，每隔5min记录1次膜通量变化情况，取得平均值为实验数据。
1.2讨论
（1）超滤膜组件在振动膜装置运行过程中会产生一定程度的膜通量降低的现象。对于超滤膜而言，在初始阶段，由于膜污染阻力的存在，随着时间的增加，凝胶层阻力越来越大，膜通量迅速减小，表明膜污染产生的凝胶层阻力成为膜污染的主要因素。在超滤装置运行30min后，膜通量随时间延长成线性递减，这是因为在膜面产生了较为稳定的凝胶层，膜阻力和凝胶层阻力形成的总阻力成为膜污染的主要因素，致使膜通量随着时间的增长缓慢递减甚至趋于稳定。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆而对于反渗透膜，其膜通量在运行过程中没有出现明显的降低，这是因为无机结垢是诱导反渗透膜污染的最主要因素，它限制了反渗透技术在水处理中应用，而变性淀粉废水经过超滤膜过滤后的渗透水较为洁净，大部分污染物已被截留，结垢现象不明显，振动膜产生的扭转振动更是减小了反渗透的膜污染现象，因此，反渗透膜通量受运行时间的影响很小，具有良好的操作弹性。
（2）操作压力。为更好地确定振动膜运行时的压力参数，分别在不同压力条件下对超滤膜和反渗透膜组件的膜通在一定的操作压力范围内，随着操作压力的增大，膜通量也随之增加。因此在压力允许范围内（超滤≤0.5MPa，反渗透≤2.5MPa），提高操作压力可以提高产水量，但操作压力增大的同时也会增大膜污染速度，增加膜清洗频率，故综合考虑确定实验实际操作压力为0.2MPa，反渗透的实际操作压力为1.2MPa。
（3）振幅。在运行一段时间后，超滤膜对悬浮物完全截留并形成了较完整的膜面凝胶层，增大振幅对破坏凝胶层贡献不大，从而导致膜通量增幅不大；反渗透膜由于不易发生污染现象，通过增大振幅能有效破坏膜面凝胶层，从而达到增加膜通量的效果。
（4）水质分析。渗透振动膜组合工艺作为处理工艺。超滤振动膜和反渗透振动膜装置运行温度均为28～30℃，振幅均为12mm，操作压力分别为0.2MPa和1.2MPa，回收率分别达到78.72%和87.5%。在经过一级超滤膜处理，TSS可被完全去除，浊度也由初始的820NTU降低到0.54NTU。由于变性淀粉废水中悬浮物被分离，COD的去除率也十分明显，去除率达到79.11%。但对于总磷和氨氮的去除，一级超滤振动膜的处理效果有限，剩余总磷和氨氮的质量浓度分别为22.63mg/L和14.06mg/L。经二级反渗透膜处理后，水质指标均达到了较理想的处理效果，出水COD只有26.0mg/L，总磷和氨氮已经接近完全去除。实验结果证明，该组合工艺能够简单且高效地处理变性淀粉废水，可有效地替代高浓度废水处理工艺中多个单元操作。处理后的渗透水只需经简单消毒后即可回用于生产。而原水经振动膜工艺处理后，浓缩液中含有大量可回收利用资源，如变性淀粉废水分别经一级超滤膜浓缩至4.7倍、二级反渗透膜浓缩至8倍后的浓水中总磷含量分别高达142.57mg/L和180.48mg/L，这些总磷可通过一定处理方法提取利用，实现废水的资源化。
（5）膜的清洗方式。振动膜长时间运行时需要进行定期化学清洗。根据变性淀粉生产工艺确定使用NaOH溶液和柠檬酸溶液作为洗液，清洗温度室温即可。化学清洗从本质上讲是沉积物与清洗剂之间的多相反应，为得到较高的膜通量，超滤膜的清洗周期为24小时，反渗透膜的清洗周期为5天。超滤膜和反渗透膜使用相同的化学清洗方案，步骤为：用反渗透产水配置清洗液，首先在正常工作压力与振幅下向系统输入NaOH清洗液并循环清洗小时，即清洗液从给水端到浓水端循环2小时，再输入柠檬酸清洗液循环清洗2小时，最后输入NaOH清洗液循环清洗2小时。膜清洗后，用反渗透产水冲洗系统30min，将清洗液完全冲出无残留，膜的清水通量能恢复至膜初始水通量的90%以上。
膜污染问题是目前的研究热点和难点，因此选择合适的膜清洗工艺，研制膜高效清洗剂，开发耐污性能好的膜材料对现有膜进行改性是有重要现实意义的工作。随着膜分离技术的基础研究、应用技术研究的不断深入，其在推进工业发展进程中将发挥巨大的作用，它必将会极大地推动工业和社会进步，产生巨大的经济效益和社会效益。
参考文献
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论文作者:李林松
论文发表刊物:《基层建设》2017年第20期
论文发表时间:2017/11/3
标签：超滤膜论文; 通量论文; 淀粉论文; 废水论文; 压力论文; 超滤论文; 反渗透论文; 《基层建设》2017年第20期论文;