广州市净水有限公司 广东广州 510000
摘要：随着物理化学、生物学等学科的深入发展，各种新型膜材料及制膜技术得到不断开拓。膜技术的发展使膜工艺成本不断降低，随着能源短缺、环境污染、水资源短缺等问题的不断突出，使得该技术应用越来越广泛。基于此，文章就膜分离技术在环境工程中的应用现状及发展前景进行简要分析，希望可以提供一个有效的借鉴。
关键词：膜分离技术；环境工程；应用现状；发展前景
1 膜分离技术的原理
20世纪初膜分离产生，作为一项新型分离技术，膜分离技术是指通过隔膜使溶剂同溶质或微粒分离的技术，包含电渗析、扩散渗析等。膜分离技术的功能为分离、浓缩、纯化及精制等。其应用原理可分为物理性质、化学物质两种，具体如下：（1）应用物理性质原理。物理性质是指多方面差异，如质量、体积、几何形状等，可按照混合物的具体物理性质，膜可具备筛子的功能，分离混合物。全部膜分离技术都是在物理功效下，筛选、分离各种粒径的物质。（2）应用化学物质原理。是指混合物由分离膜通过的速度。可将此类速度进行两种形式划分。其一，通过膜表面接触混合物，并向膜内速度进入，也就是我们所说的溶解速度；其二，扩散速度，向膜内进入以后，由膜表面向膜另一侧表面扩散的速度。可通过混合物、分离材料膜的化学性质对溶解速度加以确定，且其扩散速度和物质相对分子质量之间也存有极大关联性。
2 膜分离技术的种类及其特点
2.1 微滤
膜孔径约0.1m，利用膜的“筛分”作用进行分离的压力驱动型膜过程，主要用来从气相和液相物质中截留微米及亚微米级的细小悬浮物、微生物、污染物等达到净化、分离和浓缩的目的。在膜两侧静压差的作用下，小于膜孔的粒子能透过膜，大于膜孔的粒子被截留在膜的表面上。
2.2 超滤
膜孔径为1nm~0.05m，可分离相对分子质量大于500的大分子和胶体。以压力差为推动力，含有大、小分子溶质的溶液流过超滤膜表面时，溶剂和小分子物质（如无机盐类）透过膜，作为透过液被收集起来；而大分子溶质（如有机胶体）则被膜截留作为浓缩液被回收。
2.3 纳滤
可截留相对分子质量为200~2000、膜孔径为1nm的溶解组分，以压力差为推动力，大部分为荷电膜，即纳滤膜的行为与其电荷性能，以及溶质荷电状态相互作用都有关系。
2.3 反渗透
膜孔径为1nm，与其他压力驱动的膜过程相比，反渗透是最精细的过程，又称“高滤”。可截留0.1~1nm的小分子物质。依靠膜两侧静压力为推动力，使溶剂通过反渗透膜而实现对混合物的分离。
3 膜分离技术在环境工程中的应用
3.1 纳滤技术
纳滤技术是一种介于反渗透与超滤之间的新型膜分离技术，其属于一种压力驱动的过程，该项技术具有强大的选择离子的能力，能够清除水体中超95%的二价离子。不仅如此，纳滤在清除一价离子上也呈现出强大的功能，通常能将45%－85%的一价离子清除。当前在对河水、地下水等废水处理中应用该项技术获得了现在的成效，可以在很大程度上将硝酸盐、低分子有机物以及农药等多种含在河水与地下水在中的有害物质清楚。而且，相较于反渗透技术来说，该项技术的操作费用以及投资费用都有所降低，使得整体处理成本得以下降。然而，因为该项技术对于水质有着较高要求，因此必须开展复杂的预处理工作。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
3.2 液膜分离技术应用
根据笔者研究可知，液膜分离技术主要是利用浮在液体表面的乳液颗粒将废水中氨、苯胺等物质予以清除，该技术虽然多用在含特定离子或有机物环境废水处理中，但其效率却很高（通常相关物质清除可达98%以上）。与固膜比较，液膜分离技术不但具有更高清理效率，同时其传质速度与选择性也更优，另外该技术操作上十分简易、设备简单，且还可以回收废水中一些有用物质，因而凭借着如此众多优点，液膜分离技术在环境工程废水处理上有较好地应用。但目前还有一些制约液膜分离技术更广泛应用的因素，那便是其稳定性还有待提高，对此这就要求我们必须加大对快速破乳与高性能支撑膜组件这两方面的研究。
3.3 集成膜技术应用
集成膜技术是一项新型技术，其不但拥有低能耗、高效能等优点，同时也很好地继承了传统膜分离技术所具有的高清除效率，因而集众多优点于一身的集成膜技术被广泛地应用到环境工程上。以工业废水处理为例，集成膜技术地应用首先通过浓缩废水中有毒物质，随后在将它们予以净化，这样一来不但可以很好地处理废水污染物。
4 实例分析
以含氰废水处理为例，选取膜分离技术进行试验。为去除样品废水内的所有聚合物颗粒，应选取超滤+反渗透的方式，处理向膜内进入未分离的废水。
4.1 超滤
选取常规过滤方式，将超滤前原水的可见机械杂质去除，且进行40℃冷却。
第一，透过液和浓缩液的颜色、密度、粘度及COD总量；第二，比较及分析原水、透过液、浓缩液间的颜色、密度、粘度及COD总量。
试验结果为相比浓缩液、原水COD，透过液COD较小，且粘度减小，透过液基本与无色相近，与原水颜色相比，浓缩液较深一些，此时原水内的杂质可通过超滤法去除，具有明显效果。
4.2 反渗透
超滤处理之后，以除去废水内的丙烯腈等聚合物，废水过滤后仅剩部分小颗粒聚合物，5到6之间为溶液pH值，0.235到0.240cp为其粘度值，40℃为其温度，0.35%到0.50%为CN-范围，3000到3500mg/LCOD范围。选取BW30-400-FR型号反渗透膜，管状为其反渗透膜形状，1mm为其外径，0.2mm为膜厚度，列管式为膜组件，5cm2为膜有效截面积，每小时纯水透过流量为71.2g。为确保检验效果，与工业实际值相比，CN-浓度应高出一些，因此试验过程中，可将相应量的氢氰酸添加到纯净水内，进行含氰废水CN-（0.55%）的制作。要求在2种条件下进行试验，分别如下：第一，直接试验；第二，含氰废水的pH值通过NaOH溶液进行调节，要求控制在8到9pH值之间即可进行试验。通过NaOH溶液的添加，可对原水pH值进行充分调节，将提高反渗透膜对CN-的截留率，从原有的88.9%可提升至93.8%左右，具有良好效果。
4.3 膜组件排列
废水通过一级反渗透处理之后，0.03%为总氰浓度，但该值与国家排放标准不符，基于此，应选取连续—分级式排列，通过若干个反渗透膜组件进行串联操作。具体方案为：第一，把第一级反渗透膜进水pH值直接向8到9调节；第二，确保不改变第一级反渗透膜进水pH值，只将第二级反渗透膜进水pH值调节到8到9，随后对2个方面透过水的CN-含量进行对比、分析。
试验过程中，测定第一、第二级浓水流量难度较大，因此，可根据各级回收率70%到75%进行操作，并对系统总回收率进行计算，可得出49%到56%的总回收率，与工业化原水回收率40%到50%需求相符。最终可获取透过水的CN-浓度，即0.0041%，但其与指标要求相近，因试验过程中极易出现一定偏差，因此不可选用第二种方式。
综上所述，随着科学技术的发展，各种材料和用途的膜不断出现，膜分离技术的经济效益、社会效益、环境效益愈来愈大，发展前景也越来越广阔。
参考文献：
[1]王檑，蒙义舒.膜分离技术的应用现状及研究进展[J].现代矿业，2016，32（11）：239-240+244.
[2]刘志强，李慧，程一桥，张倩.正渗透膜分离技术处理生活污水的实验研究[J].水处理技术，2016，42（12）：68-71.
论文作者:徐玮
论文发表刊物:《基层建设》2017年第31期
论文发表时间:2018/1/31
标签：技术论文; 膜分离论文; 废水论文; 超滤论文; 膜技术论文; 反渗透论文; 混合物论文; 《基层建设》2017年第31期论文;