新分离技术论文

湘潭大学

《新分离技术》课程论文题目：

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膜分离技术在水处理方面的应用

摘要:介绍了常见的膜分离技术及其特点，阐述了反渗透、超滤、纳滤、微滤、电渗析这些常规膜分离技术的研究和在水处理技术中的应用情况。

关键词:膜、膜分离技术、水处理

1.膜分离技术的概述

膜是一种起分子级分离过滤作用的介质,当溶液或混和气体与膜接触时,在压力下,或电场作用下,或温差作用下,某些物质可以透过膜,而另些物质则被选择性的拦截,从而使溶液中不同组分,或混和气体的不同组分被分离,这种分离是分子级的分离。膜分离技术以高效、节能、不产生二次污染等优点已在水处理领域取得了显著的工程业绩。膜技术在水处理中应用是利用水溶液(原水) 中的水分子具有透过分离膜的能力，而溶质或其他杂质不能透过分离膜，在外力作用下对水溶液(原水) 进行分离，从而达到提高水质的目的。

液体膜技术主要包括微滤、超滤、反渗透和电渗析等。反渗透（RO）是液体/液体分离过程中最可能使用的膜分离过程；纳滤只截留超过一价的负电荷离子，如硫酸盐、磷酸盐,而能通过单价的负离子；一般认为超滤（UF）的分离机理为筛孔分离过程，在静压差（0.1~0.5MPa）为推动力的作用下，原料液中溶剂及小溶质粒子由高压的料液侧透过膜到低压侧，而大粒子组分被膜所阻挡；微滤(MF)过程理论上只有悬浮固体被截留，而其它甚至蛋白质都可以自由通过膜。四种膜分离过程特点如下图及表：

在我国，1965年开始反渗透的研究，1975年开始超滤研究，至今已走过40多年历程，与国际基本同步，成为仅次于欧美、日本的膜技术大国，在反渗透、超滤、微滤、纳滤、电渗析、气体分离膜、无机膜、渗透气化等领域都进行了成功的研究并已形成市场化工业体系，生产企业300多家，年工业总产值近30亿元。现由于源水日益匮乏、污染，膜技术逐步进入给水处理中。20世纪80年代中期，美国杜邦集团，法国利昂水务，德利满集团把微滤膜、超滤膜（UF ） 、纳滤膜(NF) 、高超滤膜(HUF) 、低超滤膜(LUF) 等技术应用到自来水厂处理饮用水；美国1987 年在Key Stone colo 建成第一个微滤(MF)水厂。我国宁波、东莞市局部供水系统也使用了膜技术。但从利用膜技术建第一个净化分厂方面来讲，我国的研究、生产与应用已经落后于先进国家。现在膜技术更加成熟，在自来水制造工艺上使用更加广泛，规模更大。

2.膜分离技术在水处理方面的应用

2.1微滤的应用

微滤分离为动态膜过滤分离过程，其原理为筛分，与超滤相同， 是目前应用范围最广最为成熟的膜分离技术，常与超滤连用，可在常温、低压下运行，无相变，具有操作简单、能耗低、通量大等特点。

Broom 等利用重金属沉淀物(经石灰或硫化物处理)形成的动态膜，采用微滤法去除混合电镀废液中的重金属。史红文等选择0.5m μ孔径的无机膜，采用沉淀一微滤法去除电镀废液中的+2Ni ，能保障出水中+

2Ni ≤1.0mg/l 。 连续膜过滤技术在污水处理方面应用越来越广，其核心是高抗污染膜以及与之相配合的膜清洗技术，可以实现对膜的不停机在线清洗，从而做到对料液不间断连续处理，保证生产

的连续、高效运行，其所用的膜多为材质是聚乙烯、聚偏氟乙烯等的微滤膜。

2.2超滤的应用

超滤膜分离技术是广泛应用于溶液物质分离、水质净化的膜分离技术。机械行业工件的润滑、清洗和石化行业的炼制及加工等会产生含油废水，其中乳化油的分离难度最大，用电解或化学法破乳使油粒凝聚的费用较高，而超滤就不需要破乳直接可将油水分离，特别适用于高浓度乳化油的处理和回收。陆晓千等用超滤膜技术处理清洗车床、设备等含油污水，颜色为乳白色，含油(1000～5000)mg/l ，经超滤膜处理后，颜色透明，含油低于10mg/l ，除油滤99% 。

皮毛加工及毛纺过程会产生大量的洗毛水，其中含有羊毛脂。洗毛水的传统处理方法是高速离心分离， 其效率只能达30%～40%。用超滤法处理洗毛水不仅可以回收废水中的羊毛脂，而且可回用洗毛水。

Pramauro 等采用胶束强化超滤技术从含微量重金属的水溶液中富集镍，铜，锌和钴离子。胶束增强超滤技术工艺简单，处理效果好，适用于处理低浓度的重金属废水。但是至今还没有开发出经济可行的方法对超滤浓缩液进行处理，使表面活性剂能循环利用。2008年，刘久清等利用金属离子络合物的性质进行电镀废水膜分离试验，试验利用聚丙烯酸钠(PAAN)为络合剂，处理含铜离子的电镀废水，铜离子 和PAAN 形成的络合物比较稳定，超滤膜对铜的截留率始终不变。同时，解络反应后，通过超滤膜回收的PAAN 与新鲜的PAAN 也具有相似的效果，，对铜的回收率可达到96％ ，同时排放水中铜的浓度<1.0mg/l ，满足环境排放标准的要求。络合超滤的解络合是制约络合超滤工业化应用的主要因素，因此高效的解络合技术的研究将有助于络合超滤技术的工业化。

陈东升等用聚砜等多种超滤膜材料对清洗油船产生的34mg/L 含油废水进行处理，截留率均在95%以上。张月萍等的超滤膜处理 VB12发酵滤液 ,可以使吸附过程高单位的收率提高12.5 % ,纯度提50.3 %。

2.3纳滤的应用

纳滤是20 世纪70 年代中后期开发的一种新型膜分离技术，由于在渗透过程中截留率＞ 95% 的最小分子约1nm ，故被命名为“纳滤膜”。纳滤膜对无机盐的截留效果主要取决于膜对离子的电荷效应的强弱。纳滤现已运用于多个方面。

在含重金属离子废水处理方面，Anne Bougen 等在无机纳滤膜上嫁接1，2—乙二胺(EDA)或聚磷酸盐制得复合纳滤膜，由于这些基团对金属离子具有选择性螯合作用，因此该膜对+2Cu 的截留率达80%～90%，对+3Fe 的截留率可达8O%～92%，能够实现铜离子和镉离子的有效分离。Evgenia Chilyumova 等采用Filmtec NF 和Filmtec NF90纳滤膜对含硝酸镍废水进行处理，在pH 值为2.4时，对镍的去除率分别为95.3%和99.82%，pH 值为3.2时，对镍

的去除率分别为94%和99.85%，+

2Ni 的截留率保持在90%以上，进水浓度(1000mg/l ，2000mg/l)对截留率无显著影响，因此可采用较高的回收率，减少浓缩液，发挥出纳滤的优点。