先進的膜法水處理技術

先進的膜法水處理技術09應化屈海波目前一頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點引言

水是人類賴以生存的重要自然資源。全球水環(huán)境質量的嚴重惡化和經濟的高速發(fā)展，迫切要求適合時代發(fā)展的污水資源化技術，以緩解水資源的短缺狀況，水資源短缺已成為制約社會發(fā)展的瓶頸。因此，近年來各種新型、改良型的高效廢水處理技術應運而生。其中，膜技術以其高效、節(jié)能、設備簡單、操作方便等特點，在水處理領域中的應用越來越廣泛。比如2008年，北京要實現(xiàn)綠色奧運的幾項舉措都應用到膜技術。國外有專家把膜技術的發(fā)展稱為“第三次工業(yè)革命”，作為21世紀最有前途的高新技術之一。

目前二頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點

世界13個貧水國之一；人均占有水量為世界人均水平的四分之一；人均占有水量居世界149個國家的第110位；到2020年我國將缺水300多億m3；

2030年中國工業(yè)用水將從每年520億m3增加到

2690億m3，屆時水資源的短缺將更加嚴重。

水資源嚴重短缺，工業(yè)用水浪費問題嚴重、

耗水量大；加工噸油的水消耗量是發(fā)達國家的近5倍；加工噸鋼鐵的水消耗量是發(fā)達國家的4-5倍；工業(yè)水的重復利用率低，一般只有50％，落后美國、日本30年。中國水資源狀況目前三頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點針對我水資源缺少的問題，將非傳統(tǒng)水資源再次利用起來就顯得尤為重要了。怎么辦？目前四頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點尋找新的可利用非傳統(tǒng)水資源（工業(yè)污水、市政污水；循環(huán)排污水、海水等）;最為可行的途徑是實現(xiàn)污水回用。非傳統(tǒng)水資源目前五頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點非傳統(tǒng)水資源的回用途徑循環(huán)排污水、工業(yè)廢水、海水、市政污水回用為工業(yè)純水保護反滲透膜，延長反滲透膜的壽命超濾進一步去除97%的無機離子、硅、有機物反滲透去除剩余離子、硅等，滿足鍋爐補給水要求EDI目前六頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點超濾膜UltrafiltrationEDI膜Electrodeionization原水脫鹽膜RO工業(yè)高純水1、模塊化組合，高效、緊湊，占地少。2、模塊化設計簡便，自控簡單。3、模塊化，土建安裝簡單。4、膜分離技術效率更高，水質更好。5、物理分離過程，無酸堿，環(huán)保，工作環(huán)境好。非傳統(tǒng)水資源的回用途徑目前七頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點先進的膜法水處理技術

一、膜技術的發(fā)展目前八頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點1950年朱達制成具有實用價值的離子交換膜；1953年美國里德教授在OWS開始反滲透的研究；1961年美國Hevens公司首先推出管式膜組件制造法；1964年美國通用原子公司研制出螺旋式反滲透組件；1967年美國杜邦公司研究出尼龍-66中孔纖維膜組件；1968年美籍華人黎念之研制成具有實用價值的乳化液膜；1970年E.卡斯勃爾研制成含流動載體的液膜，使膜技術提高到創(chuàng)新水平[1]。1748年法國阿貝、諾倫特首次揭示了膜分離技術現(xiàn)象；1863年杜不福特制成第一個膜滲析器，開始膜分離技術新紀元；目前九頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點膜技術的發(fā)展在我國，1965年開始反滲透的研究，1975年開始超濾研究，至今已走過40多年歷程，與國際基本同步，成為僅次于歐美、日本的膜技術大國。20世紀80年代中期，美國杜邦集團，法國利昂水務，德利滿集團把微濾膜、超濾膜（UF）、納濾膜(NF)、高超濾膜(HUF)、低超濾膜(LUF)等技術應用到自來水廠處理飲用水；HUFNFUF目前十頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點二、膜分離技術的基本原理和特點

(1)根據(jù)混合物物理性質的不同——主要是質量、體積大小和幾何形態(tài)差異,用過篩的辦法將其分離。(2)根據(jù)混合物的不同化學性質。物質通過分離膜的速度取決于以下兩個步驟的速度,首先是從膜表面接觸的混合物中進入膜內的速度(稱溶解速度),其次是進入膜內后從膜的表面擴散到膜的另一表面的速度。二者之和為總速度?？偹俣扔?透過膜所需的時間愈短;總速度愈小,透過時間愈久。目前十一頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點三、膜技術1.超濾2.納濾工業(yè)廢水城市污水重金屬廢水造紙廢水化工廢水目前十二頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點超濾膜在廢水處理中的應用目前十三頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點

用超濾膜技術處理清洗車床、設備等含油污水，顏色為乳白色，含油(1000～5000)mg/l，COD濃度高達(10000～50000)mg/l，經超濾膜處理后，顏色透明，含油低于10mg/l，COD(1700～5000)mg/l，除油濾99%。目前十四頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點待處理水：電鍍綜合排放廢水

回用水水質：電導100US/CM

用途：電鍍工藝用水

工程規(guī)模：7000噸/天

EMI工藝組成：物化傳統(tǒng)工藝+超濾+反滲透

目前十五頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點城市污水的處理

目前十六頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點

待處理水：生活、生產綜合廢水

回用水水質：COD小于50MG/L

用途：景觀用水、道路沖洗用水

工程規(guī)模：100噸/天

EMI工藝組成：預處理+MBR膜生物反應器

目前十七頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點城市污水經二級生化處理后進行超濾，可進一步降低水的濁度、色度及有機物。超濾出水可作為循環(huán)冷卻水、造紙用水等對水質要求不太高的工業(yè)用水水源。目前十八頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點納濾技術作為一種新型分離技術，納濾膜在其分離應用中表現(xiàn)出下列三個顯著特征：一是其截留分子量介于反滲透膜和超濾膜之間，為200～2000；二是納濾膜對無機鹽有一定的截留率，因為它的表面分離層是由聚電解質所構成，對離子有靜電相互作用。三是超低壓大通量，即在超低壓下（0.1Mpa）仍能工作，并有較大的通量。從結構上來看納濾膜大都是復合型膜，即膜的表面分離層和它的支撐層的化學組成不同。根據(jù)其第一個特征推測納濾膜的表面分離層可能擁有1nm左右的微孔結構，故被稱之為“納濾”。目前十九頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點2、納濾膜分離技術在廢水處理中的應用

生物反應池納濾膜反應廢水排泥直接循環(huán)化學氧化池活性炭吸附透過液排放目前二十頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點

在金屬加工和合金生產廢水中，含有濃度相當高重金屬離子。將這些重金屬離子生成氫氧化物沉淀除去是處理含重金屬的廢水一般的措施。采用納濾膜技術，不僅可以回收90%以上的廢水，使之純化，而且同時使重金屬離子含量濃縮10倍左右，濃縮后的重金屬具有回收利用的價值。如果條件控制適當，納濾膜還可以分離溶液中的不同金屬。（3）化學工業(yè)廢水的處理（1）含重金屬廢水的處理（2）造紙廢水的處理目前二十一頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點造紙廢水的處理用納濾膜處理含有硫酸木質素等有色化合物的廢水，既能除去90%以上的COD，膜通量甚至比聚砜超濾膜還要高3倍。高通量可能是由于帶負電性的納濾膜截留了帶負電性的硫酸木質素。LPRaman等采用納濾膜技術對木漿漂白液進行處理，去除氯代木質素和90%的色度物質；Tomani等采用陶瓷納濾膜處理造紙廠漂白廢水，實現(xiàn)了造紙廢水的封閉式運行。目前二十二頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點化學工業(yè)廢水的處理處理化學工業(yè)廢水的常用方法是濃縮后焚燒或曝氣。而且濃縮時需要除去廢水中的鹽分，因為要是濃縮成高鹽度的廢水，這種廢水會對焚燒爐或暖氣裝置產生更大腐蝕。另外，廢水中含有許多生物不能降解的大分子有機物。這些問題只有用納濾膜才能有效解決。

納濾膜在濃縮水中有機成分的同時，讓鹽分透過，從而達到分級分別處理。經濃縮后的已脫鹽廢水可以去曝氣，而透過液則可經生化處理成無害的排放液。目前二十三頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點納濾（NF）設備

目前二十四頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點納濾純水設備主要工藝流程：目前二十五頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點謝謝觀賞目前二十六頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點

EDI（Electrodeionization，連續(xù)電解除鹽技術），是一種將離子交換技術、離子交換膜技術和離子電遷移技術相結合的純水制造技術。目前二十七頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點

反滲透技術

RO（ReverseOsmosis）反滲透技術是利用壓力表差為動力的膜分離過濾技術，源于美國二十世紀六十年代宇航科技的研究，后逐漸轉化為民用，目前已廣泛運用于科研、醫(yī)藥、食品、飲料、海水淡化等領域。

RO反滲透膜孔徑小至納米級（1納米=10-9米），在一定的壓力下，H2O分子可以通過RO膜，而源水中的無機鹽、重金屬離子、有機物、膠體、細菌、病毒等雜質無法通過RO膜，從而使可以透過的純水和無法透過的濃縮水嚴格區(qū)分開來。一般性的自來水經過RO膜過濾后的純水電導率5μs/cm（RO膜過濾后出水電導=進水電導×除鹽率，一般進口反滲透膜脫鹽率都能達到99%以上，5年內運行能保證97%以上。對出水電導要求比較高的，可以采用2級反滲透，再經過簡單的處理，水電導能小于1μs/cm）,符合國家實驗室三級用水標準。再經過原子級離子交換柱循環(huán)過濾，出水電阻率可以達到18.2M.cm，超過國家實驗室一級用水標準（GB6682—92）。目前的主要困難是研制價格便宜、穩(wěn)定、長期受壓無損的反滲透膜。中國從21世紀初開始掌握自主反滲透膜生產技術，在國家的大力支持下，將該計劃列入國家計委高新技術產業(yè)化重點發(fā)展專項計劃，由國家海洋局下的杭州水處理研究開發(fā)中心的子公司——杭州北斗星膜制品有限公司承擔并研發(fā)成功。目前反滲透膜市場95％為進口膜，國產膜只占據(jù)了5%左右的市場，中國的反滲透技術還有很長的路要走。目前二十八頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點微濾(mf)

microfiltration微濾又稱微孔過濾，它屬于精密過濾，能夠過濾微米級（µm）或納米級（nm）的微粒和細菌?；驹硎呛Y分過程，操作壓力一般在0.7-7kPa，原料液在靜壓差作用下，透過一種過濾材料。過濾材料可以分為多種，比如折疊濾芯、熔噴濾芯、布袋式除塵器、微濾膜等。透過纖維素或高分子材料制成的微孔濾膜，利用其均一孔徑，來截留水中的微粒、細菌等，使其不能通過濾膜而被去除。決定膜的分離效果的是膜的物理結構，孔的形狀和大小。微孔膜的規(guī)格目前有十多種，孔徑從14µm至0.025µm，膜厚120～150µm。膜的種類有：混合纖維酯微孔濾膜；硝酸纖維素濾膜；聚偏氟乙烯濾膜；醋酸纖維素濾膜；再生纖維素濾膜；聚酰胺濾膜；聚四氟乙烯濾膜以及聚氯乙烯濾膜等。微濾技術常用于電子工業(yè)、半導體、大規(guī)模集成電路生產中使用的高純水等的進一步過濾。微濾膜若從1907年Bechhold制得系列化多孔火棉膠膜問世算起，至今有近百年歷史。而微孔膜的廣泛應用是從二戰(zhàn)之后開始的，最初只有CN膜，隨著聚合物材料的開發(fā)，成膜機理的研究和制膜技術的進步。我國MF研究始于70年代初，開始以CA－CN膜片為主，于80年代相繼開發(fā)成功CA、CA－CTA、PS、PAN、PVDF、尼龍等膜片，并進而開發(fā)出褶筒式濾芯；開發(fā)了控制拉伸致孔的PP、PE和PTFE膜；也開發(fā)出聚酯和聚碳酸酯的核徑跡微孔膜，多通道無機微孔膜也實現(xiàn)產業(yè)化。

目前二十九頁\總數(shù)三十一頁\編于二十二點納濾◆主要特點：作為一種新型分離技術，納濾膜在其分離應用中表現(xiàn)出下列三個顯著特征：一是其截留分子量介于反滲透膜和超濾膜之間，為200～2000；二是納濾膜對無機鹽有一定的截留率，因為它的表面分離層是由聚電解質所構成，對離子有靜電相互作用。三是超低壓大通量，即在超低壓下（0.1Mpa）仍能工作，并有較大的通量。從