超滤膜技术是一种膜透过分离技术,其滤过能力介于纳滤和微滤之间,其工作原理是:
在溶液通过一种半透膜的时候,在压力的作用下,溶剂和溶质中的小分子物质可通过滤膜到达膜的另一侧,而溶质中的大分子物质和胶体则由于无法通过滤膜孔洞而被拦截下来。
随着溶液不断流过,膜上被拦截的物质也越来越多,因此要想实现超滤作用就得对溶剂施加更大的压力,与此同时在膜的表面形成的物质也展现出一定的化学特性,对于一些污染物也具有截留和分解的作用,从而实现水的净化。
随着大分子物质不断高集在膜表面滤过的速度不断降低,出现“浓度极化”的现象,为使超滤能够持续有效地进行,实际工作中常使用搅排式超滤装置来消除”浓度极化”的现象。
相对于其他水处理技术而言,超滤膜技术具有很多无可比拟的优势:
超滤膜化学稳定性高,可耐高温、耐酸、耐碱,因此对进水水质要求不高,通用性强;
超滤膜技术原理简单,容易实现自动化运转,节约劳动力,且操作简便、易于维护,运行安全稳定;
超滤膜技术属于物理方法,在水处理过程中并不需加任何化学药剂,因此可有效的防止水体的出现二次污染的情况;
超滤膜技术效率高,处理水量大,尤其是对污染较小的城市饮用水处理,展现出极高的作效率;
应用:城市饮用水净化、海水淡化、电镀废水的处理、含油废水的处理、城市污水回用、食品工业废水回收
超滤膜技术主要应用在水质条件较好的地区。用于制取矿泉水,超滤膜的能够保留水中的有益的矿物质,同时去除水中的泥沙,杂质。
1:饮用水处理
20世纪末,由于水环境污染加剧,以及水质检测技术的发展,出现了许多新的水质问题,如贾第虫和隐孢子虫(两虫)问题、水蚤及红虫问题、藻类污染加剧及臭味和藻毒素问题、水的生物稳定性问题等。为此,世界各国都对饮用水制订了更多的指标项目(100多项)和更严格的水质卫生标准,我国卫生部新的《生活饮用水卫生标准》(gb 5749—2006)于2012年全面推行,检测指标由35项增至106项,但用常规处理 (第一代饮用水技术)加臭氧—活性炭深度处理(第二代饮用水技术)已不能满足要求了,故超滤膜技术被引用,被称之为第三代饮用水技术。超滤一般能去除水中包括水蚤、藻类、原生动物、细菌甚至病毒在内的微生物,与第二代处理工艺结合能充分发挥各工艺的优点,对水中的致病微生物、浊度、天然有机物、微量有机污染物、氨氮等都有较好的处理效果,从而满足人们对水质越来越高的要求。
2 :废水处理
据超滤膜各项特点,无论在生活污水还是在工业废水中都得到广泛应用。这是因为它具有如下的优点:
(1) 对杂质的去除效率高,产水水质大大好于传统方法;
(2)彻底消除或者大大减少化学药剂的使用,避免二次污染;
(3)系统易于自动化,可靠性高。运行简易,设施只有开启,关闭两档;
(4)占地面积要求小;
(5) 与常规水处理系统费用相当生活污水经过超滤使处理水质变好从而进行回用,而工业废水中由于一般技术不能达标,采用超滤技术能充分处理废水。
2.1 生活污水处理
城市污水处理厂废水,可采用膜生物反应器(mbr)技术进行处理,处理后的水质较好,可用于中水回用,且反应器占地面积小,设备投资低。可广泛应用于小区中水回用。
2.2 含油废水的处理
含油废水存在的状态分三种:浮油、分散油、乳化油。前两种较容易处理,可采用机械分离、凝聚沉淀、 活性炭吸附等技术处理, 使油分降到很低。但乳化油含有表面活性剂和起同样作用的有机物,油分以微米级大小的离子存在于水中,重力分离和粗粒化法都比较困难。超滤膜能达到目的,它使水和低分子有机物透过膜,从而实现油水分离。 例如,油田含油废水中通常油量为100~1000 mg/l,超过国家排放标准(<10 mg/l),故排放前必须进行除油处理应用中空纤维超滤技术,在操作压力为 0.1mpa,污水温度 40℃时,膜的透水速度可达 60~120 l/(m2·h),可将原油 200~1000 mg/l 的废水处理后达到环境排放标准。
2.3 食品工业废水处理
食品工业中牛奶、饮料、淀粉、酵母、豆腐、肉类等加工过程中形成的废水, 含有大量的蛋白质、淀粉、酵母、乳糖及脂肪等,都有一定的回收价值,而这类废水中的bod和 cod又较高,会对环境造成污染。用一般生化法较难处理,且无法回收其中有用的物质,用超滤法可以实现回收利用又达到净化废水的目的。
如采用中空纤维和管式超滤装置处理蟹加工废水时,入口压力采用 0.18 mp,出口压力采用 0.12 mp,浓缩倍数可达十倍,20 l 废水浓缩液经离心干燥可获得180 g 的干燥固体、含40%的蛋白质和23%~45%的脂肪。
2.4 电镀废水
电镀废水的用水量高,其中的氰化物、 六价铬、镍、铜、锌、镉等重金属离子具有很强的毒性,对人、动物和农作物等都会造成严重的危害。电镀废水的特点是可生化性小,且里面的金属离子难以被微生物吸收。目前国内外治理电镀废水使用技术中,利用铁氧化法处理电镀废水, 虽然原料方便和价廉,但是出水色感差、污泥量大。利用电解法处理电镀废水,处理效果虽然较好,但是投资较大、耗电较多,处理成本持高不下。
采用超滤膜和反渗透膜连用可以使镀镍废水中的电导率、镍、硝酸盐和总有机碳的去除率分别为97%, 99.8%, 95%和 87%, 通过超滤膜作为预处理,反渗透膜的污染明显减少,并且反渗透膜的通量能提高 30%~50%。
2.5 造纸废水的处理
造纸废水处理碱回收中应用最多的是燃烧法碱回收,此种方法不仅不经济,还没有对有用的物质进行回收。超滤应用于造纸废水中,主要是对某些成分进行浓缩并回收,而透过的水又重新返回工艺中使用,主要回收的物质是磺化木质素,它可以再返回纸浆中被在利用,这样就能创造较大的环境效益和经济效益。
3: 海水淡化
海水淡化技术经过半个世纪的发展,从技术上已经比较成熟,大规模地把海水变成淡水已经在世界各地出现。目前主要的海水淡化方法有反渗透(swro) 、多级闪蒸(msf) 、多效蒸发(med)和压汽蒸馏(vc)等,而适用于大型的海水淡化的方法只有 swro、msf 和 med。虽然现有淡化容量的70%是蒸馏法,主要是多级闪蒸,但近年来这种局面正在改变,反渗透法以其低投资费和低能耗迅速扩大市场。从19世纪 60年代膜技术被用于解决这些国家的缺水问题,但许多反渗透海水淡化系统面临着膜污染严重的问题,主要因为反渗透系统 的传统的预处理方法无法提供可靠的入水水质。因此,绝大多数淡化工厂,在远远低于其设计出水量的情况下工作,导致制水成本居高不下。国内外多个膜法海水淡化工程实际运行情况表明,超滤系统可以有效的控制海水水质,为反渗透系统提供高质量的入水。
4 :结语
在国际中,超滤膜技术已得到了广泛应用。近10年来,我国的超滤膜技术有了很大的进展,但与国外产品相比差距仍然很大。
问题主要表现在:生产现代化、产业化程度低,原料不规范,工艺参数未严格控制,产品质量不稳定;膜的品种少,应用范围小。所以只要我们要加强研发能力,努力推动膜技术产业的发展,依靠科技进步,提高产品质量,降低成本,增加品种,扩大应用面提高膜技术应用的工艺设计、 系统成套能力, 膜制备和膜组件水平,扩大膜品种及相关机电产品,就能使我国超滤膜得到广泛的发展,在水处理领域中发挥更大的作用。
膜技术是一门崭新的跨学科实用技术,膜分离过程是一种无相变、低能耗物理分离过程,具有高效、节能、无污染、操作方便和用途广等特点。半个世纪以来,膜技术已在许多领域中得到广泛地应用,被公认为是当代最有发展前途的高新技术之一。在水处理应用较多的仍属压力式的膜技术(微滤、超滤、纳滤和反渗透等) ,超滤膜从20世纪90年代得到广泛应用,其膜以中空形式居多,主要材质为聚醚砜、聚偏氟乙烯等高分子材料。