膜技术在水处理中的应用前景
膜分离技术受到世界各技术先进国家的高度重视,近30 年来,美国、加拿大、日本和欧洲技术先进国家,一直把膜技术定位为高新技术,投入大量资金和人力,促进膜技术迅速发展,使用范围日益扩大。
　　膜分离技术的发展和应用,为许多行业,如纯水生产、海水淡化、苦咸水淡化,电子工业、制药和生物工程、环境保护、食品、化工、纺织等工业,高质量地解决了分离、浓缩和纯化的问题,为循环经济、清洁生产提供依托技术。
1 　膜分离技术简介
1. 1 　膜的定义
　　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。
1. 2 　膜的种类
　　分离膜包括:反渗透膜(0. 0001～0. 005μm) ,纳滤膜(0. 001 ～ 0. 005μm) 超滤膜(0. 001 ～ 0. 1μm) 微滤膜(0. 1～1μm) 、电渗析膜、渗透气化膜、液体膜、气体分离膜、电极膜等。他们对应不同的分离机理,不同的设备,有不同的应用对象。膜本身可以由聚合物,或无机材料,或液体制成,其结构可以是均质或非均质的,多孔或无孔的,固体的或液体的,荷电的或中性的。膜的厚度可以薄至100μm ,厚至几毫米。不同的膜具有不同的微观结构和功能,需要用不同的方法制备。制膜方法一直是膜领域的核心研究课题,也是各公司严格保密的核心技术。
1. 3 　膜分离技术的定义
　　把上述的膜制成适合工业使用的构型,与驱动设备(压力泵、或电场、或加热器、或真空泵) 、阀门、仪表和管道联成设备。在一定的工艺条件下操作,就可以来分离水溶液或混和气体。透过膜的组分被称为透过流分。这种分离技术被称为膜分离技术。
2 　膜技术的应用领域
2. 1 　供水
2. 1. 1 　高质量饮用水供给　　
　　随着水体的污染和人民生活水平提高,人们越来越希望得到高质量的饮用水供给。采用活性炭吸附过滤和超滤结合制取高质量饮用水,设备投资少,制水成本低,是优质饮用水制备的经济有效方法,具有广阔的市场前景。
2. 1. 2 　工业供水　　
　　自来水和地下水的水质不能满足许多化学工业、电子工业和纺织工业的要求,需要经过净化处理方可以使用,超滤膜技术是净化工业用水的重要技术之一。
2. 1. 3 　医药用水　　
　　医药针剂用水是采用多级蒸馏制备的,其工艺繁琐、能耗高、而且质量常常得不到保证。用超滤膜技术除针剂热源和终端水热源,取得很好效果。
2. 2 　工艺水的处理(分离、浓缩、分级和纯化)
　　在各工业生产过程中,往往有分离、浓缩、分级和纯化某种水溶液的需求。传统用的方法是沉淀、过滤、加热、冷冻、蒸馏、萃取和结晶等过程。这些方法表现出流程长、耗能多、物料损失多、设备庞大、效率低、操作繁琐等缺点,以超滤膜技术取代某种传统技术可以获得显著的经济效益。
2. 2. 1 　膜技术在制药工业的应用　　
　　 膜技术广泛应用于生物制备和医药生产中的分离、浓缩和纯化。如血液制备的分离、抗菌素和干扰素的纯化、蛋白质的分级和纯化、中草药剂的除菌和澄清等。发酵是生物制药的主流技术,从发酵液中提取药物,传统工艺是溶剂萃取或加热浓缩,反复使用有机溶剂和酸碱溶液,耗量大,流程长,废水处理任务重。特别是许多药物热敏性强,使传统工艺的实用性多受限制。国际先进的制药生产线,大量采用膜分离技术代替传统的分离、浓缩和纯化工艺。如以膜设备浓缩纯化抗生素、中药汤及中药针剂澄清等。
2. 2. 2 　膜技术在食品领域工业的应用　　
　　 利用超滤膜技术把发酵液中产品和菌体分离,再采用其它方法精制流程。其优点是:生产效率和产品质量提高;简化了工艺流程;菌体蛋白不含外加杂质,利用价值高,达到资源综合利用。酱油、醋的澄清、果汁澄清和浓缩、乳制品生产、制糖工业都采用了膜技术。
2. 2. 3 　膜技术在各种工业生产中的应用　　
　　凡是涉及分子级的浓缩和分离的过程,都有膜技术应用的机会。汽车电泳漆的在线纯化采用超滤膜除去杂质,持续保证涂漆质量;燃料工业泳超滤膜技术分离和浓缩中间体。
2. 3 　在环境保护和水资源化的应用
　　膜技术在废水处理、污染防治和水资源综合利用方面得到广泛应用。在许多情况下,不仅处理了废水,还能回收有用物质和能量。
2. 3. 1 　各种含油废水及废油的处理　　
　　①采油回注水的处理:膜法可以除去在水中的乳化溶解油,提高注入水的质量。②含油废水的处理:许多工业生产和运输业都产生大量的含油废水,膜滤技术是达标排放最有效的方法。③废润滑油的纯化:用常规技术加膜分离,可得到很纯的润滑油,适用于汽车等废机油的处理。④机床切削油的纯化回收:膜法可除去废切削油中的细菌和杂质,处理后回用。⑤废食用油的纯化处理技术:食用油在连续高温下产生致癌物质,用膜法可将这部分除去。⑥食用菜籽油的纯化:菜籽油中含有15 %～48 %高含炭量的芥子酸。用膜法可除去,达到标准(芥子酸<
5 %) 。
2. 3. 2 　废水的处理及回用　　
　　①膜生物反应器处理生活污水回用中水,其占地面积小,设备投资低,处理水质好。②印刷显影废水的处理及回用,采用膜技术处理可以达标排放,也可回收。③电镀废水可采用膜技术处理,水回用,污染物回槽利用。④印染废水采用膜分离可除去有色染料,得到的水回用。牛仔布印染废水可回收靛蓝燃料。⑤造纸废水用膜可将废水中的木质素、色素等分离出来,净化水可排放或回用。
2. 3. 3 　水的淡化技术　　
　　①海水淡化技术:应用最新的膜蒸馏技术,最适合和船用发动机热交换器连用,利用废热生产淡水,适合于中、小型渔船远航捕捞使用。②咸水淡化技术:将天然咸水用膜淡化到应用水质标准。
2. 4 　气体分离、浓缩技术及其应用
　　①氧化浓缩:可用膜装置制成安全、简便的医疗和理疗设备,也可用于炼钢吹氧或助燃等工业生产,富氧浓度35 %～80 %。②氮气浓缩:氮气可用于食品保存、汽车存储、飞机加油、防爆及化学工业,膜设备的氮可浓缩至90 %～98 %。③二氧化碳、二氧化硫、氢气的分离:当二氧化碳、二氧化硫、氢气分别和其它气体混和在一起时,可用膜将它们分离出来,满足工业的需要。④氢气的分离和浓缩:在化工产品制造时,往往排出大量氢气,可用膜法将氢气分离出来。
2. 5 　其它
　　①膜法保鲜剂:在水果、蛋类外部侵涂一层膜可达保鲜目的。保鲜后,存放期长,外观色泽好。②制造维生素E 的膜法分离技术:用膜可以从黄豆油中提取VE 的混合物,其抽提剂可循环使用。
3 　膜分离技术的国内发展动态
　　中国的膜技术从60 年代中期起步研究,长时间在实验室内和中试规模徘徊。从“七五”计划开始,国家科委把膜技术列为国家重大科研项目加以支持,膜技术取得较大进展,特别是改革开放的国策促进了广泛的国际交流,膜技术在国民经济发展中的重要性日益增大,国内膜工业产值也逐渐增加。
　　近10 年来,中国的膜技术的总体水平有了很大的进展,但与国际技术先进国家的差距仍然很大。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。尤其应用的工艺设计、系统成套能力、膜组件水平、相关机电产品等方面,尚未达到国际先进水平,远不能满足国内市场需求,膜技术存在着很大的发展空间。
　　首先,我们要加强研发能力,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。
　　再者,通过招商引资,引进技术,消化吸收,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,膜品种及相关机电产品等方面达到国际先进水平。