摘要:自產(chǎn)業(yè)革命以來,以西方各國為主體的發(fā)達國家顯著加快了工業(yè)化的速度。其結(jié)果帶來了生活上的舒適與便利,但同時也引起了自然生態(tài)系統(tǒng)的破壞,地球溫度升高、臭氧層被破壞、廢棄物的激增等等都是明顯的實例。1992年在巴西舉行的世界環(huán)境首腦會議及通過的里約熱內(nèi)盧宣言表明了人類對環(huán)境保護的重視。作為具體行動,世界各國正大力推廣標準化組織制定的ISO14000系列的企業(yè)環(huán)境管理認證體系。歸根結(jié)底,環(huán)境污染是由于人類在活動時排出的各種物質(zhì)的質(zhì)和量超過自然界的自凈能力而產(chǎn)生的。因此,環(huán)境保護的*方法在于將排出的物質(zhì)回收并再利用,或恢得到自然界原有的存在形態(tài)。實際實施時,除生物、化學處理外,常采用減少容積,稀釋降濃等物理方法。不言而喻,目前仍存在大量的現(xiàn)實問題亟待解決。
關(guān)鍵詞:膜分離 環(huán)保
自產(chǎn)業(yè)革命以來,以西方各國為主體的發(fā)達國家顯著加快了工業(yè)化的速度。其結(jié)果帶來了生活上的舒適與便利,但同時也引起了自然生態(tài)系統(tǒng)的破壞,地球溫度升高、臭氧層被破壞、廢棄物的激增等等都是明顯的實例。1992年在巴西舉行的世界環(huán)境首腦會議及通過的里約熱內(nèi)盧宣言表明了人類對環(huán)境保護的重視。作為具體行動,世界各國正大力推廣標準化組織制定的ISO14000系列的企業(yè)環(huán)境管理認證體系。歸根結(jié)底,環(huán)境污染是由于人類在活動時排出的各種物質(zhì)的質(zhì)和量超過自然界的自凈能力而產(chǎn)生的。因此,環(huán)境保護的*方法在于將排出的物質(zhì)回收并再利用,或恢得到自然界原有的存在形態(tài)。實際實施時,除生物、化學處理外,常采用減少容積,稀釋降濃等物理方法。不言而喻,目前仍存在大量的現(xiàn)實問題亟待解決。
*,膜分離技術(shù)是物質(zhì)分離技術(shù)中的一個單元操作。膜分離法的zui大特點是驅(qū)動力主要為壓力,不伴隨需要大量熱能的變化。因而有節(jié)能、可連續(xù)操作、便于自動化等優(yōu)點,本文將介紹一些適用于環(huán)保領(lǐng)域的膜技術(shù)應用實例。
1. 環(huán)境保護和膜的適用用途. 環(huán)保的一個十分重要的內(nèi)容就是廢物(固體)、廢液(液體)及廢氣(氣體)處理,即將三廢物再利用,減少向周圍環(huán)境排出的數(shù)量或?qū)⑴欧盼锏挠泻ξ镔|(zhì)經(jīng)過分離、無害化處理后排放。表1中給出了典型的三廢物質(zhì)及膜分離技術(shù)的適用范圍。從表1中可以看出,因膜技術(shù)的處理對象為流體,故主要適用于廢水、廢液及廢氣的處理。圖1給出了分離膜的分類。根據(jù)待分離物質(zhì)的大小,依次可使用微濾、、納濾、反滲透及氣體分離膜。需要說明的是,膜分離只具有物質(zhì)分離的功能,若構(gòu)成一個完整的環(huán)保處理系統(tǒng),常常需要與其它處理技術(shù)組合使用。
表1 廢棄物形態(tài)及膜分離技術(shù)的適用性
廢棄物形態(tài) | 廢棄物種類 | 膜的可適用性 |
固體 | 廢物 | 紙張 塑料 金屬 | 不適用 |
液體 | 廢水 | 懸濁物 | 微濾膜 膜 |
溶解性成分(三鹵甲烷、農(nóng)藥等) | 膜(UF) 納濾膜(NF) (RO) |
廢液 | 各種化學溶劑 | 納濾膜(NF). (RO) |
氣體 | 廢氣 | 有機蒸汽 氟利昂 硫化物 二氧化碳 | 氣體分離膜 |
圖1 分離膜的分類
2. 適用于廢水排放用途的膜分離技術(shù)
表2給出了各種廢水排放膜處理的應用實例。排放水處理以往采用沉淀法、活性污泥法、蒸發(fā)法等,現(xiàn)在膜法或與上述方法配合使用,或者*代替使用。使用膜法時,除得到膜透過液外,對于濃縮液有時可通過萃取方法提取有用物質(zhì),而多數(shù)情況則是固化后燃燒處理。
表2 膜分離法用于廢水排放處理的應用實例
應用領(lǐng)域 | 適用分離膜 | 透過液 | 濃縮液 |
金屬工業(yè) 模鑄廢水 水溶性切削油 銅壓延含油廢水 | NF,RO UF,NF,RO NF,RO | 放流/活性污泥 活性炭吸附 同上 | 固化燃燒或轉(zhuǎn)專業(yè)處理 同上 同上 |
金屬表面處理 電鍍回收液 電鍍水洗廢水 脫脂廢水 廢稀料 | NF,RO NF,RO MF,UF UF中國過 | 再利用(洗凈水) 同上 再利用 再生稀料 | 再利用(溶液) 轉(zhuǎn)專業(yè)處理 固化燃燒或轉(zhuǎn)專業(yè)處理 固化燃燒 |
半導體工業(yè) 硅研磨廢水 水洗廢水 | UF RO | 再利用(研磨用水) 再利用 | 轉(zhuǎn)專業(yè)處理 轉(zhuǎn)專業(yè)處理 |
建筑物內(nèi)生活廢水 建筑物內(nèi)生活廢水 糞便 下水二次處理水 | UF,NF,RO UF RO | 中水道 排放 工業(yè)用水,源水用水 | 下水道排放 活性污泥槽 排放 |
2-1. 下水的高度處理

根據(jù)排放物質(zhì)的成分的不同,處理方式有所差異,但一般是將膜技術(shù)與絮凝劑沉降、加壓浮選和生物處理等技術(shù)配合起來使用。絮凝沉降時需根據(jù)水質(zhì)的變化控制絮凝劑的投入量。生物處理時的處理效果常受溫度、濃度等因素的影響,水質(zhì)較難保持穩(wěn)定。膜分離法作為不受水質(zhì)變動影響,且可去除可溶解成分的下水高度處理法已逐漸進入實用化階段。日本*套使用技術(shù)的大型實驗裝置于1993年-1995年在日本千葉縣花見川下水處理場完成了實際運轉(zhuǎn)實驗。該裝置的處理流程如圖2所示。該系統(tǒng)處理前后的水質(zhì)分析結(jié)果如表3所示。產(chǎn)出水(210m3/日)的水質(zhì)達到了自來水標準。反滲透裝置實現(xiàn)了自動連續(xù)運行。從下水變成上水的處理成本為37日元/米3(約為2.4元/米3)。
作為納濾(NF)膜與反滲透(RO)膜聯(lián)用的應用實例可舉大阪下水道館的水處理裝置。該裝置將二次處理(生物處理水)后的下水用NF、RO膜再次處理,處理后的水用于展覽館大型水槽內(nèi)的熱帶魚飼養(yǎng)。該裝置的工藝流程如圖3所示。處理前后的水質(zhì)分析結(jié)果見表3。

表3 水質(zhì)分析結(jié)果(平均值)
指標 | 項目 | 單位 | 下水二次處理水 | RO原水 | RO膜透過滲透水 | 除去率(%)比RO原水 | 水道水質(zhì)標準 | 源水用的水利用目標值 |
固體形狀物質(zhì)指標 | SS | Mg/l | 4.2 | < 0.4 | < 0.4 | - | - | - |
TDS | Mg/l | 349.4 | 395.7 | 219.2 | 44.6 | < 5002 | - |
有機物指標 | CODMn | Mg/l | 9.4 | 7.4 | 2.1 | 71.2 | < 10 | - |
BOD5 | Mg/l | 3.7 | 1.6 | < 0.5 | - | - | 3mg/l |
TOC | Mg/l | 7.5 | 4.9 | 0.41 | 91.7 | - | - |
富有營養(yǎng)化指標 | T-P | Mg/l | 0.3 | 0.02 | < 0.01 | - | - | - |
T-N | Mg/l | 18.6 | 20.2 | 13.7 | 32.1 | - | - |
NH2-N | Mg/l | 14.9 | 15.7 | 9.6 | 39.1 | - | - |
NO2-N | Mg/l | 0.8 | 1.6 | 1.5 | 8.3 | < 10 | - |
NO3-N | Mg/l | 0.6 | 1.4 | 1.4 | - | < 10 | - |
無機物指標 | PH | - | 7.3 | 7.2 | 6.9 | - | 5.8-8.6 | 5.8-8.6 |
M-含堿度 | Mg/l | 135.2 | 108.4 | 51.2 | 52.8 | - | - |
電導率 | μs/cm | 697.4 | 791.9 | 445.6 | 43.7 | - | - |
Na | Mg/l | 65.4 | 73.0 | 44.8 | 38.6 | - | - |
Ca | Mg/l | 24.5 | 27.4 | 10.0 | 63.5 | < 3004 | - |
Cl | Mg/l | 86.3 | 113.9 | 83.2 | 26.9 | < 200 | - |
SO4 | Mg/l | 44.7 | 58.4 | 0.3 | 100.0 | - | - |
Si | Mg/l | 11.8 | 10.1 | 8.6 | 14.7 | - | - |
Fe | Mg/l | < 0.1 | < 0.1 | < 0.1 | - | < 0.3 | - |
Mn | Mg/l | < 0.1 | < 0.1 | < 0.1 | - | - | - |
Al | Mg/l | < 0.1 | < 0.1 | < 0.1 | - | - | - |
2-2.膜技術(shù)與凈化槽技術(shù)的聯(lián)用
在日本,一些下水處理系統(tǒng)不完備或難于長距離向下水處理廠輸送的地區(qū),生活廢水多依靠凈化槽進行下水處理。安裝有浸漬平膜組件的膜分離型凈化槽的示意圖如圖4所示。在活性污泥曝氣槽內(nèi)浸入呈格柵形的平模組件,依靠透水側(cè)的負壓吸引,將因曝氣而形成的循環(huán)原水透過膜面而實現(xiàn)過濾。這種在活性污泥處理技術(shù)上附加的膜分離技術(shù)可控制活性污泥的濃度,提高生物反應的效率,同時又可得到水質(zhì)穩(wěn)定的處理水5)。

日本厚生?。ㄐl(wèi)生福利部)正在主持可適用于家庭廁所、廚房及浴室排水處理的小型膜分離型凈化槽驗證實驗,并計劃于1998年實現(xiàn)大面積推廣。
表4 高度處理水質(zhì)
| 原水 | FM膜透過水 | RO1滲透水 | RO2滲透水 |
外觀,臭氣 | 弱下水臭 | - | - | - |
SS(mg/l) | 16 | - | - | - |
COD(mg/l) | 10 | 8 | 1 | < 1 |
T-P(mg/l) | 0.86 | 0.4 | 0.02 | < 0.01 |
NH4-N(mg/l) | 7.4 | 1.7 | 0.6 | < 0.1 |
NO3-N(mg/l) | 0.8 | 3.7 | 3.0 | 0.2 |
NO2-N(mg/l) | 0.23 | 3.3 | 2.2 | 0.35 |
大腸菌群個數(shù)(個/l) | 4900 | ND | - | ND |
PH | 7.17 | 6.52 | 5.91 | 5.75 |
電導率(μs/cm) | 950 | 840 | 273 | 14 |
3. 適用于上水(飲用水)用途的膜分離技術(shù)
飲用水也日益受到環(huán)境污染的影響,江河水、地下水的污染多數(shù)是因為三廢物質(zhì)排放所引起的。特別是作為污染物質(zhì),不僅是混濁物質(zhì),還常伴隨有三鹵甲烷及農(nóng)藥等可溶解成分,以往的絮凝沉降、砂濾等方法不能除去可溶解成分,故還常需用活性炭吸附機臭氧氧化分解處理。
膜分離技術(shù)在飲用水方面的應用主要集中在以下兩個方面:
1. 用微濾(MF)膜和(UF)膜代替絮凝沉降和砂濾。此法可稱為簡易處理。膜法的優(yōu)點在于不使用絮凝劑等化學藥劑,在水質(zhì)波動較大時仍可自動連續(xù)處理,占地面積也小。
2. 用納濾(NF)膜或反滲透(RO)膜去除前述方法不可除去的三鹵甲烷、農(nóng)藥等可溶解性成分。此法可稱為深度處理。部分NF、RO膜對三鹵甲烷的脫除效果如表5所示。由于膜材質(zhì)及制造工藝不同,各種NF、RO膜對三鹵甲烷的脫除率有所不同。在美國已普遍將NF、RO膜技術(shù)用于地下水為水源的城市供水系統(tǒng)。例如在佛羅里達州,為了去除地下水中的三鹵甲烷,80年代就建成了日產(chǎn)水量為3.8萬立方米的NF、RO膜分離供水廠7)。膜裝置排出的濃縮水的處理也是技術(shù)難點之一,在美國多向海洋或江河下游排放或向地下深井滲透。
表5 RO膜對三鹵甲烷的脫除效果率評價結(jié)果
供給液 | RO膜對三鹵甲烷的脫除率 |
三鹵甲烷種類 | 濃度 | 芳香族聚酰胺 | 聚乙烯醇系列 | 醋酸纖維素 |
CHCl3 | 25 | 71 | 33 | 18 |
CHBrCl2 | 6.3 | 70 | 28 | 11 |
CHBr2Cl | 10 | 81 | 41 | 12 |
CHBr3 | 50 | 90 | 52 | 17 |
CH3CCl3 | 10 | 98 | 85 | 50 |
CCl4 | 1 | >99 | 88 | 66 |
CHCl=CCl2 | 38 | 97 | 83 | 52 |
CCl2=CCl2 | 10 | >99 | 98 | 70 |
對應的日東產(chǎn)品型號 | NTR-759HR | NTR-729HF | NTR-1698 |
4.應用于排氣的膜分離技術(shù)
大氣污染的主要原因有:促進地球溫暖化的二氧化碳、引起酸性雨的燃燒氣體中的含硫成分、造成光化學污染的氮氣及有機蒸汽成分、造成大氣臭氧層破壞的氯氟碳(CFC)成分等等8)。關(guān)于這些氣體的排放基準,世界各國都在制定相應的規(guī)則和環(huán)境目標。二氧化碳及二氧化硫分離膜仍未達到實用化階段9,10)。有機蒸氣分離,例如汽油蒸氣的回收分離膜已有應用實例11)。有機蒸氣稱作揮發(fā)性有機化合物VOC(Volatile Organic Compounds)。VOC回收膜已被一些公司如日本的日東電工,美國的MTR、德國的GKSS所商品化。日本鋼管(NKK)公司開發(fā)的汽油蒸汽回收膜分離裝置的示意流程如圖5所示。含有汽油成分的混合氣體經(jīng)前置除涯后導入膜分離組件,在膜透氣側(cè)設有真空泵造成負壓,透過分離膜的VOC成分在吸收塔內(nèi)被汽油液體所吸收。

關(guān)于氟利昂及替代氟利昂的回收,在日本,有在聚合生產(chǎn)線貯槽上設置替代氟利昂的膜回收裝置,在歐美,有從涂膜工藝產(chǎn)生的HCFC-123氣體的回收裝置已進入實用化階段。
來源:中國過濾網(wǎng)
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