先进的膜法水处理技术

先进的膜法水处理技术09应化屈海波引言水是人类赖以生存的重要自然资源。全球水环境质量的严重恶化和经济的高速发展，迫切要求适合时代发展的污水资源化技术，以缓解水资源的短缺状况，水资源短缺已成为制约社会发展的瓶颈。因此，近年来各种新型、改良型的高效废水处理技术应运而生。其中，膜技术以其高效、节能、设备简单、操作方便等特点，在水处理领域中的应用越来越广泛。比如2008年，北京要实现绿色奥运的几项举措都应用到膜技术。国外有专家把膜技术的发展称为“第三次工业革命”，作为21世纪最有前途的高新技术之一。世界13个贫水国之一；人均占有水量为世界人均水平的四分之一；人均占有水量居世界149个国家的第110位；到2020年我国将缺水300多亿m3；2030年中国工业用水将从每年520亿m3增加到2690亿m3，届时水资源的短缺将更加严重。水资源严重短缺，工业用水浪费问题严重、耗水量大；加工吨油的水消耗量是发达国家的近5倍；加工吨钢铁的水消耗量是发达国家的4-5倍；工业水的重复利用率低，一般只有50％，落后美国、日本30年。中国水资源状况针对我水资源缺少的问题，将非传统水资源再次利用起来就显得尤为重要了。怎么办？寻找新的可利用非传统水资源（工业污水、市政污水；循环排污水、海水等）;最为可行的途径是实现污水回用。非传统水资源非传统水资源的回用途径循环排污水、工业废水、海水、市政污水回用为工业纯水保护反渗透膜，延长反渗透膜的寿命超滤进一步去除97%的无机离子、硅、有机物反渗透去除剩余离子、硅等，满足锅炉补给水要求EDI超滤膜UltrafiltrationEDI膜Electrodeionization原水脱盐膜RO工业高纯水1、模块化组合，高效、紧凑，占地少。2、模块化设计简便，自控简单。3、模块化，土建安装简单。4、膜分离技术效率更高，水质更好。5、物理分离过程，无酸碱，环保，工作环境好。非传统水资源的回用途径先进的膜法水处理技术一、膜技术的发展1950年朱达制成具有实用价值的离子交换膜；1953年美国里德教授在OWS开始反渗透的研究；1961年美国Hevens公司首先推出管式膜组件制造法；1964年美国通用原子公司研制出螺旋式反渗透组件；1967年美国杜邦公司研究出尼龙-66中孔纤维膜组件；1968年美籍华人黎念之研制成具有实用价值的乳化液膜；1970年E.卡斯勃尔研制成含流动载体的液膜，使膜技术提高到创新水平[1]。1748年法国阿贝、诺伦特首次揭示了膜分离技术现象；1863年杜不福特制成第一个膜渗析器，开始膜分离技术新纪元；膜技术的发展•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。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；HUFNFUF二、膜分离技术的基本原理和特点(1)根据混合物物理性质的不同——主要是质量、体积大小和几何形态差异,用过筛的办法将其分离。(2)根据混合物的不同化学性质。物质通过分离膜的速度取决于以下两个步骤的速度,首先是从膜表面接触的混合物中进入膜内的速度(称溶解速度),其次是进入膜内后从膜的表面扩散到膜的另一表面的速度。二者之和为总速度。总速度愈大,透过膜所需的时间愈短;总速度愈小,透过时间愈久。三、膜技术1.超滤2.纳滤工业废水城市污水重金属废水造纸废水化工废水超滤膜在废水处理中的应用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，COD浓度高达(10000～50000)mg/l，经超滤膜处理后，颜色透明，含油低于10mg/l，COD(1700～5000)mg/l，除油滤99%。待处理水：电镀综合排放废水回用水水质：电导100US/CM用途：电镀工艺用水工程规模：7000吨/天EMI工艺组成：物化传统工艺+超滤+反渗透城市污水的处理待处理水：生活、生产综合废水回用水水质：COD小于50MG/L用途：景观用水、道路冲洗用水工程规模：100吨/天EMI工艺组成：预处理+MBR膜生物反应器城市污水经二级生化处理后进行超滤，可进一步降低水的浊度、色度及有机物。超滤出水可作为循环冷却水、造纸用水等对水质要求不太高的工业用水水源。纳滤技术•作为一种新型分离技术，纳滤膜在其分离应用中表现出下列三个显著特征：•一是其截留分子量介于反渗透膜和超滤膜之间，为200～2000；•二是纳滤膜对无机盐有一定的截留率，因为它的表面分离层是由聚电解质所构成，对离子有静电相互作用。•三是超低压大通量，即在超低压下（0.1Mpa）仍能工作，并有较大的通量。•从结构上来看纳滤膜大都是复合型膜，即膜的表面分离层和它的支撑层的化学组成不同。根据其第一个特征推测纳滤膜的表面分离层可能拥有1nm左右的微孔结构，故被称之为“纳滤”。2、纳滤膜分离技术在废水处理中的应用生物反应池纳滤膜反应废水排泥直接循环化学氧化池活性炭吸附透过液排放在金属加工和合金生产废水中，含有浓度相当高重金属离子。将这些重金属离子生成氢氧化物沉淀除去是处理含重金属的废水一般的措施。采用纳滤膜技术，不仅可以回收90%以上的废水，使之纯化，而且同时使重金属离子含量浓缩10倍左右，浓缩后的重金属具有回收利用的价值。如果条件控制适当，纳滤膜还可以分离溶液中的不同金属。（3）化学工业废水的处理（1）含重金属废水的处理（2）造纸废水的处理造纸废水的处理•用纳滤膜处理含有硫酸木质素等有色化合物的废水，既能除去90%以上的COD，膜通量甚至比聚砜超滤膜还要高3倍。高通量可能是由于带负电性的纳滤膜截留了带负电性的硫酸木质素。LPRaman等采用纳滤膜技术对木浆漂白液进行处理，去除氯代木质素和90%的色度物质；Tomani等采用陶瓷纳滤膜处理造纸厂漂白废水，实现了造纸废水的封闭式运行。化学工业废水的处理•处理化学工业废水的常用方法是浓缩后焚烧或曝气。而且浓缩时需要除去废水中的盐分，因为要是浓缩成高盐度的废水，这种废水会对焚烧炉或暖气装置产生更大腐蚀。另外，废水中含有许多生物不能降解的大分子有机物。这些问题只有用纳滤膜才能有效解决。纳滤膜在浓缩水中有机成分的同时，让盐分透过，从而达到分级分别处理。经浓缩后的已脱盐废水可以去曝气，而透过液则可经生化处理成无害的排放液。纳滤（NF）设备纳滤纯水设备主要工艺流程：谢谢观赏•EDI（Electrodeionization，连续电解除盐技术），是一种将离子交换技术、离子交换膜技术和离子电迁移技术相结合的纯水制造技术。•反渗透技术•RO（ReverseOsmosis）反渗透技术是利用压力表差为动力的膜分离过滤技术，源于美国二十世纪六十年代宇航科技的研究，后逐渐转化为民用，目前已广泛运用于科研、医药、食品、饮料、海水淡化等领域。•RO反渗透膜孔径小至纳米级（1纳米=10-9米），在一定的压力下，H2O分子可以通过RO膜，而源水中的无机盐、重金属离子、有机物、胶体、细菌、病毒等杂质无法通过RO膜，从而使可以透过的纯水和无法透过的浓缩水严格区分开来。•一般性的自来水经过RO膜过滤后的纯水电导率5μs/cm（RO膜过滤后出水电导=进水电导×除盐率，一般进口反渗透膜脱盐率都能达到99%以上，5年内运行能保证97%以上。对出水电导要求比较高的，可以采用2级反渗透，再经过简单的处理，水电导能小于1μs/cm）,符合国家实验室三级用水标准。再经过原子级离子交换柱循环过滤，出水电阻率可以达到18.2M.cm，超过国家实验室一级用水标准（GB6682—92）。•目前的主要困难是研制价格便宜、稳定、长期受压无损的反渗透膜。中国从21世纪初开始掌握自主反渗透膜生产技术，在国家的大力支持下，将该计划列入国家计委高新技术产业化重点发展专项计划，由国家海洋局下的杭州水处理研究开发中心的子公司——杭州北斗星膜制品有限公司承担并研发成功。目前反渗透膜市场95％为进口膜，国产膜只占据了5%左右的市场，中国的反渗透技术还有很长的路要走。•微滤(mf)microfiltration微滤又称微孔过滤，它属于精密过滤，能够过滤微米级（µm）或纳米级（nm）的微粒和细菌。•基本原理是筛分过程，操作压力一般在0.7-7kPa，原料液在静压差作用下，透过一种过滤材料。过滤材料可以分为多种，比如折叠滤芯、熔喷滤芯、布袋式除尘器、微滤膜等。透过纤维素或高分子材料制成的微孔滤膜，利用其均一孔径，来截留水中的微粒、细菌等，使其不能通过滤膜而被去除。•决定膜的分离效果的是膜的物理结构，孔的形状和大小。•微孔膜的规格目前有十多种，孔径从14µm至0.025µm，膜厚120～150µm。•膜的种类有：混合纤维酯微孔滤膜；硝酸纤维素滤膜；聚偏氟乙烯滤膜；醋酸纤维素滤膜；再生纤维素滤膜；聚酰胺滤膜；聚四氟乙烯滤膜以及聚氯乙烯滤膜等。•微滤技术常用于电子工业、半导体、大规模集成电路生产中使用的高纯水等的进一步过滤。•微滤膜若从1907年Bechhold制得系列化多孔火棉胶膜问世算起，至今有近百年历史。而微孔膜的广泛应用是从二战之后开始的，最初只有CN膜，随着聚合物材料的开发，成膜机理的研究和制膜技术的进步。•我国MF研究始于70年代初，开始以CA－CN膜片为主，于80年代相继开发成功CA、CA－CTA、PS、PAN、PVDF、尼龙等膜片，并进而开发出褶筒式滤芯；开发了控制拉伸致孔的PP、PE和PTFE膜；也开发出聚酯和聚碳酸酯的核径迹微孔膜，多通道无机微孔膜也实现产业化。•纳滤•◆主要特点：•作为一种新型分离技术，纳滤膜在其分离应用中表现出下列三个显著特征：一是其截留分子量介于反渗透膜和超滤膜之间，为200～2000；二是纳滤膜对无机盐有一定的截留率，因为它的表面分离层是由聚电解质所构成，对离子有静电相互作用。三是超低压大通量，即在超低压下（0.1Mpa）仍能工作，并有较大的通量。•从结构上来看纳滤膜大都是复合型膜，即膜的表面分离层和它的支撑层的化学组成不同。根据其第一个特征推测纳滤膜的表面分离层可能拥有1nm左右的微孔结构，故被称之为“纳滤”。YS-NF系列纳滤净水设备•1．原水罐（可选）2．增压泵3．多介质过滤器4．活性炭过滤器5．离子软化系统/加药系统6．精密过滤器•7．高压泵8．纳滤主机•9．储水箱。•10．臭氧杀菌器（可选）