污水处理技术工艺

膜分离技术在环境及生活中的应用

发布日期:2019-05-11 / 发布者:鸿淳环保科技 / 点击:

膜分离技术是指利用天然或合成的选择性渗透膜,由外部能量或化学势差驱动,对两种或两种以上的溶质和溶剂组分进行分离、分类、纯化和浓缩的高新技术前沿课题[1]。膜分离技术具有节能、高效、简单、成本低、无相变、室温连续运行等优点,特别适用于热敏感物质的处理。其应用已渗透到人们生活和生产的各个方面,广泛应用于化工、环保、生物工程、医药卫生、食品化工等行业[2]。虽然膜分离技术的应用在许多方面离工业化的要求还有很长的路要走,但随着新型膜材料的不断发展和高效强化膜工艺分离技术研究的不断深入,膜分离技术的应用应更加广泛。Dely的使用,将成为未来世界研究的热点,在各个领域将发挥更为显著的作用。

综述了膜分离技术的一些特点及其在环境和生活中的应用,提出了膜分离技术的发展前景。

1、膜分离技术

1.1膜的基本概念

膜是指流体相中或两个流体相之间的一种薄的凝聚相,它将流体分成两个互不连通的部分,并使两部分之间的传质成为可能。

薄膜厚度在0.5mm以下,否则称为膜。

1.2膜的基本特性

(1)无论薄膜有多薄,它都必须有两个与两侧流体接触的界面。

(2)膜传质是选择性的,允许液相中的一种或多种物质通过,但不允许其他物质通过。

1.3膜分离的基本原理

现代膜分离技术的基本原理是膜具有选择性渗透性能。膜分离法是利用外界能量或化学势差驱动的天然或合成聚合物膜,对两组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分类、纯化和富集的方法。它既可用于液相,也可用于气相。用于液相分离,可用于水溶液体系、非水溶液体系、水溶胶体系和含其它颗粒的水溶液体系。例如,当选择膜作为分离介质时,当一种驱动力(如浓度差、压差或电位差等)。应用在膜的两侧,原料侧的组分可以选择性地穿过膜,达到分离纯化的目的。通常,膜的原材料侧称为膜的上游,而渗透侧称为膜的下游。

2、膜分离法的分类

膜分离可分为:电渗析、反渗透、超滤、微滤、纳滤、萃取。

3.膜分离技术的发展和特点

3.1膜分离技术的发展[3]

(1)1950年代初,为了从海水或咸水中获得淡水,开始研究防渗透膜。真正的分离膜出现在20世纪60年代。1961年,Miqielisi(A. S. Michelis等人)利用各种比例的酸性和碱性聚合物介电混合物作为溶剂,制成可以保留不同分子量的膜。这种膜是真正的超滤膜。amicon首先将这种膜商业化。

(2)1967年杜邦公司成功开发了以尼龙66为主要组分的中空纤维反渗透膜组件。在此期间,丹麦DDS公司研制成功了平板反渗透膜组件。反渗透膜开始工业化。

(3)自20世纪60年代中期以来,膜分离技术真正实现了产业化.第一种分离膜是超滤膜(UF膜)、微孔滤膜(MF膜)和反渗透膜(RO膜)。自那时以来,许多其他类型的分离膜已经开发出来。

(4)同时,除了上述三种膜之外,其他类型的膜也得到了很大的发展。 20世纪80年代气体分离膜的成功开发进一步改善了功能膜的状态。具有分离选择性的人造液膜是由马丁在20世纪60年代早期研究反渗透时发现的。将液膜覆盖在固体膜上以支撑液膜。

60年代中期,美籍华人黎念之博士发现,水和含油表面活性剂可以形成界面膜,从而发明了一种无固体膜支撑的新型液膜,并于1968年获得第一项纯液膜专利。

1970年代初,"卡斯勒"(Cussler)成功研制出含有移动载体的液膜,使液膜分离技术更具选择性。

3.2膜分离技术的特点

优点:

(1)在常温下进行

活性成分的损失很小,尤其适用于药物、果汁、酶类和蛋白质等抗生素等热敏物质的分离和浓缩。

(2)无相态变化

保持原味,能耗极低,成本约为蒸发浓度的1 / 3-1 / 8或冷冻浓度。

(3)无化学变化

典型的物理分离过程,不含化学试剂和添加剂,产品不受污染。

(4)选择性好

它可以在分子水平内分离,具有优良的性能,不能被通用滤波器取代。

(5)适应性强

加工规模可大可小,可连续进行或间隙进行,工艺简单,操作方便,易于自动化。

(6)能耗低

它只需由电能驱动,能耗很低,成本约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/3/1/8。

缺点:

(1)膜表面易受污染,膜分离性能降低,因此必须采用适合该方法的膜表面清洗方法;

(2)稳定性、抗药性、耐热性、耐溶剂性有限,适用范围有限。

(三)分离膜技术功能有限,需要与其他分离技术结合使用。

4。膜分离技术在环境和生活中的一些应用。

4.1膜在环境中的应用

4.1.1膜在大气中的应用

(1)在汽车尾气处理过程中,可采用膜分离技术限制有害气体(CO2、SO2、CO、NO2)和杂质向空气中的排放,造成环境破坏。汽车排气系统膜的分离可以保护环境,使燃油充分燃烧,节约资源,保护环境。

(二)采用膜分离技术取样,分离效果好、富集,采用硅铜铜膜渗透取样法,通过渗透膜测量空气中的二氧化硫,塑料中的四汞钠吸收液体吸收形成二氯化汞复合物,直接测定吸收液体中的so2含量,并在周围空气中发现so2浓度(mg/m3),是一种非常实用的方法。该方法简单,测量范围大(0.004-50mg/m3)。利用核膜孔作为采样滤膜hno 3-h2o2浸出,无火焰原子吸收光谱可以同时测量锰和铅在大气尘埃中的含量,探测限度分别为5.0 x10和9.5 x10 g/m大气。这种方法的优点是:

薄膜的吸收率很小,在取样前和取样后的很长一段时间内不需要在烘干机中称量。

(2)重复使用一次或多次的锰、铅、镉和镍的本底值为零。

3采样效率高:两个滤膜中锰和铅的收集率为100%。

(4)易洗脱。将混合酸(以4:1的体积临时制备的1mhn03和3%H202)浸泡30分钟,将金属成分完全浸泡。

5已清洗过的滤膜在性能上没有变化,可以继续使用。因此,使用这种方法,成本低,方法简单。此外,大气中微量的二氧化硫也可以通过导电的全感性膜分离和测定。它不受h2s或ch3sh的影响。

现性好 。

(3)当有害工业气体排放到大气中时,采用膜分离技术分离工厂尾气的排气口,防止有害杂质和气体进入大气。这也避免了空气污染,这也使空气更清新,环境更好。

4.1.2膜在固体废物中的应用

随着经济的发展,生活水平不断提高,产业发展相对较快。许多固体废物已经无序处理,导致水,空气和土壤中的重金属和不可降解的固体。当膜分离技术中存在固体物质时,可以先通过过滤除去一些非金属和胶体杂质,然后通过阳离子或阴离子交换膜除去固体组分,这样它也可以通过膜在水中。分离技术非常有利于水体中不存在固体污染,即水体的溶解平衡,水体无固体污染,变得更加清洁。

4.1.3膜在污水处理中的应用

随着工业化的发展,大量工业废水和生活废水排放到水体中,严重影响了水质。为了保护环境免受污染,并能够回收一些有用的物质,工业和家庭污水需要经过处理,以符合排放标准。超滤和纳滤技术常用于废水处理[5],根据研究,采用纳滤技术处理城市污水可以降低水的浊度、色度和有机物。超滤处理后,废水可用于循环冷却水、造纸水等不需要高水质的工业水源。这大大提高了水的利用率,也保护了水资源的循环利用。

4.2.膜在日常生活中的应用

4.2.1膜在饮用水中的应用

近年来,膜分离技术已广泛应用于饮用水的生产,并且治疗规模也在不断扩大。仅使用超滤工艺的水厂净化规模现有数据每天超过20×104 m3,超滤水厂的总处理能力已超过每天800×104 m3 [9]。还有许多制造商使用微滤工艺进行加工。可以看出,膜处理已成为最常用的饮用水方法。微滤可有效去除有机物和悬浮固体的小颗粒,但微滤不能除去天然和合成有机物。它需要与其他方法结合使用。微滤结合凝结和吸附预饮用水越来越引起人们的关注,赵鹏[10]等。使用两个PAC结合微滤技术处理河水,在两个反应堆中保持167L / m2·h的高流出物通量。 PAC在高通量下具有良好的有机物去除率。韩国的Jeong-ikOh [10]和其他人研究了微滤,结合在线快速搅拌器和凝结剂来生产饮用水。当以1.1mg / L加入凝结剂时,膜电阻最小,电势接近于零。非常好的加工效果。

4.2.2在啤酒无菌过滤中的应用

啤酒的无菌过滤是提高啤酒生产质量的重要步骤。啤酒质量的好坏与啤酒的稳定性、外观和口感直接相关。曹义鸣等[7]接纳有机陶瓷膜对啤酒举行除菌过滤,对膜孔径的抉择、膜器布局优化、膜滤运转进程强化等方面进行了体系的实验研讨,提出了一套新型高效的膜器布局与工艺设想的根据;翁佩芳等[8]还接纳膜错流过滤和新型的无菌灌装体系的消毒灭菌要领对无菌生啤酒的出产工艺举行设想,使整个生产工艺系统高效、优化运行,同时加强生产操作及卫生的管理,生产出色泽、品质优良、保质期长的无菌鲜啤酒。

4.2.3薄膜在油烟去除中的应用

随着生活水平的提高,居住地相对密集。家庭生活排放的煤烟中的多环芳烃对环境危害很大,对人体皮肤有很大的副作用,因此油烟机通常安装在厨房,但从室内到室外仅部分安装。可以说,亲和膜技术和微孔过滤技术可以应用于风机或风口,过滤杂质和烟尘,从而提高生活质量。它还可以使环境污染减少。

5.膜分离技术的前景

目前,膜分离技术在许多方面得到了广泛的应用,在某些方面还比较成熟。随着产品质量的不断提高和生产成本的降低,膜分离技术的优势越来越明显,将取代传统的低效分离技术。然而,我们也应该认识到,膜分离技术的广泛应用近几十年来已经开始,许多方面还不成熟,需要进一步深入研究。作者认为,需要解决的主要问题有三个:选择性、通量稳定性和输出值。选择性问题应集中在膜材料的研究上,并继续发展功能高分子膜材料和无机膜材料。仿生膜、电解质膜和分子识别膜的研究需要达到智能化、高效化和特异性的目的。膜通量的稳定性和产值比应着重于膜的抗污染和膜过程的强化。无论采用哪种膜,都存在膜孔堵塞、膜表面粘附层形成等膜污染问题,严重影响了通量的稳定性和输出值比。因此,应研究一种广泛应用的强化膜分离技术,以减少膜污染,增加过滤通量,延长膜寿命。这需要多种因素的结合,如选择合适的膜材料,合理设计膜元件,有针对性的清洗和污染防治方法,以及精心的工艺设计。尽管膜分离技术的广泛成熟应用离工业化的要求还有很长的路要走,但随着新型膜材料的不断发展和高效强化膜工艺分离技术的研究的不断深入,膜分离技术的应用也越来越广泛。GY应该得到更广泛的应用,它将成为未来世界的一个热点研究课题,在各个领域将发挥更为显著的作用。使用。因此,目前膜分离技术已成为混合料分离的重要手段,越来越受到人们的重视。其应用前景必将更加广阔。

6、结论

虽然膜分离技术在许多方面还远远没有达到工业化的要求,但随着新型膜材料的不断发展和高效强化膜工艺分离技术的不断发展,膜分离技术应得到更广泛的应用。

膜分离技术在环境及生活中的应用

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