膜分離技術(shù)論文(2)
膜分離技術(shù)論文篇二
膜分離技術(shù)研究近況
摘要:膜技術(shù)被稱為“2l世紀(jì)的水處理技術(shù)”,現(xiàn)已受到越來(lái)越多的水處理工作者的關(guān)注。常用的膜分離方法有電滲析、反滲透、超濾,其次是自然滲析和液膜技術(shù)。近年來(lái),膜材料、膜組件以及膜工藝在不斷更新,使得膜分離技術(shù)發(fā)展很快,在水和廢水處理、化工、醫(yī)療、輕工、生化等領(lǐng)域得到大量應(yīng)用。
關(guān)鍵詞: 膜技術(shù);膜材料;膜組件;膜工藝;膜污染
1 概述
1748年,法國(guó)學(xué)者Ahble Nollet發(fā)現(xiàn)水能自然地?cái)U(kuò)散到裝有酒精溶液的豬膀胱內(nèi),首次揭示了膜分離現(xiàn)象。此后,膜分離技術(shù)經(jīng)過(guò)了近200年漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程。膜技術(shù)(Membrane Technology)是用天然或人工合成的高分子薄膜以外界能量位差(如壓力差、濃度差、電位差和溫度差等)為推動(dòng)力,對(duì)雙組分或多組分的溶質(zhì)和溶劑進(jìn)行分離、分級(jí)、提純和富集的方法。
膜技術(shù)是一種分子水平上的分離技術(shù)。按照膜的功能可分為分離膜、識(shí)別膜、反應(yīng)膜、能量轉(zhuǎn)化膜和電子功能膜等,其中,分離膜的應(yīng)用最為廣泛。分離膜的根本原理在于膜具有選擇透過(guò)性,按照分離過(guò)程中的推動(dòng)力和所用膜的孔徑不同,可分為20世紀(jì)30年代的微濾(MF);2O世紀(jì)40年代的滲析(D);20世紀(jì)5O年代的電滲析(ED);20世紀(jì)60年代的反滲透(RO);20世紀(jì)70年代的超濾(UF);20世紀(jì)80年代的氣膜分離(GS);20世紀(jì)90年代的滲透汽化 (PV)和乳化液膜(ELM)等。有資料顯示,目前國(guó)際膜市場(chǎng)的75%分布在美國(guó)、歐洲國(guó)家和日本,20世紀(jì)80年代后膜分離技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用迅速發(fā)展,新發(fā)展了膜蒸餾和滲透汽化等膜分離過(guò)程,世界膜產(chǎn)售額已超過(guò)100億美元,年增長(zhǎng)率為14%～30%。
膜分離概念:可以將分離膜看作是把兩相分開(kāi)的一薄層物質(zhì),稱其為“薄膜”,簡(jiǎn)稱膜。膜可以是具有滲透性的,也可是具有半滲透性的,但不能是完全不透過(guò)性的。膜可以存于兩流體之間也可以附著于支撐體或載體的微孔隙上,膜的厚度應(yīng)比表面積小得多。成膜,以外界能量或化學(xué)位差作推動(dòng)力,對(duì)雙組分或多組分溶質(zhì)和溶劑進(jìn)行分離、分級(jí)、提純和富集的方法,統(tǒng)稱為膜分離法。膜分離法可用于液相與氣相,對(duì)液相分離,可以用于水溶液體系、非水溶液體系、水溶膠體系以及含有其它微粒的水溶液體系等。
膜分離是一項(xiàng)新興的高效分離技術(shù)。60年代后,膜分離技術(shù)逐步在工業(yè)界得到廣泛應(yīng)用,目前膜及組件在全世界的年銷售額已達(dá)30億美元以上,年增長(zhǎng)率高達(dá)14% ～30%,在1987年國(guó)際膜會(huì)議上(日本東京),膜技術(shù)被認(rèn)為是20世紀(jì)末到21世紀(jì)中期最有發(fā)展前途的高新技術(shù)之一。膜分離技術(shù)目前已普遍應(yīng)用于化工、輕工、電子、醫(yī)藥、食品、環(huán)境工程和石油行業(yè)。
納濾(NF)膜技術(shù)是近10多年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型的膜分離技術(shù),納濾膜由于其特殊的孔徑范圍和制備的特殊處理化(如復(fù)合化、荷電化),使得納濾膜具有較特殊的分離性能――對(duì)二價(jià)和多價(jià)離子及分子量在200～l000之間的有機(jī)物有較高的脫除性能, 對(duì)單價(jià)離子和小分子的脫除率則相對(duì)較低.NF膜所具有的特點(diǎn)使之特別適于海水的軟化,即去除海水中易結(jié)垢的Ca2+,Mg2+,SO42-等二價(jià)離子.NF技術(shù)已經(jīng)在水處理技術(shù)、環(huán)境工程等方面顯示出很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。在海水軟化方面的研究與應(yīng)用國(guó)內(nèi)外也已經(jīng)開(kāi)展。
膜技術(shù)應(yīng)用
多元多層納米膜技術(shù)是在離子鍵技術(shù)上發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)鍍膜技術(shù)。其應(yīng)用范圍有:(1)刃具、模具的表面強(qiáng)化。在高速鋼、硬質(zhì)合金制造的刃具(如鉆頭、銑刀、車刀)及模具表面獲得超高硬度的多元多層納米膜.提高刃具、模具的耐磨性;(2)機(jī)械零件的表面強(qiáng)化,如葉輪、葉片、氣缸、活塞環(huán)表面獲得納米鍍層,延長(zhǎng)零件使用壽命。
富氧技術(shù)的應(yīng)用亦非常廣泛,一般情況下,凡需空氣之處,均可用富氧來(lái)替代。特別是膜法富氧,由于設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、啟動(dòng)快、規(guī)?？尚】芍?、投資少、節(jié)能效果顯著、免維護(hù)及用途廣等,是一項(xiàng)日趨成熟的高新技術(shù),被發(fā)達(dá)國(guó)家稱為“資源的創(chuàng)造性技術(shù)”。許多文獻(xiàn)已有這方面的應(yīng)用報(bào)道:如華北制藥股份有限公司玻璃分公司于1996年建設(shè)的富氧燃燒項(xiàng)目,使用3年后總結(jié):隨著時(shí)間的推移、技術(shù)的成熟,取得了增產(chǎn)、節(jié)油和合格率提高均超過(guò)10%的效果;而且采用富氧燃燒技術(shù)后,火焰燃燒狀況有較大改善,火焰底部明顯發(fā)白發(fā)亮,火焰強(qiáng)度增加,火焰尾梢減小,從而既延長(zhǎng)爐齡,又提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。
目前,膜技術(shù)廣泛的用于從含鹽和被污染的水源生產(chǎn)可飲用水和工業(yè)廢水的處理等。進(jìn)一步的應(yīng)用包括:藥品傳輸系統(tǒng)、通過(guò)蒸汽濃度檢測(cè)爆炸材料、燃料電池等。在過(guò)去的2O年中,BARC已經(jīng)涉及反滲透技術(shù)的開(kāi)發(fā),用于微堿水和海水的脫鹽等工藝。最近,開(kāi)發(fā)了一種民用水凈化器,其能夠在自來(lái)水壓力條件下,去除細(xì)菌污染物,生產(chǎn)安全的飲用水。
由于膜過(guò)濾技術(shù)是一種高教、低能耗和易操作的液體分離技術(shù),因此在廢水處理中有著廣闊的應(yīng)用前景。在介紹膜過(guò)濾技術(shù)性質(zhì)、分類的基礎(chǔ)上對(duì)膜過(guò)濾技術(shù)在含油廢水、生活廢水、造紙廢水、有色廢水、化工合成廢水、重金屬離子廢水及其他廢水處理的應(yīng)用研究和進(jìn)展?fàn)顩r進(jìn)行了綜述,討論了膜過(guò)濾技術(shù)的研究方向和發(fā)展前景。認(rèn)為減輕膜污染、研究開(kāi)發(fā)廉價(jià)的過(guò)濾膜和膜組件是膜過(guò)濾技術(shù)在水處理中應(yīng)重點(diǎn)解決的問(wèn)題。在實(shí)際應(yīng)用中,將膜過(guò)濾技術(shù)與其他分離技術(shù)和廢水處理技術(shù)相結(jié)合,充分發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)和協(xié)同效應(yīng),得到最佳處理效果和最佳經(jīng)濟(jì)效益。
另外,錦化化工(集團(tuán))有限責(zé)任公司樹(shù)脂廠采用膜分離技術(shù)回收VCM精餾尾氣,研究了氣體膜分離技術(shù)的原理,并對(duì)該技術(shù)的各項(xiàng)工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化、調(diào)試?？偨Y(jié)出一套最佳控制方案,徹底解決了循環(huán)氣在系統(tǒng)中的累積、膜組件傳遞動(dòng)力等工藝參數(shù)影響膜分離效果的問(wèn)題,可使精餾尾氣中的VCM、c2 H2回收率達(dá)到95%、85%以上,回收VCM 303 t/a、 H2 89 t/a,獲經(jīng)濟(jì)效益202萬(wàn)元/a。
在城市飲用水膜處理方面,由于新型膜處理技術(shù)具有適應(yīng)的水質(zhì)范圍廣,出水水質(zhì)好,占地面積小等優(yōu)點(diǎn),及其在國(guó)外的推廣應(yīng)用,因此這種新型的膜處理技術(shù)不僅能有效地去除水中的濁度、病原微生物和病原寄生蟲(chóng),納濾膜還能有效地去除水中的有機(jī)污染物,包括常規(guī)工藝很難去除的農(nóng)藥等.
結(jié)語(yǔ)
膜分離技術(shù)由于其良好的透過(guò)性,分離效率高,操作簡(jiǎn)便,能耗低等優(yōu)點(diǎn),在許多領(lǐng)域
得到了廣泛應(yīng)用,在油田采油廢水處理中亦得到應(yīng)用,但仍有許多方面需要改進(jìn)。例如,膜組件的選擇,操作條件的控制,膜材料的表面改性,減少膜污染,同時(shí)開(kāi)發(fā)新型膜分離工藝與新型膜材料。成功解決了上述問(wèn)題,膜分離技術(shù)將會(huì)在含油廢水處理中得到更加廣泛的應(yīng)用。
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