水處理技術:膜分離技術介紹
膜分離過程有多種,不同的分離過程所采用的膜及施加的推動力也不同。根據推動力的不同,膜分離過程主要有下列幾種:
(1)基于壓力差:如微濾(microfiltration,MF)、超濾(ultrafiltration,UF)、納濾(nanofiltration,NF)與反滲透(reverseosmosis,RO)。當在膜兩側施加一定的壓力差時,混合液中的一部分溶劑及小于膜孔徑的組分透過膜,而微粒、大分子、鹽等被截留下來,從而達到分離的目的。這四種膜分離過程的主要區別在于被分離物質的大小和所采用膜的結構和性能不同。微濾的分離范圍為0.05~10mm,壓力差為0.015~0.1MPa;超濾的分離范圍為0.001~0.05mm,壓力差為0.1~1MPa;反滲透常用于截留溶液中的鹽或其它小分子物質,壓力差與溶液中的溶質濃度有關,一般在2~10MPa;納濾介于反滲透和超濾之間,脫鹽率及操作壓力通常比反滲透低,一般用于分離溶液中相對分子質量為幾百至幾千的物質。
(2)基于濃度差:如擴散滲析(dialysis),是指利用離子交換膜將濃度不同的進料液和接受液隔開,在濃度差的推動力作用下,溶質從濃度高的一側透過膜向濃度低的一側擴散,當膜兩側的濃度達到平衡時,滲析過程停止進行。擴散滲析主要于工業廢水酸、堿回收,回收率可達70-90%,但不能將它們濃縮。
(3)基于電位差:如電滲析(electrodialysis,ED),是指在直流電場的作用下,利用陰、陽離子交換膜對溶液中陰、陽離子的選擇透過性(即陽膜只允許陽離子通過,陰膜只允許陰離子通過),使溶液中的溶質與水分離的一種膜分離過程。電滲析主要用于脫鹽,如苦咸水淡化、純凈水制備等,還可以利用電極反應,用于工業廢水酸堿和金屬的回收。
(4)基于滲透壓:如正滲透(forwardosmosis,FO),利用比鹽水滲透壓更高的溶液作為驅動液,使水自發地從鹽水側透過半滲透膜達到驅動液側,結合易于循環使用的驅動液,可用于海水脫鹽。由于FO膜對水中的無機、有機物質均有良好的截留效果,正滲透還可用于污/廢水凈化。此外,由于在正滲透過程中不使用外加壓力,因此可有效降低膜污染。
與傳統分離技術相比,膜分離技術具有以下特點:
(1)在膜分離過程中不發生相變,與其它方法相比,能耗較低;
(2)一般在常溫下進行,特別適于對熱敏感物質的處理,并且不消耗熱能;
(3)一般不需要投加其它物質,不帶入二次污染物質,不改變分離物質的性質,并節省原材料和化學藥品;
(4)在膜分離過程中,分離和濃縮同時進行,可回收有價值的物質;
(5)分離裝置簡單,操作容易,運行穩定,易于實現自動化控制。
因此,膜分離技術除廣泛用于海水和苦咸水淡化、純水生產外,在飲用水凈化、城市污水處理與利用以及各種工業廢水處理與回收利用等領域的應用也得到廣泛關注。
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