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膜法水处理技术就业

发布时间:2024-12-05 06:51:07

纳滤技术的概述

基于纳滤分离技术的优越特性,其在制药、生物化工、 食品工业等诸多领域显示出广阔的应用前景。膜分离技术被称为“二十一世纪的水处理技术”,自70年代应用于水处理领域后,得到了广泛的研究和空前的发展,受到世界各国水处理工作者的普遍关注,开展了不同水平。不同层次的理论研究和技术开发、应用。在给水处理领域应用最为广泛的是一系列的低压膜,如纳滤膜、反渗透膜等。其中,纳滤膜法水处理技术以其特殊的优势,获得了世界各国的水处理工作者的普遍关注,在水处理技术的研究和开发领域取得了可喜的成绩。
纳滤技术是从反渗透技术中分离出来的一种膜分离技术,是超低压反渗透技术的延续和发展分支。一般认为,纳滤膜存在着纳米级的细孔,且截留率大于95%的最小分子约为1mm,所以近几年来这种膜分离技术被命名为:Nanofiltration,简称:NF,中文译为:纳滤。在过去的很长一段时间里,纳滤膜被称为超低压反渗透膜(LPRO:LowPressureReverseOsmosis),或称选择性反渗透膜或松散反渗透膜(LooseRO:LooseReverseOsmosis)。日本学者大谷敏郎曾对纳滤膜的分离性能进行了具体的定义:操作压力≤1.50mPa,截留分子量200~1000,NaCl的截留率≤90%的膜可以认为是纳滤膜[1]。现在,纳滤技术已经从反渗透技术中分离出来,成为介于超滤和反渗透技术之间的独立的分离技术,己经广泛应用于海水淡化、超纯水制造、食品工业、环境保护等诸多领域,成为膜分离技术中的一个重要的分支。

② 生物膜法的原理

生物膜法是一种用于水处理和废水处理的技术,其原理基于生物膜的形成和作用。以下是生物膜法的原理:
生物膜形成:在生物膜法中,将废水通过生物反应器或滤池等设备,使废水与生物体接触。废水中含有有机污染物,如有机物、氮、磷等。通过控制环境参数(如温度、氧气供应、营养物浓度等),适宜的微生物将在水体中附着于固体载体或水体表面,形成生物膜。
微生物代谢:生物膜中的微生物通过附着于载体或水体表面,利用废水中的有机物质作为碳源和能量源进行代谢。微生物分解有机物质,产生二氧化碳和水,并将有机物质转化为微生物细胞质的组成部分,并释放出新的微生物细胞。
生物膜反应:在生物膜中,微生物对废水中的有机物质进行吸附、降解和转化。微生物膜提供了一个良好的环境,使得微生物能够在固定的载体上生长,形成相对稳定的生态系统。废水中的有机物质与微生物膜接触,被微生物降解成无机物质或低分子化合物。
生物膜更新:随着时间的推移,生物膜会逐渐增厚,微生物数量也会增加。为了保持生物膜系统的稳定和高效性,需要进行生物膜的更新。可以通过物理方法(如搅拌、刮板)或生物方法(如人工引入新的微生物种群)来实现生物膜的更新。
生物膜法利用微生物膜对废水中的有机污染物进行吸附、降解和转化,从而实现废水处理的目的。它具有生物降解效率高、处理效果稳定等优点,被广泛应用于水处理和废水处理领域。

③ 纳滤的应用

纳滤分离作为一项新型的膜分离技术,技术原理近似机械筛分。但是纳滤膜本体带有电荷性。这是它在很低压力下仍具有较高脱盐性能和截留分子量为数百的膜也可脱除无机盐的重要原因。
纳滤分离愈来愈广泛地应用于电子、食品和医药等行业,诸如超纯水制备、果汁高度浓缩、多肽和氨基酸分离、抗生素浓缩与纯化、乳清蛋白浓缩、纳滤膜-生化反应器耦合等实际分离过程中。与超滤或反渗透相比,纳滤过程对单价离子和分子量低于200的有机物截留较差,而对二价或多价离子及分子量介于200~500之间的有机物有较高脱除率,基于这一特性,纳滤过程主要应用于水的软化、净化以及相对分子质量在百级的物质的分离、分级和浓缩(如染料、抗生素、多肽、多醣等化工和生物工程产物的分级和浓缩)、脱色和去异味等。主要用于饮用水中脱除Ca、Mg离子等硬度成分、三卤甲烷中间体、异味、色度、农药、合成洗涤剂,可溶性有机物,及蒸发残留物质。
随着对环境保护和资源综合利用认识的不断提高,人们希望在治理废水的同时实现有价物质的回收,比如:大豆乳清废液中含有1%左右的低聚糖和少量的盐,亚硫酸盐法制备化纤浆和造纸浆过程出现的亚硫酸钙废液中含有2%~2.5%的六碳糖和五碳糖,制糖工业中出现的废糖蜜中含有少量的盐等等。
NF分离是一种绿色水处理技术,在某些方面可以替代传统费用高,工艺繁琐的污水处理方 法.其技术特点是:能截留分子量大于100的有机物以及多价离子,允许小分子有机物和单 价离子透过;可在高温,酸,碱等苛刻条件下运行,耐污染;运行压力低,膜通量高,装置 运行费用低;可以和其他污水处理过程相结合以进一步降低费用和提高处理效果.在水处理 中,NF膜主要用于含溶剂废水的处理,能有效地去除水中的色度,硬度和异味.NF膜以其特殊的分离性能已成功地应用于制糖,制浆造纸,电镀,机械加工以及化工反应催化剂的回收等行业的废水处理.
纳滤是一种绿色水处理技术,是国际上膜分离技术的最新发展,在某些方面可以替代传统费用高、工艺繁琐的污水处理方法。纳米级孔径且带有电荷的特殊过滤性能特点是:能截留分子量大于200的有机物以及多价离子,允许小分子有机物和单价离子透过;可在高温、酸、碱等苛刻条件下运行,膜耐受的条件范围宽,浓缩倍数高,耐污染;运行压力低,膜通量高,装置运行费用低,能耗极低(唯一驱动力是压力)。
由于纳滤膜特殊的孔径范围和制备时的特殊处理(如复合化、荷电化),使得纳滤膜具有较特殊的分离性能,其在降低废水COD、水源水的色度、硬度和去除饮用水中的有机物(TOC)、三卤代烷(THMs)前驱物等方面的应用近年来受到广泛重视,已成功地应用于制糖行业、造纸行业、电镀行业、机械加工行业及化工反应催化剂的回收行业等的废水处理中。纳滤膜的应用研究主要集中在几个方面:根据中性溶质的分子量大小而进行分离;截留有机物分子而让单价电解质透过膜层;根据离子价态而实现离子问的分离。根据纳滤膜分离的特点,其应用范围主要适用于下述情况的物质分离:①对单价盐分离的截留率要求不高;②要求进行不同价态离子的分离,如软化处理;③需要对高分子量有机物与低分子量有机物进行分离,如葡萄酒脱醇;④盐和对应的酸的分离;⑤有机物和无机物的分离,如染料脱盐、乳清浓缩脱盐和饮用水净化。
纳滤膜具有热稳定性、耐酸、耐碱和耐溶剂等优良性质,在废水的有价物质回收中起到不可估量的作用,广泛地应用于各种有机废水的回收处理。比如农药废液处理、乳清和抗菌素脱盐、电镀废液中金属回收、各种石化废水处理等。在给水处理中,纳滤膜主要用于制备软化水、饮用纯净水,能有效地去除水中的色度、硬度和异味 。
试验研究及应用
(1)日用化工废水处理.用NF膜处理日用化工废水的应用研究表明NF膜耐酸碱,有优良的截留率,对重金属有很好的去除率,不存在膜污染问题.据估计,由于NF膜的运行费用低于反渗透技术,对有机小分子有良好的脱除率,可能会覆盖90%以上的日用化工废水处理.
(2)石油工业废水处理.
石油工业废水主要包括石油开采和炼制过程中产生的含各种无机盐和有机物的废水,其成分 非常复杂,处理难度大.采用膜法特别是NF法与其他方法相给合,既可有效处理废水还可以 回收有用物质.例如,先用NF膜将原油废水分离成富油的水相和无油的盐水相,然后把富油 相加入到新鲜的供水中再进入洗油工序,这样既回收了原油又节约了用水.以前多采用反渗 透 和相分离结合的方法处理石油工业废水,但存在着膜污染严重的问题,如果在反渗透前加一NF膜,就可以解决膜污染的问题.石油工业的含酚废水中主要含有苯酚,甲基酚,硝基酚以 及各类取代酚,此类物质的毒性很大,必须脱除后才能排放,若采用NF技术,不仅酚的脱除 率可达95%以上,而且在较低压力下就能高效地将废水中的镉,镍,汞,钛等重金属高价离子脱除,其费用比反渗透等方法低得多.
(3)杀虫剂废水处理.一般的水处理方法不能除去污染水中的低分子有机农药.通过研究NF膜对不含酚杀虫剂的截留性能发现除了二氯化物以外,其他杀虫剂的截留 率均高于96.7%,所有杀虫剂在NF膜上的吸附能力均受其疏水性的影响.采用NF处理含有酚 类杀虫剂的废水也十分有效.
(4)化纤,印染工业废水处理.NF可以用于印染过程排水中染料及助剂的脱除和回用.处 理染料聚合浆料时,由于大多数染料的分子量在几百到几千,NF膜可以让一些无机盐或小分 子通过,而对较大的染料分子进行截取,粗染料浆液经NF系统后,染料可以富集,而无机盐 的浓度下降,脱盐率大于98%,染料损失率小于0.1%,而且可以在高温下运行.此外,NF还 可以用于纤维加工过程中的含油废水的处理及回收再利用.
(5)生活污水处理.采用常用的生物降解和化学氧化相结合的方法处理生活污水时,氧化 剂的消耗很大,残留物多.如果在它们之间增加一个NF系统,让能被微生物降解的小分子( 分子量小于100)通过,不能生物降解的有机大分子(分子量大于100)被截留下来经化学氧化 后再生物降解,这样就可以充分发挥生物降解的作用,节省氧化剂或活性炭的用量,降低最 终残留物的含量.
(6)热电厂二次废水的治理及回收利用.热电厂的二次废水主要来自冲灰,除尘及冷却系统,此类废水中含有大量的悬浮固体,灰份 及高含量的盐份和部分有机物.利用NF可以把这一类废水处理成工业回用水.首先用微滤除 去水中的全部悬浮颗粒,质量分数为99%的BOD,98%的COD,73%的总氮和17%的总磷,同时将水中的菌落总数降到3~4个/L,然后加酸降低pH以除去CO2,最后再经NF脱盐,达到锅炉用水的质量.澳大利亚太平洋热电厂的Eraring发电站已用NF对此类废水进行处理,每天处理1 000~15 000 m3废水,既减轻了市政供水系统的负荷,每年又可为热电厂节约 操作费用80万美元.该热电厂准备扩大发电规模,用水量也相应增大,估计到2010年,处理 此类废水量将达5 000 m3/d,效益极其可观.
(7)酸洗废液处理.钢厂的酸洗工序是将钢材浸入质量分数为20%左右的硫酸酸洗槽中进行 酸洗.随着酸洗的进行,硫酸浓度逐渐降低,硫酸亚铁浓度不断增高,当溶液中硫酸的质量 分数降至6%~8%,生成的硫酸亚铁浓度超过200~250 g/L时,酸洗速率下降,必须更 换酸洗液,排放酸洗废液.酸洗好的钢材必须用清水进行冲洗以除去表面的酸性物质,又造 成了废酸水的外排.为了保护环境,节约资源,可采用NF工艺处理酸洗废液.利用NF膜对硫 酸和硫酸亚铁截留率的不同,先将硫酸亚铁截留在浓缩液中,然后将浓缩液送入冷却结晶罐,冷却结晶出FeSO4·7H2O;透过液再经能截留硫酸的另一NF膜组件,截留后浓缩为20%的 硫酸,再生酸液回收利用,透过液则排至废酸水站,进一步处理排放或回收.这一工艺回收 了硫酸和硫酸亚铁,同时实现了酸洗废液的回收综合利用和废酸水达标排放的目的.
(8)造纸废水处理.采用NF膜技术替代传统的化学处理 法能更为有效地除去深色木质素.木浆漂白过程产生的氯化木质素 是带负电的,容易被带负电性的NF膜截留,并且对膜不会产生污染.另外,因为整个处理过程中对阳离子(Na+)的脱除率并没有严格要求,采用反渗透技术就显得没有必要 .采用超滤/纳滤处理牛皮纸制造废水有很好的效果。
工程应用
纳滤膜的孔径范围介于反渗透膜和超滤膜之间,其对二价和多价离了及分子量在200~1000之间的有机物有较高的脱除性能,而对单价离子和小分子的脱除率则较低。而且,与反渗透过程相比,纳滤过程的操作压力更低(一般在1.0Mpa左右);同时由于纳滤膜对单价离子和小分子的脱除率低,过程渗透压较小,所以,在相同条件下,纳滤与反渗透相比可节能15%左右[3]。因而在水处理中,纳滤被广泛应用于饮用水的浓度净化、水软化、有机物和生物活性物质的除盐和浓缩、水中三卤代物前躯物的去除、不同分子量有机物的分级和浓缩、废水脱色等领域。
Sibille等研究了法国Auverw-sur-Oise市的地下水,对纳滤和生物处理饮用水(臭氧—生物活性炭过滤)进行了对比。结果表明,纳滤可以显著提高饮用水的水质,减少细菌数量和有机物的浓度,从而使后续消毒更有效,也减少了三氯甲烷的形成。但是,研究又指出,少量极易被细菌等吸收的可生物降解的有机物质(BOM:BiologicalOrganicMatter)、可同化有机碳(AOC:AssimilableOrganicCarbon)也能透过纳滤膜。
虽然,纳滤技术的工程应用在美国、日本等国家的给水行业中已经得到大规模的推广,但在我国,将纳滤技术广泛地应用于工程实践的条件还不成熟,尚处于尝试阶段、本要问题是国产纳滤膜的性能指标不够过关。已有工程实例的报道,如国内首套工业化大规模膜软化系统——山东长岛南隍城纳滤示范工程,是纳滤技术在高硬度海岛苦咸水净化的实际应用。该工程由国家海洋局杭州水处理中心设计,于1997年4月正式投入生产淡水,系统连续正常运行27个月,淡化水符合国家生活饮用水卫生标准。
有关学者曾采用纳滤膜对某市自来水(以污染严重的淮河水为原水)进行深度处理试验,研究了纳滤循环制水试验工艺的效果。结果表明,循环试验工艺与单级纳滤工艺相比,在同样较低的压力下,出水率较高,并且能耗降低,减少了浓水排放。即使在回收率较高(80%)的情况下,膜出水中的总有机碳(TOC)仍比自来水低50%;对致会变物的去除十分显著,使Ames试验阳性的水转为阴性。
纳滤膜应用问题
纳滤膜有较高的膜通量,可以截留有机及无机污染物,而对人体必需的一些离子又有较大的透过率,因此,把纳滤膜应用于饮用水的深度净化较其它的膜分离技术有较大的优势。把钢滤膜应用于给水处理领域的主要问题是:
这三个问题是膜分离的基本问题,也是纳滤膜法水处理技术难以广泛应用的主要原因。世界各国的水处理工作者正在进行广泛的研究,寻求解决这些问题的途径。纳滤技术在给水处理领域的推广应用还依赖于这些问题的进一步解决。

④ 中心动态|重大突破!我校获得国家科学技术进步一等奖!

6月24日,2023年度国家科学技术奖在北京揭晓,浙江工业大学牵头完成的“新型膜法水处理关键技术及应用”项目荣获国家科学技术进步奖一等奖。该项目主要完成人包括侯立安、高从堦、郑裕国、陈冠益、李小年、杨波、张林、杨禹、张世超、陶俊宇、贠军贤、范宁、李宁、林赛赛、童小忠等,主要完成单位涵盖了浙江工业大学、中国人民解放军96911部队、杭州水处理技术研究开发中心有限公司等多家单位。

新型膜法水处理关键技术及应用项目历时十余年研究,创新性地实现了膜分离原理、膜材料制备、膜法水处理及膜固废后处理技术与工程的全链条突破,其技术水平国际领先。该项目成果显著,成功应用于超大型海淡工程,其国内市场占有率位居第一;实现了芯片超纯水分离膜的国产化,解决了相关药企药物高纯化问题;开发了核沾染水处理装备,有效应对了突发核泄漏风险。这些成果被广泛应用于全国30个省级行政区及24个国家。

浙江工业大学化学工程学院林丽利教授作为主要完成人参与的“碳化钼催化剂上水的低温活化和制氢过程”项目,荣获国家自然科学奖二等奖。土木工程学院蔡袁强教授作为主要完成人参与的“复杂应力环境下软弱土基坑工程安全控制绿色高效技术”项目,则获得了国家技术发明奖二等奖。

这些科研成果的取得,充分展示了浙江工业大学在科技创新领域的强大实力,对保障国家战略产业的水安全、推动我国科技进步与经济发展具有重要意义。

⑤ 膜技术的发展

《中国膜产业市场前瞻与投资战略规划分析报告前瞻》显示,经过50多年的发展,我国膜产业已经步入快速成长期。超滤、微滤、反渗透等膜技术在能源电力、有色冶金、海水淡化、给水处理、污水回用及医药食品等领域的工程应用规模迅速扩大,多个具有标志性意义的大型膜法给水工程、污水回用工程及海水淡化工程已经相继建成。我国膜产业总产值已经从1994年2亿元上升到2011年近400亿元。
随着国家节能减排要求和居民对饮水质量要求的不断提高,国内对水处理尤其是深度水处理的需求越来越迫切,作为水处理的核心元件——膜的应用将越来越广泛,市场总量也将越来越大。
国家环保总局环境规划院预测,我国“十二五”和“十三五”时期废水治理投入将分别达1.05万亿元和1.39万亿元,其中工业和城镇生活污水的治理投资将分别达4355亿元和4590亿元。在此背景下,广泛应用于污水处理的膜技术在未来十年间将迎来大发展。
此外,“十一五”以来,我国不断加大分离膜的研发和产业化推进力度,在开发分离膜新膜种和膜制造技术创新以及膜技术的工程应用方面走在了世界前列。2010年来,国家发改委、科技部和工信部等部委已将膜技术列入“十二五”重大产业技术予以专项支持。
在市场需求及产业政策的双重推动下,我国膜技术产业将迎来产值可观的“黄金十年”,预计这十年内我国膜法水处理工程将以40%的年增长率高速发展,膜产品产值年增长率也将达到20%以上,远远高于国际平均水平,届时中国膜市场将占全球膜市场总需求量的15%-20%。
水质直接影响着人们的健康。膜技术以其原理简单,操作方便,超强的净化效果被用于苦咸水淡化处理和软化水处理行业中。因此膜技术在水处理行业得到了广泛的应用和推崇。下面我们来了解一下膜技术的发展。
膜技术的发展:
1.低污染膜:
膜污染是反渗透膜技术应用中的最大危害。目前已有几种抗污染性能强、使用寿命长、清洗频度低且易清洗的低污染膜在膜技术领域问世。
2.超低压膜:
由于节省电耗和降低相关机械部件的压力等级引起材料费下降等优点,自1999年以来超低压膜在膜技术领域应用比重日益增大,这在以使用4英寸膜为主的小型装置中应用最为突出,大型装置中应用超低压膜也呈上升趋势。
3.带正电荷的反渗透膜:
现在广泛应用的低压、超低压复合膜的材质均为芳香族聚酸胺,其膜表面均带有负电荷,膜技术的发展带来了表面带正电荷的低压复合膜,这种膜目前主要应用于制备高电阻率的高纯水系统中。
4.耐高温、食品级、卫生级反渗透膜:
普通水处理膜技术采用反渗透膜的使用温度均为0~45℃,但在需要耐90℃高温杀菌的特殊场合,可使用耐高温、耐化学药品的反渗透膜。此外,各种有特殊膜元件结构的食品级或卫生级的反渗透膜技术也开始在国内应用。

⑥ 工业水处理行业前景怎样国家对此有怎样的扶持

在工业废水这块,治理需求无处不在。目前,我国已出台10多项工业废水处回理行业相关标准、30多项答水污染物排放国家环境标准、20多项水污染物排放地方环境标准用于规范指标行业发展。利好政策加码、行业需求释放,工业废水治理逐渐受到重视,发改委和环保部不断加大对工业废水行业的投资力度。据数据显示,预计2020年中国工业废水处理行业市场容量将达到3800亿元。
且随着近年来我国政府出台了以“水十条”为纲领的各项环保产业政策,加强环保督查及处罚力度,大力支持节能环保产业。作为环保产业的重要领域,水处理行业将成为未来我国经济发展中必不可缺的朝阳产业。

⑦ 膜法的膜法的应用

在水处理工艺上得到广泛的应用,主要有微滤、超滤、反渗透、EDI技术等,在纯水制备工艺中应用膜法可达到高效去除污染物以及深度脱盐的目的,称之全膜法,即将“超滤—反渗透—EDI”三种膜分离的技术相组合。除了在纯水工艺中应用膜法,在污水处理中膜法技术作为高效节能的处理工艺已经在许多新建的工程中开始应用。此外海水淡化技术中膜法的优势日趋明显,使得海水淡化成本有所降低 。
我国面临淡水资源极度短缺、水环境严重污染的困局。膜法水处理技术具有出水水质高的特点,可满足提高饮用水水质、提高污水排放水质、实现再生水回用、实现海水淡化的各类需求,可助中国脱离水资源困局。 膜法水处理技术介绍。膜分离过程是以选择性透过膜为分离介质,当膜两侧存在某种推动力时,原料侧组分选择性地透过膜, 以达到分离、提纯的目的。膜法水处理技术主要包括膜生物反应器(MBR)、连续膜过滤系统(CMF)、浸没式膜过滤(SMF) 和双向流膜过滤技术(TWF)。
膜法水处理产业链自上而下包括:膜材料制造、膜组件制作、水处理工程建设、水处理设施运营维护。上游膜材料的性能和价格直接影响膜组器设备的性能、膜法水处理工艺的优化空间和水处理设施的投资成本与运营费用,因此本行业成熟的经营模式是向融膜材料研发生产、膜组器设备制造和工程化实施为一体的方向发展。

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