浅谈膜法用于水处理 2页

浅谈膜法用于水处理王壮瑞(青岛科技大学，山东青岛266042)1膜分离技术简介膜技术是当前高效的分离技术。在现代工业技术和人们的日常生活中扮演着相当重要的角色。膜技术已应用于国民经济的各个领域，如环境、医疗、食品，而最广泛的应用则是水处理。膜分离技术与传统分离技术相比，具有常温操作、无相态变化、分离效率高、能耗低、过程简单、操作方便、易于放大与自控等优点。然而，在膜分离技术中，膜材料的损耗及污染一直是影响膜技术全面大规模应用的障碍。最初用于盐水过滤的膜分离技术始于1960年，美国的Loeb和Sourirajan制备出了第一张用于分离的不对称醋酸纤维素膜，具有较高的脱盐率和通量，用于反渗透技术。到70年代初期，三醋酸中空纤维膜和芳香族聚酰胺中空纤维膜的研制成功更促进了反渗透海水淡化的工业应用。同时，经过多年的技术改进，反渗透海水淡化在膜材料的合成、工艺的优化、能量的回收方面都有了极大的提升，使得膜法成为性价比最高的海水淡化方法，已发展为全球最主要的海水淡化技术。现阶段，用于分离的膜一般为有机膜，其材料包括纤维素衍生物、聚砜类、聚酰胺类以及杂环含氮高聚物、聚酯类、聚烯烃、乙烯类高聚物、含硅高聚物、含氟高聚物、甲壳素类等。其分离机理是以外界能量或者化学位差为推动力，对气体或者液体进行分离、分级、浓缩、提纯净化等。膜分离现象在18世纪末，由法国的AbbeNollet发现水能自然渗透到装有酒精溶液的猪膀胱内而发现的。直到19世纪初，出现了第一家制造过滤膜的企业。而后到20世纪50年代，膜分离技术得到大规模应用开发。2膜分离种类目前，已经实现商业化的膜分离技术主要有微滤(Mr)、超滤(UF)、纳滤(NF)、电渗析(ED)、反渗透(RO)、渗透汽化(PV)等。其中电渗析以电位差作为推动力，通过离子在电场中的传递，使得离子选择性的透过膜，使膜一侧为淡水，一侧为浓盐水。而其余过程均以压力差作为推动力，通过筛分或者扩散的机理，根据截留微粒的尺寸大小进行筛分过滤。其主要分离机理以及适用范围见表1和图1。表1主要膜分离方法及适用范围Table1Mainmethodsandapplicationsofmembmneseparation过驱动膜孔径程功能透过物质分离机理力(胛)脱除溶液中的悬浮物、胶水，溶剂、压力微滤筛分0．1一10团、微粒子、菌类溶解物差脱除溶液中胶体、大分子、水、溶剂、压力超滤离子、小分筛分0．01—0．1菌类、病毒、蛋白质等差子脱除溶液中无机盐、离子、压力O．00l一纳滤水、溶剂筛分与扩散小分子物质、氨基酸、糖类差0．0l反渗分子量大干100的有机物水、溶剂压力溶解一扩散O．00l—透及溶解性盐差O．0l电渗电位离子在电场O．00l一析水溶液中酸碱盐的脱除离子差中的传递0．Ol气体混合气体分离气体压力筛分、溶0．0001—分离差解一扩散0．00l渗透分压0．0001—汽化用于不水一有机物的分离蒸汽溶解一扩散差0．ool错穗悬浮孵丰壶超藏。一，大分子有机物—————————__————————1醪E可砑浔有机物纳滤r，二价盐．多价盐一单价盐图1几种膜的分离性能Figure1Theperformanceofmembmneseparation3膜分离机理图2表示了截留的两种机理：(1)膜表面截留膜表面截留包括机械截留、吸附截留以及架桥作用。其中机械截留截留的是比膜孔径大的物质。而吸附截留是在物理吸附力的作用下吸附在孔壁上、架桥作用是截留的比膜孔径小的微粒。(2)膜内部截留膜内部截留是指微粒的截留发生在膜的内部而非表面。相对于膜面截留，膜内截留更不易清洗，膜内阻塞较多会使膜造成永久性污染。|||孓喜．机械截留-．吸附截留一．架桥截留+-⋯|Ir■、～图2筛分机理截留示意图Figure2Schemeofinterceptionmechanism2015年12月化，虿群I189\n4膜法进行水处理过程中存在的阻力在膜法进行水处理过程中，通量的降低主要来源于过滤阻力的增加。膜的总体过滤阻力R可以分为以下六个部分：=R。+R删+R呻ds+凡p+R曲+R。，R。为膜面阻力；‰、RpBds分别为膜面吸附阻力和膜孔吸附阻力，都为物理吸附力；％为浓差极化现象产生的阻力；R曲为膜孔阻塞阻力tRc，为膜表面滤饼产生的阻力。其中R。、R蛐a、‰、k为过滤过程中必然存在的阻力。吸附阻力为弱作用力，可利用高速水流冲洗来减小。R叩为浓差极化现象产生的阻力。浓差极化现象是由于进液侧靠近膜的位置由于溶剂的渗透导致浓度升高，而引起流体阻力和渗透压的升高。其机理如图3所示。Rpb、k是由进料液的杂质带来的，其中分为半可逆阻力和不可逆阻力，需要用化学清洗(酸、碱、氧化剂)来去除。凝胶层．■动方向●l襁浓廖1r弋．．j渗透压⋯⋯～．．j⋯⋯⋯，．一一边界层．主流一图3浓差极化现象示意图Figure3Schemeofconcentrationpolarization5结语膜法作为一种新型有效的分离方法利用于水处理具有较高的应用价值。选择一种合适孔径的膜对过滤具有重要的意义。克服过滤过程中不同的阻力可以有效的提高过滤效率。提升过滤通量和过滤效果。(上接第188页)因此为了加强实现对污水处理控制，进行定时的观察、分析对比工作是极为有必要的。在实际的污水处理工作中，由于需要在线仪表探头进入水中进行相关数据的勘测及复查，而大量的污水中包含的污染物质极易对探头造成损害，导致数据传送不恰当，且对于线仪表的维护修养工作提出较大的工作要求，必须针对这一问题作出相关研发。众所周知，专业人员对于相关工作的有效管理与进行起着重要的保障作用，然而在实际的污水处理工作中，进行相关设备匹配装置完成之后，进行管理控制的人员仅仅是经过简单招聘培训就直接上岗的人员，由于不是专业的污水处理工作人员，对于电气的控制、计算机知识及线仪表的检测等知识并不能很好的进行掌握，因此经常会造成盲目操作及误差操作的额行为，导致污水处理过程中的漏洞重重。因此为了针对这一问题，必须加强对相关人员的筛选培训。4PLC自动化控制系统的应用随着时代的进步和科技的发展，越来越多的新技术为我们带来便利。在污水处理中，自动化系统得到了较大的应用价值。它不仅具有稳定的运行系统，还能够提高污水的处理质量，降低职工的劳动强度。PLC自动化控制系统具有多功能的特点，包含了数据收集、数据整理、实时监控、预警、自动生成报表、连锁保护等，能够较好的完成污水处理的运行过程”1。4．1在污水的处理过程中可能出现不同的情况，一般如何设备正常，就是采用自动方式进行控制。如果当系统出现异常情况时就需要进行人工控制，来保障设备的正常运行。4．2自动化控制系统具有在线监视功能，这就方便了操作人员能够随时了解系统运行状况，随时掌握各项数据变化，根据控制系统来改变运行的参数来保障设备的正常运行。4．3操作人员可以在中控室实时管理设备的运行、参数的变化和各种报警信号等，并对照历史数据的分析查找出现异常情况的原因，对产生的异常情况详细分析，并适时的改变设备运行过程中的运行参数。4．4PLC自动化控制系统的另一个特点就是能够对数据进行及时的采集，并对历史数据进行保存，从而生成运行的数据库，便于后期的数据分析和管理。4．5正常运行中当故障发生时，PLC自动化控制系统就会自动感知故障的发生，并向集中控制室发出预警。操作人员可根据系统发出的预警判断与分析故障发生的地点及原因，然后做出相应的处理措施。当故障排除后，操作人员又可将系统数据恢复到初设值进行系统复位，保证系统后期的正常监控。4．6数据被采集以后，可以根据以往的历史数据和函数计算来分析设备的运行状况，并判断数据的运行趋势，对于出现异常的数据可以及时的采取措施尽早处理。4．7PLC自动化控制系统的连锁功能可以保护设备的连贯性，如果一个设备出现问题不会损坏其他设备。从而提高系统运行的稳定性。参考文献：[1]陈庆江．PLC在污水处理厂自动控制系统中的应用探析[J]．科技与企业，2015，11：96．【2]商吉祥．试析PLC自动控制系统在污水处理中的应用[J】．中国包装工业，2014，10：90．【3]高超．PLC在污水泵站自动控制系统中的应用探讨叨．科技与企业，2014，15：145．【4】于卫华，李欣．PLC在污水处理厂自动控制系统中的应)--．fl[J】．企业技术开发，2014，26：54+56．[5】杨明．PLC自动化控制系统在污水处理厂中的应用【J】．电子制作，2014，03：205+182．190I化，彳群2015年12月