微滤超滤纳滤和反渗透技术的最新进展与前沿科技应用.ppt

微滤、超滤、纳滤和反渗透技微滤、超滤、纳滤和反渗透技术的最新进展术的最新进展制作人：吕阳制作人：吕阳发展趋势与研究热点发展趋势与研究热点l在以压力驱动的膜技术中，低压膜——微滤(MF)和超滤(UF)主要用于饮用水净化和工业废水处理l高压膜——纳滤(NF)和反渗透(RO)主要用于废水深度处理和海水淡化l在非压力驱动的膜技术中，膜蒸馏和膜结晶技术提供了另外一条海水淡化的途径，其能耗和饮用水、再生水的安全性问题是近年来研究人员最关注的问题1MF／／UF膜工艺的最新研究进展膜工艺的最新研究进展 饮用水净化复合工艺近年来，有些地区饮用水源受到污染，微量污染物含量超标，传统的饮用水净化技术已经不能满足要求通过不同的预处理方式(如混凝、砂滤、生物氧化、臭氧氧化等)，并结合MF／UF工艺，通常能有效去除原水中主要的污染物，同时缓解膜污染具体实施方法具体实施方法n美国科学家研究了饮用水处理过程中混凝对后续UF的影响 ，并建议根据原水的特点选取合适的膜，并投加适量的混凝剂，可以有效去除原水中的胶体物质和有害污染物n对于实际水厂，Park等建议使用自动控制投加混凝剂装置即在饮用水净化UF工艺前端设置快速生物膜过滤单元，也可以去除进水中的天然有机物，减轻膜污染。

nHuck等研究了不同的空床接触时间(5、1O、15 min)对后续UF的影响：试验结果表明，延长空床接触时间能降低原水中的浊度，使UF膜的不可逆污染减轻由于生物膜过滤工艺不采用絮凝或者臭氧预处理，经济成本下降，比较适于中小水厂瑞士的水处理厂发展历史瑞士的水处理厂发展历史n2005年建成的Mannedofer水厂采用预臭氧——活性炭——超滤工艺，选择氯和二氧化氯为清洗剂该厂的膜组件已稳定运行了4年，仍保持非常高的渗透能力[>600 L／(㎡ ·h·109 Pa)]Mannedofer水厂的预臭氧——活性炭处理单元去除了水中的有机物，使得后续膜过滤具有稳定的运行条件和较长的寿命，适于低负荷地表水的处理但是增加了臭氧的消耗量，对于活性炭滤池也增大了反冲洗的强度n2009年新建的Horgener水厂，由于地表水污染负荷较高而采用超滤——臭氧——活性炭联合工艺nHorgener水厂通过膜的预过滤可以降低后续臭氧的消耗量，延长活性炭的寿命 n该工艺适于较高负荷的地表水，能有效控制出水中的有机物含量，尤其是针对UF工艺不能去除的小分子有机物，臭氧一活性炭工艺能很好地弥补这一缺点去除病毒去除病毒n病毒是在饮用水处理中受到广泛关注的污染物，由于其体积非常小，在某些情况下(例如膜老化或者损坏)容易穿透MF／UF膜。

随着膜技术在饮用水领域的不断推广应用，不少学者对MF／UF工艺中病毒的快速检测方法和截留效果进行了研究检测和去除病毒的具体措施检测和去除病毒的具体措施n利用酶可以与特定病毒相结合的特点，根据电流强度与病毒数量成正比的原理，Soussan等开发了一种新的检测MF和UF过程中病毒数量的方法通过这种新的检测方法发现，膜过滤过程中跨膜压差的波动会引起病毒截留率的变化n针对陶瓷微滤膜对病毒截留效果较差的问题，Shirasaki等将混凝作为前处理再结合陶瓷膜过滤去除病毒n该研究选用了饮用水中常见的诺瓦克病毒，以生物性状上无害、可用于大规模培养的诺瓦克病毒重组体作为研究替代品检测和去除病毒的具体措施检测和去除病毒的具体措施n结果表明，混凝剂的品种和投量对后续重组病毒的截留量有很大的影响，投加1.08mg／L的PAC对病毒的去除率可达到99.99％工业废水的处理与回用工业废水的处理与回用n工业废水的一大特点是含有大量有用的物质，如果通过适当的手段加以回收利用，可以缓解日益严峻的资源危机n气态膜分离技术适于回收工业废水中可挥发的有机物，具有低能耗、不产生二次污染物等优点工业废水的处理与回用工业废水的处理与回用nWu等利用气态膜分离技术代替传统的氧化、生物降解工艺处理氰化物废水，氰化物以气态的形式透过膜在另一侧被富集回收。

n丙烯腈废水首先在40 ℃、pH=12.0的条件下进行砂滤，然后在40 ℃、pH=5的条件下进行气态膜分离，并以10％的氢氧化钠作吸收剂，对氰化物的回收率达到87.1％；同时，膜污染在预过滤和氢氧化钠清洗条件下得到了有效控制膜法处理工业废水的应用现状膜法处理工业废水的应用现状NF／／RO膜工艺的最新研究进展膜工艺的最新研究进展nNF／RO膜主要用于生产高品质再生水、海水淡化等领域，这些技术已经在水资源紧缺的中东、日本、新加坡等地区得到广泛运用当前研究人员最为关注的是NF／RO的能耗和处理后水的安全性废水再生回用废水再生回用n再生水回用技术目前已颇为成熟，中东、日本等沿海缺水地区都力图将市政二级出水进一步净化达到各类行业的用水标准例如在科威特，主要的污水处理厂都采用生物二级处理，Sulaibiya处理厂是当前世界上规模最大的膜再生水厂(规模为60×10 m /d)，通过UF/RO膜工艺将该厂及周边污水处理厂的二级出水处理达到工业回用和农业灌溉用水的要求 n目前MBR／UF—RO膜技术的主要瓶颈在于运行能耗和膜污染问题，Oda等对长期运行的MBR—RO膜系统进行工艺优化，将HRT从8d缩至5 d，并适当降低膜池污泥浓度，结果发现MBR的出水水质未有明显的变化，对后续的RO工艺段也没有影响。

通过运行优化，系统能耗可以维持在1.3 kW ·h／m ，是传统海水淡化工艺能耗的30％左右废水再生回用废水再生回用n与海水相比，再生水的优势是盐度低，但是城市二级出水中还有不少有机物，这对后续的RO／NF膜处理造成了不利影响Maas等利用生物活性炭过滤预处理二级出水¨ ，以降解uF膜不能去除的有机物，减轻对后续RO膜污染的影响n在工业废水的处理与回用中，NF／RO是作为MF／UF的后续单元，进一步提高回用水水质，回收浓缩液中有价值的物质去除微量污染物去除微量污染物n微量污染物包括有机污染物和无机污染物，由于分子质量较小(80—350 U)而且不易降解，传统的饮用水和废水处理工艺的处理效果均不理想研究人员利用具有高截留率的NF／RO工艺对微量污染物的去除效果和工艺优化开展了广泛研究n对于微量有机污染物，传统生物方法的处理效果有限，虽然MBR较传统的生物处理有一定优势，但出水中还会残留微量有机污染物，需要进一步强化处理由于NF和RO膜的截留分子质量与微量有机物的分子质量大小相当，因此近年来MF／UF—NF／RO多级膜过滤工艺具有广阔的应用前景去除微量污染物去除微量污染物nBei．er等利用MBR—NF／RO工艺处理医院污水¨ ，结果表明RO膜的处理效果要优于NF膜，经过RO膜处理后，11种药品的出水浓度均在检测限以下；RO膜比高级氧化法的效率更高。

nNF／RO工艺主要的问题是能耗比较高，如何降低能耗是当今研究者和工程师面临的一大挑战由于NF膜的能耗比RO膜的低，Amy等考察了在降低能耗而不影响截留效果的情况下，是否可以用NF膜代替RO膜去除水中微量有机物 去除微量污染物去除微量污染物n该研究主要考察了小分子的电荷、亲疏水性质、分子质量和膜的截留分子质量、污染程度对NF膜去除微量有机物效果的影响对于带电荷的分子，不论分子质量大小，NF膜都有较高的截留率n对于中性分子，NF膜对分子质量大的物质截留效果较好，对分子质量小的则截留效果差RO膜和NF膜对N一亚硝基二甲胺(NDMA)这样的中性小分子物质的去除效果都不理想n在NF系统的处理费用与RO膜相当或者更低的条件下，NF是可以代替RO膜去除水中微量有机物的，但是之后还必须联合高级氧化工艺降解RO膜和NF膜都不易去除的N一亚硝基二甲胺(NDMA)和二嗯烷等小分子物质去除微量污染物去除微量污染物n对于地表水中的微量无机污染物(如砷)，Ma等利用NF膜和RO膜处理水源水中的砷¨ ，该研究考察了硫酸盐、pH等因素对砷去除的影响研究表明，当进水中砷的浓度每增加1 txmol／L或硫酸盐浓度增加0．5 mol／L时，砷的截留率要下降相同的量，而砷的浓度超过200 Ixmol／L后其截留率与进水浓度没有关系；增大pH可以使砷的截留率增加。

nNF膜截留砷的机理是静电排斥作用，SHx,~RO膜有更高的产水率，但是截留量会有所下降根据研究结果建议对于像我国这样不同地区水源地砷超标不同的情况，应根据实际的处理效果来决定是选用NF、RO膜还是复合工艺海水淡化海水淡化n海水淡化主要运用RO和EDI技术，但是两者的能耗都很高，目前有关海水淡化的主要研究方向是降低这些传统工艺的能耗nTan等将正渗透(Forward OS1TIOSiS，FO)膜与NF工艺组合，用于海水淡化¨海水淡化海水淡化n研究表明，使用NaC1、KC1、MgSO4、CaC12、MgC1 、Na SO 、C6H O 作为FO汲取液中的溶质，与相同条件的RO膜相比有更高的出水通量；后续的NF工艺对上述溶质可以达到95％ 的截留率n根据试验结果，Tan等建议将FO结合两级NF工艺作为海水淡化的工艺，结垢是FO处理高盐度废水和海水面临的问题Mi等研究了RO和FO工艺中硫酸钙的结垢情况 ，比较了醋酸纤维素膜(CA)和聚酰胺膜(PA)两种材料n结果表明，在FO中使用的两种膜结垢污染的可恢复性比在RO中的要好，CA膜的污染要比PA膜小，利用原子力显微镜等手段推测CA膜表面结垢的机理是主体相沉淀，而PA膜结垢的机理是表面成核结晶。

FO工艺的膜污染没有传统的膜污染严重，将FO与传统的NF／RO工艺结合是今后海水淡化工艺发展的一大热点其他膜技术的最近研究进展其他膜技术的最近研究进展n除了传统压力驱动的膜技术，以化工蒸馏原理开发的膜蒸馏技术和膜结晶技术在海水淡化领域有潜在的应用前景结语结语n由于水环境问题的紧迫性以及水质标准日趋严格化，污水再生回用和饮用水的安全性受到越来越多的重视，运用复合技术和多级强化处理，是膜法水处理技术发展的方向由于能降低能耗，有效去除水中的病毒、微量有机物等环境风险I生高的污染物，高／低压膜组合工艺、膜技术和其他技术的复合工艺成为研究热点未来膜技术的发展方向还需遵循低碳、节能、回收有用资源的新思路，水处理厂不仅生产洁净水，也是众多资源回收的来源谢谢观赏谢谢观赏。