工业水处理中的膜分离技术应用方式分析

引言

膜处理技术凭借其模块化设计的灵活性，广泛适应从社区到城市的废水处理需求。该技术具备高效分离、无相变节能、环保优势，大大降低技术应用与水处理运行成本。在污水处理领域膜技术应用，可确保废水处理后达标排放、可再生利用，助力水资源可持续管理，其独特优势不仅体现在当前废水处理的技术前沿，也促进未来水资源管理向更高效、更环保方向迈进，推动水资源保护与利用。

一、项目建设背景

广西某焦化废水处理项目是甲方焦化生产的配套污水处理项目，该项目废水经生化处理和深度处理完的产水用于循环冷却水，浓水用于炼铁高炉冲渣或原料拌料。工艺设计应符合《焦化废水治理工程技术规范》（HJ2022-2012）要求，同时生物处理单元要有良好的抗冲击负荷能力，系统设计要求两系并列运行以便系统检修。

二、膜分离技术应用基本原理

膜分离技术是目前工业上应用较为广泛的高新技术之一，利用膜分离原理进行物质分离的技术统称为膜分离技术。膜是指一种具有特殊性能和功能的选择透过性的薄膜，其基本特征是在一定的条件下对溶液中的不同组分有选择地截留作用而达到浓缩或分离的目的；它能依据所要求的条件（如浓度梯度）把某些溶质从液相传送到另一液相去，或者使固态物质转移到气相或其他固体表面上来，是当今国际前沿科学技术[1]。这种技术就是根据物质不同的物理化学性质，在外力的作用下，按照一定的方式使它们分别通过半透膜，并从中得到产品的方法。

三、工业水处理中的膜分离技术应用方式

1、渗析法

渗透法的核心是选择合适的半透膜来实现小分子和离子的选择性透过，而阻止大的分子及胶体颗粒等不溶物的透过。将工业废水中所含的各种组分进行高效的分离、截留并及时除去，达到水质净化的目的，在实际生产过程中可以通过专业的渗析装置，利用半透膜的选择性特性来实施。由于工业废水中各种污染物的存在形式不同且含量也不尽相同，因此可以根据实际情况确定适当的半透膜性能，并通过对半透膜性能的调节使渗析效果更佳。而且对于一些复杂的混合液，还可以根据其特征合理地设计出适合该种混合液的渗析工艺流程，从而提高整体处理效率。

2、纳滤法

由于纳滤膜是具有非对称结构的复合膜，它将高分子和微孔支撑体相结合，构成了高效的分离过程。纳滤（Filtration）与反渗透（RO）、超滤（UF）、电渗析（ED）都属于压力驱动膜分离工艺，在此基础上发展起来的一种新型膜分离技术，主要根据水的选择透过性原理来截留溶液中的电解质，并能选择性地脱除水中某些溶解杂质如：胶体粒子或低相对分子质量的化合物；同时又允许其他组分通过，从而达到分离目的。因此，它的分离对象主要是水和大分子之间的分离，也可用于除去部分难挥发的小分子量污染物，对于 0.3～0.8nm 的大分子也能有效地进行过滤[2]。

3、液膜法

液膜具有良好的选择性和方向性以极高的渗透率和比表面积，并且由于载体浓度低而减少了试剂的损耗从而提高了经济效益；另外膜分离技术中的液膜法是利用酸碱或者浓度差来推动的界面膜体系包括了萃取－反萃取的过程。在整个分离的过程中溶质经历了由料液相到膜相再到接受相的转移，实现了萃取和反萃取之间的耦合效应促进了不均匀的传质过程。厚体液膜法的动力学研究结果表明： Cu⁺ 主要靠它与载体间的化学反应进行传递，并受一些因素的影响，可以通过调节一定的操作条件得到较高的分离效率。

4、反渗透法

对于膜分离技术中所采用的反渗透膜方法来说是无孔结构以及以压力差作为推动力，从而达到将溶液和溶质进行有效的分离的方法；而且不需要耗费大量能量就可以使水得到很好的纯化[3]。例如超低压反渗透法用于金属废水中可以很好地减少传统的反渗透膜的费用并且能够有效地拦截出铜、铬、镍等金属离子。

5、超滤法

（1）胶束增强超滤法：表面活性剂和超滤相结合的一种新技术，在超过临界胶束浓度后形成的两性的高聚物胶束能够有效地捕集和截留水中金属离子以及一些难降解有机污染物，并将经过过滤后的污水进行回用水或者达标排放；采用阴离子、非离子、混杂型表面活性剂来提高对于重金属的吸附效果；通过这些不同类型的表面活性剂之间的协同效应可以达到更好地去除效果；并且可以用于低浓度的重金属废水的绿色处理过程中的去重金过程，做到资源再利用的同时又实现了重金属的回收。（2）水溶性聚合物络合超滤法：由于水溶性聚合物具有特定的功能基团（例如：N,S,P,H,O），因此它能选择性地把某些金属离子螯合起来。当它们以络合物的形式存在时，它的相对分子质量大于截留物质的截留极限，则被截留在膜外侧而得到分离。此方法中可以通过控制溶液 pH 值、络合物浓度比等调节因素使溶液中金属离子的含量得以精确控制，从而增加污染物的截留率。而且温度、压强、流量等因素虽然会影响膜的通量，但是不会对截留率产生较大的影响，这样就使得工艺的改进变得容易了也减少了设备的投资费用。

结束语

综上所述，膜分离技术在工业水处理中的应用展现了其高效、环保及多样化的显著优势。通过微滤、超滤、纳滤及反渗透等技术的合理选择与组合，能够有效去除水中的悬浮物、胶体、有机物及离子等污染物，满足不同工业场景的水质需求。然而，膜污染、通量衰减及运行成本等问题仍需进一步研究与优化。未来，随着新型膜材料的开发、工艺设计的创新及智能化管理系统的引入，膜分离技术将在工业水处理领域发挥更加重要的作用，为实现水资源的高效利用与可持续发展提供坚实的技术支撑。

参考文献

[1]王宇超，连斌.膜分离技术在水处理环境工程中的应用[J].山西化工，2024,44(07):159-160+174.

[2]刘铎印，张明轩，周明奇.膜分离技术在污泥处理和水质净化中的应用评估[J].皮革制作与环保科技，2024,5(14):19-21.

[3]周张花.城市生活污水深度处理中膜法水处理技术的应用[J].城市建设理论研究(电子版)，2024(19):98-100.