膜分離技術(shù)是近40年來(lái)迅速崛起的一項高新技術(shù), 已發(fā)展成產(chǎn)業(yè)化的高效節能分離過(guò)程和先進(jìn)的單元操作過(guò)程。
目前已經(jīng)成熟和不斷研發(fā)出來(lái)的微濾、超濾、反滲透、納濾、滲析、電滲折、氣體分離、滲透汽化、無(wú)機膜等技術(shù)正在廣泛用于石油、化工、環(huán)保、能源、電子等行業(yè)中,并產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟和社會(huì )效益,特別是它將對21世紀的工業(yè)技術(shù)改造,起著(zhù)重要的戰略作用。
下文介紹了幾種膜法水處理技術(shù)。
微濾技術(shù)
微濾是所有膜法水處理技術(shù)中應用最普遍,總銷(xiāo)售額最大的1項技術(shù), 主要用于制藥行業(yè)的過(guò)濾除菌;高純水的制備是目前微濾技術(shù)應用的第二大市場(chǎng)。
近年來(lái)在食品工業(yè)的許多領(lǐng)域已實(shí)現工業(yè)化,可用于明膠和葡萄糖的澄清;替代傳統的硅藻土過(guò)濾果汁,效果與超濾相同;還可回收啤酒渣和白啤除菌。
在飲用水生產(chǎn)和城市污水處理等方面具有潛在的市場(chǎng)??捎糜诔コ鞘形鬯《?,費用低于超濾。用于工業(yè)廢水處理如從顏料中分離溶劑,從含油廢水中去除難處理的顆粒,從電鍍廢水中除去有毒的重金屬如鎘、汞等。
燃料工業(yè)可用于除油品的蠟和瀝青質(zhì)。此外,隨著(zhù)生物技術(shù)工業(yè)的發(fā)展,用來(lái)濃縮和分離發(fā)酵液中的生物產(chǎn)品,微濾在這一領(lǐng)域的市場(chǎng)也將越來(lái)越大。
滲透汽化技術(shù)
滲透汽化技術(shù)將對傳統的蒸餾技術(shù)產(chǎn)生新的變革,它以溶解擴散的機理進(jìn)行組分的傳遞,不受共沸體系影響,對共沸物的分離特別有效,主要用于有機溶劑脫水、水中少量溶劑的脫除和有機/有機混合物的脫除。
80年代, 國外最先實(shí)現工業(yè)化,德國GFT公司的交聯(lián)聚乙烯醇(PVA)膜,率先用于乙醇脫水,生產(chǎn)無(wú)水乙醇和異丙醇脫水等,現已建成100多個(gè)工廠(chǎng),最大規模為15×10(上標4)L/d/。
此外, 甲醇與MTBF的分離也接近工業(yè)化應用。隨著(zhù)滲透汽化技術(shù)的發(fā)展。其他應用也將快速增長(cháng),特別是有機混合物的分離,將作為某些精餾過(guò)程的替代和補充技術(shù),在石化行業(yè)中會(huì )有廣闊的應用前景。
無(wú)機膜
無(wú)機膜主要包括陶瓷膜、金屬氧化物膜(如Υ-Al(下標2)O(下標3)、ZnO、TiO (下標2))和金屬膜等,它適合在高壓、高溫、高粘度,高固體含量、 高氯化物含量和苛刻pH條件下使用。
因此,它在石油化工、食品、冶金、環(huán)境工程、生物工程等領(lǐng)域應用前景廣闊。我國的無(wú)機膜經(jīng)過(guò)5年的努力, 陶瓷微濾膜和超濾膜從無(wú)到有,初步實(shí)現了工業(yè)化生產(chǎn),膜材料的技術(shù)指標和膜裝置的規模與自控水平均達到國際先進(jìn)技術(shù)水平。
今后我國的無(wú)機膜將在氣體分離與凈化,以及通過(guò)無(wú)機膜與其他工藝結合,改造傳統工藝等方面發(fā)揮重要的作用,逐漸形成以無(wú)機膜為核心的新集成應用技術(shù)。
超濾技術(shù)
1.工業(yè)廢水處理
超濾技術(shù)可用于回收電泳涂漆廢水中的涂料,現已廣泛用于世界各地的電泳涂漆自動(dòng)化流水線(xiàn)上。
大型廠(chǎng)超濾設備膜面積達150平方米, 滲透流率為3平方立米/h?,F普遍用于金屬加工、罐頭聽(tīng)生產(chǎn)工業(yè)的含油廢水處理, 其他領(lǐng)域的含油廢水處理過(guò)程正在開(kāi)拓。還廣泛用于紡織工業(yè)上漿材料PVA 的回收和重復利用,其大型廠(chǎng)超濾設備膜面積達10000平方米,處理量為60立方立米/h。
普遍用于膠粘劑工業(yè)中廢液的處理,濃縮并回收其中的笨乙烯、丁二烯、PVC等膠乳。
在日本等國的某些造紙廠(chǎng)工業(yè)廢液已采用超濾技術(shù)處理。在采礦及冶金工業(yè)中處理酸性礦物排出液,其滲透液可循環(huán)使用,濃縮液中可回收有用物質(zhì),超濾在這一領(lǐng)域的應用正日益受到重視。
2.城市污水處理
超濾技術(shù)已用于城市及家庭污水處理。在新建的500 戶(hù)以上大的住宅樓有可能實(shí)現小規模的水循環(huán),即用超濾處理過(guò)的生活污水沖洗廁所等,可減少家庭用水的40%。電子工業(yè)集成電路生產(chǎn)和醫藥工業(yè)用水過(guò)程已廣泛應用超濾技術(shù),其主要采用中空纖維組件,膜滲透梳率大,能耗低。
3.食品和醫藥工業(yè)
乳清超濾回收其中的蛋白質(zhì),是乳品工業(yè)中應用最大的一個(gè)領(lǐng)域,每年以20%的速率增長(cháng),其中大的超濾組件膜面積達1800平方米。牛奶經(jīng)超濾可增加奶酪得率,該工藝正逐步取代傳統工藝,將有很大經(jīng)濟效益。國外廣泛采用超濾技術(shù)澄清果汁,我國尚未普及。
超濾用于屠宰動(dòng)物血液成分回收將具有很大的市場(chǎng),技術(shù)上也是可行。另外,超濾已用于植物蛋白回收,將推廣至海藻等浮游生物蛋白的回收。在醫藥和葡萄糖生產(chǎn)廠(chǎng)家用于從發(fā)酵液中分離和濃縮具有生物活性的組分,超濾具有能保持其生物活性及回收率高的優(yōu)點(diǎn),在這一領(lǐng)域的應用將隨基因工程技術(shù)產(chǎn)業(yè)的增長(cháng)而增長(cháng)。超濾技術(shù)已廣泛用于濃縮葡萄糖氧化酶、胰蛋白酶、凝乳酶、果膠酶激素的提取,還用于濃縮以基因工程菌生產(chǎn)的新物質(zhì),如干擾素、生長(cháng)激素、人血液中胰島素提取血清白蛋白。
反滲透技術(shù)
反滲透技術(shù)已成為海水和苦咸水淡化、純水和超純水制備及物料預濃縮的最經(jīng)濟手段,而且隨著(zhù)性能優(yōu)良的反滲透膜及膜組件的工業(yè)化,反滲透技術(shù)的應用范圍從最初的脫鹽放大到電子、化工、醫藥、食品、飲料、冶金和環(huán)保等領(lǐng)域。隨著(zhù)該項技術(shù)的全面推廣,反滲透技術(shù)將成為21世紀解決缺水地區飲用水的主要手段。
反滲透技術(shù)還可用于城市廢水處理、半導體及醫藥用水、發(fā)電廠(chǎng)和公用事業(yè)及冷凝塔泄料再循環(huán)?,F正在開(kāi)發(fā)反滲透技術(shù)在化工和石油化工工藝用水的生產(chǎn)和再利用,廢液處理,水、有機液體的分離,電鍍漂洗水再利用和金屬回收。食品工業(yè)正用反滲透技術(shù)開(kāi)發(fā)奶品加工、糖液濃縮、果汁和乳品加工、廢水處理、生產(chǎn)低度酒和啤酒。
納濾技術(shù)
納濾是在反滲透基礎上發(fā)展起來(lái)的新型分離技術(shù),雖然市場(chǎng)開(kāi)拓的歷史僅有10 多年,但它在水軟化,抗生素、多糖、染料等的純化分離和濃縮領(lǐng)域得到了較好的應用,可替代或部分替代沉淀、蒸發(fā)和pH調節等工藝,成為生物制藥和精細化工的重要高效節能單元操作。
用納濾膜可去除水中三鹵甲烷(THM)的前驅物, 以防止水中THM的生成。在食品工業(yè)中,日本已用于乳清濃縮,可將除鹽、 除乳糖和蛋白質(zhì)濃縮同時(shí)進(jìn)行,并已達到工業(yè)化水平。
還可用于食品脫色、氨某酸分離、多肽的純化及濃縮。在廢水處理方面,用納濾膜對木材制漿堿萃取階段所形成的廢液進(jìn)行脫色,脫色率達98%以上。用納濾膜還可從酸性溶液中分離金屬硫酸鹽和硝酸鹽,其中對硫酸鎳的截留率可達95%。