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膜分離技術(shù)是近40年來迅速崛起的一項(xiàng)高新技術(shù),已發(fā)展成產(chǎn)業(yè)化的高效節(jié)能分離過程和先進(jìn)的單元操作過程。
目前已經(jīng)成熟和不斷研發(fā)出來的微濾、超濾、反滲透、納濾、滲析、電滲折、氣體分離、滲透汽化、無機(jī)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(jì)和社會效益,特別是它將對21世紀(jì)的工業(yè)技術(shù)改造,起著重要的戰(zhàn)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(yīng)用最普遍,總銷售額最大的1項(xiàng)技術(shù),主要用于制藥行業(yè)的過濾除菌;高純水的制備是目前微濾技術(shù)應(yīng)用的第二大市場。
近年來在食品工業(yè)的許多領(lǐng)域已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化,可用于明膠和葡萄糖的澄清;替代傳統(tǒng)的硅藻土過濾果汁,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。可用于除去城市污水病毒,費(fèi)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,隨著生物技術(shù)工業(yè)的發(fā)展,用來濃縮和分離發(fā)酵液中的生物產(chǎn)品,微濾在這一領(lǐng)域的市場也將越來越大
滲透汽化技術(shù)
滲透汽化技術(shù)將對傳統(tǒng)的蒸餾技術(shù)產(chǎn)生新的變革,它以溶解擴(kuò)散的機(jī)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(jī)溶劑脫水、水中少量溶劑的脫除和有機(jī)/有機(jī)混合物的脫除。
80年代,國外最先實(shí)現(xiàn)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)無水乙醇和異丙醇脫水等,現(xiàn)已建成100多個(gè)工廠,最大規(guī)模為15×10(上標(biāo)4)L/d/。
此外,甲醇與MTBF的分離也接近工業(yè)化應(yīng)用。隨著滲透汽化技術(shù)的發(fā)展。其他應(yīng)用也將快速增長,特別是有機(jī)混合物的分離,將作為某些精餾過程的替代和補(bǔ)充技術(shù),在石化行業(yè)中會有廣闊的應(yīng)用前景。
無機(jī)膜
無機(jī)膜主要包括陶瓷膜、金屬氧化物膜(如Υ-Al(下標(biāo)2)O(下標(biāo)3)、ZnO、TiO (下標(biāo)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(yīng)用前景廣闊。我國的無機(jī)膜經(jīng)過5年的努力,陶瓷微濾膜和超濾膜從無到有,初步實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn),膜材料的技術(shù)指標(biāo)和膜裝置的規(guī)模與自控水平均達(dá)到國際先進(jìn)技術(shù)水平。
今后我國的無機(jī)膜將在氣體分離與凈化,以及通過無機(jī)膜與其他工藝結(jié)合,改造傳統(tǒng)工藝等方面發(fā)揮重要的作用,逐漸形成以無機(jī)膜為核心的新集成應(yīng)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(xiàn)已廣泛用于世界各地的電泳涂漆自動化流水線上。
大型廠超濾設(shè)備膜面積達(dá)150平方米,滲透流率為3平方立米/h,F(xiàn)普遍用于金屬加工、罐頭聽生產(chǎn)工業(yè)的含油廢水處理,其他領(lǐng)域的含油廢水處理過程正在開拓。還廣泛用于紡織工業(yè)上漿材料PVA的回收和重復(fù)利用,其大型廠超濾設(shè)備膜面積達(dá)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(yīng)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戶以上大的住宅樓有可能實(shí)現(xiàn)小規(guī)模的水循環(huán),即用超濾處理過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(yī)藥工業(yè)用水過程已廣泛應(yīng)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(yī)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(yīng)用最大的一個(gè)領(lǐng)域,每年以20%的速率增長,其中大的超濾組件膜面積達(dá)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(tǒng)工藝,將有很大經(jīng)濟(jì)效益。國外廣泛采用超濾技術(shù)澄清果汁,我國尚未普及。
超濾用于屠宰動物血液成分回收將具有很大的市場,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(yī)藥和葡萄糖生產(chǎn)廠家用于從發(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(yīng)用將隨基因工程技術(shù)產(chǎn)業(yè)的增長而增長。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(yù)濃縮的最經(jīng)濟(jì)手段,而且隨著性能優(yōu)良的反滲透膜及膜組件的工業(yè)化,反滲透技術(shù)的應(yīng)用范圍從最初的脫鹽放大到電子、化工、醫(yī)藥、食品、飲料、冶金和環(huán)保等領(lǐng)域。隨著該項(xiàng)技術(shù)的全面推廣,反滲透技術(shù)將成為21世紀(jì)解決缺水地區(qū)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(dǎo)體及醫(yī)藥用水、發(fā)電廠和公用事業(yè)及冷凝塔泄料再循環(huán),F(xiàn)正在開發(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(jī)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(chǔ)上發(fā)展起來的新型分離技術(shù),雖然市場開拓的歷史僅有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(yīng)用,可替代或部分替代沉淀、蒸發(fā)和pH調(diào)節(jié)等工藝,成為生物制藥和精細(xì)化工的重要高效節(jié)能單元操作。
用納濾膜可去除水中三鹵甲烷(THM)的前驅(qū)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(dá)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(dá)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(dá)95%。