動態(tài)膜技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)用分析

環(huán)境工程涉及到的環(huán)節(jié)眾多，在水處理技術(shù)中，動態(tài)膜技術(shù)是較為常用的也是比較特殊的技術(shù)。當前的水處理工程中，需要對原有制備等條件加以優(yōu)化，還要加強動態(tài)膜運行管理，以為應(yīng)對水污染嚴重，人均占有量日益下降、水污染情況惡化的情況。因此，研發(fā)新型廢水處理技術(shù)，在探究動態(tài)膜技術(shù)的原理的基礎(chǔ)上研究如何優(yōu)化使用，對于環(huán)境保護工程是非常有益的。
1、工作原理
1.1 動態(tài)膜是一種多孔載體上的微粒，當載體組件的濾餅層的濃度發(fā)生變化的同時，錯流發(fā)生了過濾。濾膜在其中起到的作用是利用多空載體上形成的溶液溶質(zhì)粒徑上的膜層，增加原有載體的截留性。
1.2 動態(tài)膜技術(shù)在膜分離工藝過程中，滲透性是強勢。通過美國國家原子能實驗室的反滲透效能試驗。發(fā)現(xiàn)這種技術(shù)可以通過濾餅層對小粒子進行截留，提高過濾分離性能。近年來隨著科技技術(shù)浪潮的不斷邁進，動態(tài)膜的分離技術(shù)也不斷進行著創(chuàng)新和改進。膜材料增多的同時，品質(zhì)也不斷改進。
1.3 其工作的特性主要包括四個方面，一是疏通載體中的空內(nèi)部阻塞，二是解決粒子在載體表面的趁機，三是解除物理和化學的吸附，四是解決濃差問題。以上都是將膜污染予以處理的目的，同時也說明了動態(tài)膜載體上穩(wěn)定附著的工作性質(zhì)。
但是附著的程度過大，也會給清潔和再設(shè)能夠帶來不變。因此如何加強動態(tài)膜的工作效率，需要通過一定的手段和途徑，確保通量無法恢復(fù)，解決孔內(nèi)堵塞等問題。
1.4 可以充當動態(tài)膜組件的材料包括陶瓷、燒結(jié)玻璃等多孔無機材料；高分子膜的材料包括硅橡膠類、聚乙烯類等材料。可以用于膜材料制備的包括無機和有機電解質(zhì)，如ZrO2、SiO2 等金屬氧化物，AL3+ 、Fe3+ 等無機電解質(zhì)等，還有工業(yè)廢水中的天然物如粘土、硅藻土等都可以作為動態(tài)摸材料。
動態(tài)膜的發(fā)展歷程zui早用于蛋白質(zhì)的回收等廢物生物處理，后來開始用于澄清糖甘蔗汁等工業(yè)生產(chǎn)，當今用于民用、城市、工業(yè)廢水的領(lǐng)域已經(jīng)十分廣泛。
2、動態(tài)膜技術(shù)的分類和應(yīng)用
2.1 微濾是利用篩孔的作用過濾薄膜。微孔可以過濾過已經(jīng)溶解在水中的大顆粒雜質(zhì)，留下部分不溶于水的顆粒，對水質(zhì)進行凈化。微濾的工作原理的利用靜壓差產(chǎn)生動作，實現(xiàn)分離膜。靜壓差一般在0.7到7個KPa之間，微篩的濾膜小孔排列有序而且數(shù)量繁多，多用在實驗室、精密工程以及污水處理工程中。
2.2 超濾是通過壓力將少許分子較低的物質(zhì)、溶液等在膜上進行穿越的技術(shù)。顆粒大的物質(zhì)在游走的過程中會被截留，達到分離顆粒的效果。這種也被成為機械篩分的動態(tài)膜技術(shù)，壓差控制在0.1到0.6MPa,分子可以被截留500到5000不等，在食品加工行業(yè)運用廣泛。
2 .3 以電位差為動力，在直流電作用下，利用粒子交換膜的選擇透過性，將電解質(zhì)發(fā)生淡化、濃縮，這種電解質(zhì)分離的方法叫做電滲析。該技術(shù)在電鍍工業(yè)、含鋅廢水中被廣泛使用，需要利用到純水的制備以及鍋爐給水等工藝。
2.4 動態(tài)膜在生活廢水中的使用，是通過PAC自生動態(tài)膜處理的技術(shù)，對生活廢水進行凈化。這種技術(shù)的應(yīng)用需要溫度相對較低，將工業(yè)濾布進行膜組件制作，將PAC作為預(yù)涂劑，構(gòu)成預(yù)涂動態(tài)膜-生物反應(yīng)器，在去除污染物，緩解膜污染中發(fā)揮作用。這種方法可以在短時間內(nèi)對膜通量進行恢復(fù)，而且耗費的人工和材料較少，工業(yè)濾布的成本較為低廉，因此具有很好的利用價值。
2.5 在城市污水處理中的應(yīng)用，主要是用自生動態(tài)膜生物反應(yīng)器的工作原理對污水進行凈化處理，將污水中的氨和氮等去除的效率高達90%，磷的去除率高大70%。而且在運行后，自行恢復(fù)的速度非?？?，適用于城市中的水回收處理。對污水中的污泥粘稠度、膜通量、流速以及出水率等都有很好的處理效果。整個成膜時間約為兩天，膜通量可以達到每小時每平方米28L,出水速率大約為9毫米，對有機物的去除率達到20%左右。
2.6 在工業(yè)廢水的處理中，多為羊毛洗滌、印刷防止、廢油、食品、重金屬、有毒廢料等廢水的處理，需要對動態(tài)膜進行高剪切流速過濾的強化。而且組件要進行循環(huán)控制，高剪切的水流量和凈化面積通過組件的幫助可以比一般動態(tài)膜處理的速度高出幾倍。工藝流程為：采用輔助技術(shù)進行動態(tài)膜的廢水處理，提升滲透量1.5倍，提高氫氧化鐵膜的通量與膠粒的處理效率，尤其是在印刷染料廠的運行中，還有脫色的功能。
2.7 動態(tài)膜在環(huán)境工程中的應(yīng)用，主要用于生活廢水、食品生產(chǎn)廢水等之用。如食品廢水中的處理主要為多孔陶瓷甜菜蜜糖和蔗糖蜜糖澄清等。以25攝氏度不同條件下的動態(tài)膜過濾菠蘿汁滲透量的變化為例，動態(tài)膜在進入菠蘿汁過濾階段后，具有很好的穩(wěn)定滲透性能，對于纖維素多聚糖等的截留速度，會隨著動態(tài)摸的效率發(fā)生降低，這是由于載體孔在大分子物質(zhì)發(fā)生堵塞后，孔徑變小，截留物質(zhì)的效率增大，使得糖分子的量變小。
3、動態(tài)膜的制備
動態(tài)膜制備優(yōu)化主要研究的是選材的廣泛性，運行的優(yōu)化主要研究運行條件和方式。
3.1 動態(tài)膜主要是載體組件在錯流過濾時的濃差極化和濾餅層。這種工作原理詳盡說來就是利用涂膜時使用小于溶質(zhì)粒徑的孔徑，形成具有微濾和超濾性質(zhì)的膜層，使得動態(tài)膜的載流性能超超越了載體的，形成非對稱的膜結(jié)構(gòu)。
3.2 根據(jù)動態(tài)膜的有關(guān)研究，形成動態(tài)膜的條件包括可以保持動態(tài)摸的載體、錯流分離方式的組建、形成膜的懸浮液濃度。條件成熟后，動態(tài)膜在短時間內(nèi)就可以形成狀態(tài)。
動態(tài)膜形成地*個階段為，內(nèi)載流量r隨著壓力p的增大而減??；第二階段是壓力較高的情況下截流量r隨著壓力P的增大而增加。采用公式顯示膜的滲透通量為：

如果孔被堵塞，則在過渡段結(jié)束后形成濾餅層，膜通量濾餅層形成法則的公式為：

根據(jù)公式計算出的濾餅形成機理是動態(tài)膜形成的后段。實驗數(shù)據(jù)和理論數(shù)據(jù)的分叉點的水過濾時間示意圖為圖1。
3.3 根據(jù)動態(tài)膜的形成方式，動態(tài)膜可以分為預(yù)涂膜，分為膠體溶液和懸浮液；還有一種是原液形成膜，將需要處理的廢液作為動態(tài)膜的制備液來進行處理。根據(jù)制備的方法可以分為MnO2動態(tài)膜和ZrO2動態(tài)膜的制備。
動態(tài)膜的制備方法是，使用過濾裝置對懸浮液、膠體溶液進行過濾，當孔徑在1ug以下時，利用懸浮液制備動態(tài)膜，粒徑的分布范圍是處在較小的范圍內(nèi)。這時要注意小粒粉體制備懸浮液容易發(fā)生團聚現(xiàn)象，影響實際使用。可以利用化學溶膠- 凝膠法配置溶質(zhì)粒子粒徑在1到100nm 之間的膠體分散溶液，得到制備動態(tài)膜的小孔徑，制備動態(tài)膜的過濾裝置可以是錯流過濾方式。
3.3.1 ZrO2動態(tài)膜作為常見的動態(tài)膜，其制備方法是通過提高Zr 的含量來提高PH 值，形成ZrO2粒子，這種粒子在水中可以形成水解化合物，與聚合物進行共存。
3.3.2 MnO2動態(tài)膜的制備用于研究溶膠凝膠動態(tài)膜，將HCOONa 溶解于KMnO4 中，攪拌后會發(fā)生化學反應(yīng)：

一般情況下，酸性條件下的動態(tài)膜為咖啡色，堿性條件下的動態(tài)膜為棕色。
3.3.3 其他動態(tài)膜的制備是利用動態(tài)膜的有機聚電解質(zhì)制備的性質(zhì)，增強膜抗非特定性粘合污染的能力，利用膜表面的親水性提升聚乙烯醇動態(tài)膜的良好效果。在聚乙烯酸膜形成的過程中可以添加甲醇、乙酸、硫酸等緩沖劑、催化劑、淬滅劑等添加劑，經(jīng)過加熱、攪拌處理后進入涂膜裝置中。必要時可采用就地取材的優(yōu)勢進行動態(tài)膜的制備。
4、動態(tài)膜的清洗和再生
動態(tài)膜對于廢水污染物的高頻沖洗的優(yōu)勢，可以實現(xiàn)對廢水處理中的污染物的*清除，但是運行一段時間后，動態(tài)膜的結(jié)構(gòu)就會出現(xiàn)不同程度的破壞，因此需要定期對動態(tài)膜進行清洗和再生?？梢圆捎脵C械清洗、化學清洗的方式，采用強堿、強氧化劑的方式，使用高壓或者蒸汽蒸煮和消毒，選用污染物的性質(zhì)選擇不同的清洗劑，必要時可添加表面活性劑等提率。
結(jié)束語
從現(xiàn)在的發(fā)展態(tài)勢來看，動態(tài)膜在水處理等行業(yè)中應(yīng)用范圍十分廣泛，因此加強動態(tài)膜技術(shù)的應(yīng)用研究是具有深遠意義的。雖然我國動態(tài)膜技術(shù)的研究還處在起步階段，但是相信隨著技術(shù)進步，相信動態(tài)膜技術(shù)在環(huán)境工程中的發(fā)展將擁有更多的有利條件和更好的環(huán)境。