動態膜技術在環境工程中的應用分析

環境工程涉及到的環節眾多，在水處理技術中，動態膜技術是較為常用的也是比較特殊的技術。當前的水處理工程中，需要對原有制備等條件加以優化，還要加強動態膜運行管理，以為應對水污染嚴重，人均占有量日益下降、水污染情況惡化的情況。因此，研發新型廢水處理技術，在探究動態膜技術的原理的基礎上研究如何優化使用，對于環境保護工程是非常有益的。
1、工作原理
1.1 動態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生變化的同時，錯流發生了過濾。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粒徑上的膜層，增加原有載體的截留性。
1.2 動態膜技術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。發現這種技術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浪潮的不斷邁進，動態膜的分離技術也不斷進行著創新和改進。膜材料增多的同時，品質也不斷改進。
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，同時也說明了動態膜載體上穩定附著的工作性質。
但是附著的程度過大，也會給清潔和再設能夠帶來不變。因此如何加強動態膜的工作效率，需要通過一定的手段和途徑，確保通量無法恢復，解決孔內堵塞等問題。
1.4 可以充當動態膜組件的材料包括陶瓷、燒結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?？梢杂糜谀げ牧现苽涞陌o機和有機電解質，如ZrO2、SiO2 等金屬氧化物，AL3+ 、Fe3+ 等無機電解質等，還有工業廢水中的天然物如粘土、硅藻土等都可以作為動態摸材料。
動態膜的發展歷程zui早用于蛋白質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生產，當今用于民用、城市、工業廢水的領域已經十分廣泛。
2、動態膜技術的分類和應用
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溶解在水中的大顆粒雜質，留下部分不溶于水的顆粒，對水質進行凈化。微濾的工作原理的利用靜壓差產生動作，實現分離膜。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、溶液等在膜上進行穿越的技術。顆粒大的物質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膜技術，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，將電解質發生淡化、濃縮，這種電解質分離的方法叫做電滲析。該技術在電鍍工業、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 動態膜在生活廢水中的使用，是通過PAC自生動態膜處理的技術，對生活廢水進行凈化。這種技術的應用需要溫度相對較低，將工業濾布進行膜組件制作，將PAC作為預涂劑，構成預涂動態膜-生物反應器，在去除污染物，緩解膜污染中發揮作用。這種方法可以在短時間內對膜通量進行恢復，而且耗費的人工和材料較少，工業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用，主要是用自生動態膜生物反應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，需要對動態膜進行高剪切流速過濾的強化。而且組件要進行循環控制，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膜處理的速度高出幾倍。工藝流程為：采用輔助技術進行動態膜的廢水處理，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 動態膜在環境工程中的應用，主要用于生活廢水、食品生產廢水等之用。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膜過濾菠蘿汁滲透量的變化為例，動態膜在進入菠蘿汁過濾階段后，具有很好的穩定滲透性能，對于纖維素多聚糖等的截留速度，會隨著動態摸的效率發生降低，這是由于載體孔在大分子物質發生堵塞后，孔徑變小，截留物質的效率增大，使得糖分子的量變小。
3、動態膜的制備
動態膜制備優化主要研究的是選材的廣泛性，運行的優化主要研究運行條件和方式。
3.1 動態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粒徑的孔徑，形成具有微濾和超濾性質的膜層，使得動態膜的載流性能超超越了載體的，形成非對稱的膜結構。
3.2 根據動態膜的有關研究，形成動態膜的條件包括可以保持動態摸的載體、錯流分離方式的組建、形成膜的懸浮液濃度。條件成熟后，動態膜在短時間內就可以形成狀態。
動態膜形成地*個階段為，內載流量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，則在過渡段結束后形成濾餅層，膜通量濾餅層形成法則的公式為：

根據公式計算出的濾餅形成機理是動態膜形成的后段。實驗數據和理論數據的分叉點的水過濾時間示意圖為圖1。
3.3 根據動態膜的形成方式，動態膜可以分為預涂膜，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膜的制備液來進行處理。根據制備的方法可以分為MnO2動態膜和ZrO2動態膜的制備。
動態膜的制備方法是，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膜，粒徑的分布范圍是處在較小的范圍內。這時要注意小粒粉體制備懸浮液容易發生團聚現象，影響實際使用?？梢岳没瘜W溶膠- 凝膠法配置溶質粒子粒徑在1到100nm 之間的膠體分散溶液，得到制備動態膜的小孔徑，制備動態膜的過濾裝置可以是錯流過濾方式。
3.3.1 ZrO2動態膜作為常見的動態膜，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動態膜的制備用于研究溶膠凝膠動態膜，將HCOONa 溶解于KMnO4 中，攪拌后會發生化學反應：

一般情況下，酸性條件下的動態膜為咖啡色，堿性條件下的動態膜為棕色。
3.3.3 其他動態膜的制備是利用動態膜的有機聚電解質制備的性質，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勢進行動態膜的制備。
4、動態膜的清洗和再生
動態膜對于廢水污染物的高頻沖洗的優勢，可以實現對廢水處理中的污染物的*清除，但是運行一段時間后，動態膜的結構就會出現不同程度的破壞，因此需要定期對動態膜進行清洗和再生?？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，選用污染物的性質選擇不同的清洗劑，必要時可添加表面活性劑等提率。
結束語
從現在的發展態勢來看，動態膜在水處理等行業中應用范圍十分廣泛，因此加強動態膜技術的應用研究是具有深遠意義的。雖然我國動態膜技術的研究還處在起步階段，但是相信隨著技術進步，相信動態膜技術在環境工程中的發展將擁有更多的有利條件和更好的環境。