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膜技术在水处理应用中改善及创新

http://www.water.hc360.com2016年02月20日09:58 来源:中宜环科环保产业研究T|T

    慧聪水工业网 众所周知,膜技术是普遍认可的处理废水的方式,如何让这一方法实施的更加完美呢?下面,将介绍通过仿自然之法提高膜通量以及化学法提高膜产品性能来进一步改善膜技术,还有利用反向电渗析技术及驱动反向电渗析技术来从海水淡化中回收水资源。

    1、仿自然之法提高膜通量

    大自然总能为人们寻求技术创新提供最好的启发,近期,由新加坡膜技术研发中心、南洋理工大学与PUB联手展开的一项膜技术研发更是很好的印证了这一点。

    水通道蛋白,是一种位于细胞膜上的蛋白质(内在膜蛋白),在细胞膜上组成“孔道”,可控制水在细胞的进出,广泛存在于哺乳动物、植物和细菌体内。水通道蛋白通过静电作用,吸引水分子翻过通道,且只允许水分子跨膜运输,通常每个水通道蛋白每秒钟能够运输多达十亿个水分子。同时作为细胞膜内的内含蛋白,水通道蛋白运输水的驱动力来自静压及渗透压,能量消耗很小,具有输水量大、能耗低、选择性强等优秀品质。

    水通道蛋白膜(ABM)将水通道蛋白与膜技术相结合,开发了一种比传统反渗透膜的透水性高出很多倍的新技术。由于水通道蛋白膜的透水性极高,在满足同样水通量的前提下,其所需的压力将大大降低,对应的能耗和总成本投资也将减少。

    在工程前期,研发团队采用界面聚合的方法来合成水通道蛋白膜,这种方法是将水通道蛋白嵌入到膜的选择层内,从而水分子的透过率,并且可以保护水通道蛋白不受外界环境的影响。2012年,研发团队成功的研制出水通道蛋白膜,这种膜的输水量比市面上有售的反渗透膜高出大约40%,而且其制造过程简单,非常易于工程性量化生产。

    在最初的成功基础上,研发团队进一步研究如何优化膜的性能,并且将其应用在回用水处理中,并进行长期性能检测。该试验水源采用NEWater工艺中反渗透浓水与普通水体混合而成,系统压力为10bars,连续监测两周。

    试验结果表明,当混合水体作为水源时,水通道蛋白膜的水通量基本稳定,水通量基本可达对比膜产品(未嵌入水通道蛋白的膜产品)的两倍左右,而在离子截留方面与对比膜产品没有显著区别。当试验水源全部采用反渗透膜浓水后,水通道蛋白膜和对比膜产品都发生了污堵现象,然而,除了污堵现象之外,水通道蛋白膜的输水量依然比对比膜产品高出很多,基本在满足同样输水量的前提下,水通道蛋白膜的系统压力只有对比膜产品的一半左右。

    未来,研发团队将不断优化设计、改进水通道蛋白膜的性能,并将逐步开展中空纤维形式的膜产品研发,为水通道蛋白膜可以在实际工程当中的广泛应用做好铺垫。

    2、化学法提高膜产品性能

    在海水淡化中,一般将超滤作为反渗透的预处理环节。来自德国的BASF研发团队和新加坡的科研人员一起合作,采用高分子化学方法研发了一种具有超强抗污堵特性的新型膜材料。这种膜材料可以承受更大的水通量,从而降低污水处理过程中的投资成本和运行费用。

    这种新型膜材料称为TheMultibore?UF,由七个独立的中空纤维管组成,污水进入管内,经管壁上的细孔进行过滤,细孔的孔径大约为20纳米,这个规格允许水分子通过,但污染物颗粒、细菌、甚至病毒都会由于体积过大而被截留。

责任编辑:孙婕磊

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