动态膜技术在环境工程中的应用分析

环境工程涉及到的环节众多，在水处理技术中，动态膜技术是较为常用的也是比较特殊的技术。当前的水处理工程中，需要对原有制备等条件加以优化，还要加强动态膜运行管理，以为应对水污染严重，人均占有量日益下降、水污染情况恶化的情况。因此，研发新型废水处理技术，在探究动态膜技术的原理的基础上研究如何优化使用，对于环境保护工程是非常有益的。
1、工作原理
1.1 动态膜是一种多孔载体上的微粒，当载体组件的滤饼层的浓度发生变化的同时，错流发生了过滤。滤膜在其中起到的作用是利用多空载体上形成的溶液溶质粒径上的膜层，增加原有载体的截留性。
1.2 动态膜技术在膜分离工艺过程中，渗透性是强势。通过美国国家原子能实验室的反渗透效能试验。发现这种技术可以通过滤饼层对小粒子进行截留，提高过滤分离性能。近年来随着科技技术浪潮的不断迈进，动态膜的分离技术也不断进行着创新和改进。膜材料增多的同时，品质也不断改进。
1.3 其工作的特性主要包括四个方面，一是疏通载体中的空内部阻塞，二是解决粒子在载体表面的趁机，三是解除物理和化学的吸附，四是解决浓差问题。以上都是将膜污染予以处理的目的，同时也说明了动态膜载体上稳定附着的工作性质。
但是附着的程度过大，也会给清洁和再设能够带来不变。因此如何加强动态膜的工作效率，需要通过一定的手段和途径，确保通量无法恢复，解决孔内堵塞等问题。
1.4 可以充当动态膜组件的材料包括陶瓷、烧结玻璃等多孔无机材料；高分子膜的材料包括硅橡胶类、聚乙烯类等材料。可以用于膜材料制备的包括无机和有机电解质，如ZrO2、SiO2 等金属氧化物，AL3+ 、Fe3+ 等无机电解质等，还有工业废水中的天然物如粘土、硅藻土等都可以作为动态摸材料。
动态膜的发展历程最早用于蛋白质的回收等废物生物处理，后来开始用于澄清糖甘蔗汁等工业生产，当今用于民用、城市、工业废水的领域已经十分广泛。
2、动态膜技术的分类和应用
2.1 微滤是利用筛孔的作用过滤薄膜。微孔可以过滤过已经溶解在水中的大颗粒杂质，留下部分不溶于水的颗粒，对水质进行净化。微滤的工作原理的利用静压差产生动作，实现分离膜。静压差一般在0.7到7个KPa之间，微筛的滤膜小孔排列有序而且数量繁多，多用在实验室、精密工程以及污水处理工程中。
2.2 超滤是通过压力将少许分子较低的物质、溶液等在膜上进行穿越的技术。颗粒大的物质在游走的过程中会被截留，达到分离颗粒的效果。这种也被成为机械筛分的动态膜技术，压差控制在0.1到0.6MPa,分子可以被截留500到5000不等，在食品加工行业运用广泛。
2 .3 以电位差为动力，在直流电作用下，利用粒子交换膜的选择透过性，将电解质发生淡化、浓缩，这种电解质分离的方法叫做电渗析。该技术在电镀工业、含锌废水中被广泛使用，需要利用到纯水的制备以及锅炉给水等工艺。
2.4 动态膜在生活废水中的使用，是通过PAC自生动态膜处理的技术，对生活废水进行净化。这种技术的应用需要温度相对较低，将工业滤布进行膜组件制作，将PAC作为预涂剂，构成预涂动态膜-生物反应器，在去除污染物，缓解膜污染中发挥作用。这种方法可以在短时间内对膜通量进行恢复，而且耗费的人工和材料较少，工业滤布的成本较为低廉，因此具有很好的利用价值。
2.5 在城市污水处理中的应用，主要是用自生动态膜生物反应器的工作原理对污水进行净化处理，将污水中的氨和氮等去除的效率高达90%，磷的去除率高大70%。而且在运行后，自行恢复的速度非常快，适用于城市中的水回收处理。对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处理效果。整个成膜时间约为两天，膜通量可以达到每小时每平方米28L,出水速率大约为9毫米，对有机物的去除率达到20%左右。
2.6 在工业废水的处理中，多为羊毛洗涤、印刷防止、废油、食品、重金属、有毒废料等废水的处理，需要对动态膜进行高剪切流速过滤的强化。而且组件要进行循环控制，高剪切的水流量和净化面积通过组件的帮助可以比一般动态膜处理的速度高出几倍。工艺流程为：采用辅助技术进行动态膜的废水处理，提升渗透量1.5倍，提高氢氧化铁膜的通量与胶粒的处理效率，尤其是在印刷染料厂的运行中，还有脱色的功能。
2.7 动态膜在环境工程中的应用，主要用于生活废水、食品生产废水等之用。如食品废水中的处理主要为多孔陶瓷甜菜蜜糖和蔗糖蜜糖澄清等。以25摄氏度不同条件下的动态膜过滤菠萝汁渗透量的变化为例，动态膜在进入菠萝汁过滤阶段后，具有很好的稳定渗透性能，对于纤维素多聚糖等的截留速度，会随着动态摸的效率发生降低，这是由于载体孔在大分子物质发生堵塞后，孔径变小，截留物质的效率增大，使得糖分子的量变小。
3、动态膜的制备
动态膜制备优化主要研究的是选材的广泛性，运行的优化主要研究运行条件和方式。
3.1 动态膜主要是载体组件在错流过滤时的浓差极化和滤饼层。这种工作原理详尽说来就是利用涂膜时使用小于溶质粒径的孔径，形成具有微滤和超滤性质的膜层，使得动态膜的载流性能超超越了载体的，形成非对称的膜结构。
3.2 根据动态膜的有关研究，形成动态膜的条件包括可以保持动态摸的载体、错流分离方式的组建、形成膜的悬浮液浓度。条件成熟后，动态膜在短时间内就可以形成状态。
动态膜形成地第一个阶段为，内载流量r随着压力p的增大而减小；第二阶段是压力较高的情况下截流量r随着压力P的增大而增加。采用公式显示膜的渗透通量为：

如果孔被堵塞，则在过渡段结束后形成滤饼层，膜通量滤饼层形成法则的公式为：

根据公式计算出的滤饼形成机理是动态膜形成的后段。实验数据和理论数据的分叉点的水过滤时间示意图为图1。
3.3 根据动态膜的形成方式，动态膜可以分为预涂膜，分为胶体溶液和悬浮液；还有一种是原液形成膜，将需要处理的废液作为动态膜的制备液来进行处理。根据制备的方法可以分为MnO2动态膜和ZrO2动态膜的制备。
动态膜的制备方法是，使用过滤装置对悬浮液、胶体溶液进行过滤，当孔径在1ug以下时，利用悬浮液制备动态膜，粒径的分布范围是处在较小的范围内。这时要注意小粒粉体制备悬浮液容易发生团聚现象，影响实际使用。可以利用化学溶胶- 凝胶法配置溶质粒子粒径在1到100nm 之间的胶体分散溶液，得到制备动态膜的小孔径，制备动态膜的过滤装置可以是错流过滤方式。
3.3.1 ZrO2动态膜作为常见的动态膜，其制备方法是通过提高Zr 的含量来提高PH 值，形成ZrO2粒子，这种粒子在水中可以形成水解化合物，与聚合物进行共存。
3.3.2 MnO2动态膜的制备用于研究溶胶凝胶动态膜，将HCOONa 溶解于KMnO4 中，搅拌后会发生化学反应：

一般情况下，酸性条件下的动态膜为咖啡色，碱性条件下的动态膜为棕色。
3.3.3 其他动态膜的制备是利用动态膜的有机聚电解质制备的性质，增强膜抗非特定性粘合污染的能力，利用膜表面的亲水性提升聚乙烯醇动态膜的良好效果。在聚乙烯酸膜形成的过程中可以添加甲醇、乙酸、硫酸等缓冲剂、催化剂、淬灭剂等添加剂，经过加热、搅拌处理后进入涂膜装置中。必要时可采用就地取材的优势进行动态膜的制备。
4、动态膜的清洗和再生
动态膜对于废水污染物的高频冲洗的优势，可以实现对废水处理中的污染物的彻底清除，但是运行一段时间后，动态膜的结构就会出现不同程度的破坏，因此需要定期对动态膜进行清洗和再生。可以采用机械清洗、化学清洗的方式，采用强碱、强氧化剂的方式，使用高压或者蒸汽蒸煮和消毒，选用污染物的性质选择不同的清洗剂，必要时可添加表面活性剂等提高效率。
结束语
从现在的发展态势来看，动态膜在水处理等行业中应用范围十分广泛，因此加强动态膜技术的应用研究是具有深远意义的。虽然我国动态膜技术的研究还处在起步阶段，但是相信随着技术进步，相信动态膜技术在环境工程中的发展将拥有更多的有利条件和更好的环境。