雙極膜技術在環境工程中的應用及展望

王 凡（寶雞職業技術學院，陜西 寶雞 721013）

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雙極膜技術在環境工程中的應用及展望

王 凡
（寶雞職業技術學院，陜西 寶雞 721013）

摘 要：隨著全球工業化進程的快速發展，環境污染問題也日益嚴峻，各國越來越重視如何有效地治理環境污染的問題。雙極膜憑借其水解離電滲析的特點，很好地解決了長久以來傳統治污方法在環境工程中積存在的一些技術難題。雙極膜的應用價值愈加受到研究學者們的重視。本文對雙極膜的工作原理作簡要闡述，詳細研究討論其在環境工程中的廣泛應用及展望。

關鍵詞：雙極膜；環境工程；水解離電滲析；應用

1　工作原理簡述

雙極膜也叫雙極性膜，是一種新型的特種離子交換膜，通常由一張陽膜和一張陰膜復合而成。該膜的特點是在直流電場的作用下，陰、陽膜復合層間的H2O 解離成H+和并分別通過陰膜和陽膜，作為H+和離子源，通過一系列電化學反應公式，達到有效處理環境污染問題的目的。與國外的研究相比，我國對雙極膜技術的研究起步較晚，最近幾年市場上才開始出現商品化雙極膜。目前雙極膜已被廣泛應用于各個領域，其中在環境工程中的應用效果顯著。

2　雙極膜在環境工程中的應用

2.1處理廢水

2.1.1處理工業廢水

在工業生產過程中經常會產生大量的工業廢水，針對不同性質的工業廢水，往往采取不同的方法凈化。在處理含有重金屬的廢水，通常是將這些重金屬先經過化學反應變成氫氧化物沉淀并除去。若采用納濾膜技術，則可以對廢水進行有效回收，回收率可達90%以上，同時還能濃縮重金屬離子，使其具備回收利用價值。

2.1.2處理生活污水

在處理生活產生污水時，一般采用生物降解與化學氧化兩者結合的方法處理，但往往氧化劑的用量太大，會剩余較多殘留物。因此如果在它們之間加上一個納濾環節，讓能被微生物降解的小分子透過，截留住大分子，然后用化學氧化器處理大分子物質，使其進行生物降解，這樣便可以充分利用生物降解性，節約氧化劑和活性炭的用量，并且減少最終殘留物的含量。由于水污染的問題日益嚴重，人們的飲用水質量也受到威脅。利用雙極膜納濾法不僅可以有效去除消毒過程中產生的微毒副產物等化學殘留物，而且還具有化學藥劑用量少、節能、占地少、便于管理和維護等優點。

2.2處理廢氣

工廠在生產過程中，除了會產生廢液污染，還會排放一些對大氣有污染的氣體，也需要進行有效處理凈化。目前，工廠在燃燒過程釋放出來的酸性污染氣體主要以COx、NOx、SOx為主。這些大氣污染氣體物種每年的排放量非常大，例如 SOx，我國每年大約向大氣排放1900～2100萬噸的大氣污染物。這些過量排放的酸性氣體是引起全球溫室效應、酸雨等污染問題的罪魁禍首，對人類日常生活的危害十分嚴重，因此必須要及時采取有效措施來進行治理。

利用雙極膜技術處理這類酸性氣體方法簡單有效，并且易于操作。以從廢氣中回收二氧化硫為例，回收步驟為：一、先用堿液如氫氧化鈉進行吸收；二、吸收液通過雙極膜電滲析，在酸室里得到硫酸溶液；三、堿室里得到的主要成分是和NaOH液，這些液體可以返回工序的第一步重新吸收尾氣。在整個回收過程中實現了零排放，從而也就避免了二次污染。在最大化回收廢氣中有用物質實現二次利用的同時還有效地緩解了環境污染問題。

2.3綠色能源——雙極膜蓄電池

在工業冶金過程中產生的廢酸堿除了可以用納濾膜技術進行廢水跟重金屬離子的回收，還可以通過雙極膜技術做成蓄電池進行發電。計算顯示，一摩爾每升的酸和一摩爾每升的堿反應，可以得到 0.828 V的理論電位，數值上剛好等于雙極膜水解電離時產生的電壓降。以往這部分的電能很難加以有效利用，現在通過雙極膜水解電離池，不僅可以充分利用這部分電能，而且還能夠借助于可逆電極，實現充電的過程。在實際應用時可以由數十個甚至上百個基本單元組成雙極膜蓄電池，使其達到人們日常生活所需的電壓及輸出功率。日常生產中，通常會產生大量的酸性與堿性廢液，通過雙極膜技術對這些工業廢液進行回收，并制成蓄電池，實現資源的循環再利用，由此可見，雙極膜電池具有很高的開發價值和顯著的經濟效益，發展前景光明。

2.4用于垃圾發酵連續制備有機酸

在日常生活中產生的廚房垃圾，一般采取直接填地的處理方法，這對環境也會產生一些較小的污染。目前處理廚房生活垃圾的主要方式是通過發酵處理的方法來制成有機酸，在保護環境的同時，充分發揮這些垃圾的經濟效益。由于在傳統的發酵制作過程中，反應生成的有機酸會影響環境的PH值，不利于微生物的生長、發酵，影響了反應的進一步進行，不少企業會向發酵池中加入酸堿來調節環境的PH值，這種方法，不僅工序步驟復雜，而且還消耗了大量的酸堿，反應剩余的廢液殘渣也對環境造成二次污染。而如果以雙極膜電滲析解離作為氫離子和氫氧根離子的供應源，則可以直接從發酵液中生產出有機酸，免去了投放酸堿的過程，，也就避免了資源浪費和二次污染的問題。

3　展望

在社會工業化快速發展的今天，環境問題應受到人們的高度重視，只有保護好我們賴以生存的環境，才能實現社會的可持續發展。雙極膜作為一種全新的技術，已被廣泛應用于環境工程領域，它有效解決了傳統方法在環境治污過程中存留的技術疑難問題。目前看來，雙極膜的應用前景非常廣闊，可以通過改進制備工藝過程，降低生產成本，研究開發出更高性能的雙極膜，拓寬其應用領域，充分發揮其經濟效益，對環境的可持續發展具有深遠的意義。

參考文獻：

［1］謝鴻芳，肖艷春，鄭林祿，鄭淑英，陳震.雙極膜技術在環境工程中的應用與展望［J］.廣州化學，2012（01）.

［2］彭飛燕.雙極膜在環境保護方面的應用研究進展［J］.安徽化工，2012（04）.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.13.086

作者簡介：王凡（1985-），女，陜西寶雞人，本科，助教，研究方向：環境工程。