環境治理中膜接觸器的應用研究

摘要：膜接觸器可以將膜分離與化工單元操作進行有效結合，是一種先進的高效分離器，可在不同接觸的情況下實現相間傳質，被廣泛應用于廢氣治理、重金屬選擇吸收等環境治理中。對此，本文首先對膜接觸器的分類原理及結構形式進行介紹，然后對不同膜接觸器在環境治理中的應用原理進行分析，并以某廢水治理項目為研究對象，對膜接觸器在環境治理中的應用方式進行深入研究。

關鍵詞：膜接觸器;分類;原理;結構應用

中圖分類號：X703.2 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）02-00-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.02.015

Abstract：Membrane contactor can effectively combine membrane separation with chemical unit operation.It is an advanced high-efficiency separator that can realize phase-to-phase mass transfer without contact.It is widely used in waste gas treatment and selective absorption of heavy metals.Governing. In this regard， this article first introduces the classification principle and structural form of membrane contactors，then analyzes the application principles of different membrane contactors in environmental treatment， and takes a wastewater treatment project as the research object to analyze the membrane contactors in the environment. Further research on the application of governance.

Key words：Membrane contactor;Classification;Principle;Structural application

膜接觸器技術是在微孔膜技術基礎上發展起來的新型雜化膜過程，膜接觸器傳質比表面積，另外，通過膜所隔離的兩流體相相互獨立，因此可避免發生液泛、溝流等問題，與分散相接觸分離器相比應用優勢明顯，被廣泛應用于廢水治理、醫藥、食品等領域。因此，對膜接觸器技術在環境治理中的應用方式進行深入研究意義重大。

1 膜接觸器的分類

1.1 按膜兩側流體形態

膜兩側兩相流體的形態有所不同，據此可將膜接觸分離器分為液/液型、液/氣型、氣/液型三種。

1.2 按工作原理

根據膜接觸器工作原理不同，可將其分為氣體吸收膜接觸器以及連續萃取膜接觸器等。

1.3 按膜結構

根據膜接觸器所用膜材料不同，可將其分為復合型膜接觸器、無孔膜接觸器以及多孔膜接觸器。

2 膜接觸器原理及結構形式

在膜接觸器的應用中，在氣/液或者液/液不混溶的基礎上，即可通過膜分離，對于各個組分不具有選擇性，只可作為氣/液或者液/液的屏障，兩相不會發生混合或者分散，組分可通過擴散的方式，從一相轉移至另一相，在此過程中可保持相平衡，因此，蒸餾、萃取、結晶、催化等反應均可在膜接觸器中完成。

膜接觸器的結構形式有很多種，包括旋轉環式、平板式、中空纖維式等等，其中，中空纖維式最為常見，中空纖維式是由多個微孔聚丙烯（PP）中空纖維膜相互交錯所形成的，在膜接觸器中心位置有擋板結構，能夠有效減少程旁路，殼程液體流速與膜表面保持垂直，因此傳質效率比較高。

3 不同膜接觸器在環境治理中的應用原理

3.1 膜蒸餾（MD）

在膜蒸餾過程中，熱側溶液中容易揮發的組分可以通過疏水微孔膜，以氣態的形式進入冷側，在冷凝作用下，即可實現膜分離。根據透過側不同，可將膜蒸餾分為多種類型，包括吸氣式膜蒸餾、直接接觸式膜蒸餾、低壓式膜蒸餾等等。膜蒸餾過程可以在低溫常壓下進行，因此，只需提供太陽能、地熱能作為能源基礎即可，應用成本比較低。另外，在環境治理中，膜蒸餾方式對于離子、難揮發性物質等的截留率將近100%。

3.2 膜吸收

膜吸收法是一種新型脫氨技術，其通過應用微孔疏水膜，能夠將料液和吸收液進行有效分離，在膜兩側，易揮發組分可形成分壓差，據此可作為驅動力，可促進料液通過膜孔轉移至吸收液側。膜吸收法的脫氨性能優勢明顯，主要被應用于氨氮廢水環境治理中。

3.3 膜萃取

膜萃取又被稱為固定膜界面萃取技術，其能夠將膜過程與液/液萃取進行有效結合，通過分隔料液相以及萃取相的微孔膜表面即可完成傳質過程。膜萃取能夠有效減少萃取劑在料液中的夾帶損失，還可使用高效萃取劑，在膜基反萃（MBSS）過程中，萃取劑可再生。

3.4 膜填料替代

通過將中空纖維膜應用于精餾分離中，中空纖維膜的接觸比表面比較大，設備體積小，同時，液體可充滿中空纖維膜，如果流速比較低，接觸面積依然可保持穩定。另外，膜可有效分離氣液，使得二者無需直接接觸，進而避免液泛現象。

4 膜接觸器在廢水治理中的應用實例

4.1 廢水水質

在某工廠生產中，兩套液氨整理設備同時運行，工廠每日廢水排放量在150～200m3之間。在建設廢水處理站后，嚴格執行GB4287-2012《紡織染整工業水污染物排放標準》中的要求，在對廢水進行凈化處理后，可將廢水引入至排放管網中。

4.2 廢水特性分析

在該工廠生產中，所排放的液氨整理廢水中的有害物質包括氨氮、微量揮發性有機物以及硫酸根等等。在廢水環境中，微量揮發性有機物的濃度比較低，但是在環境治理中會造成表面張力降低，進而造成膜接觸器潤濕率增加，同時傳質性能不斷降低，由此可見，在廢水環境治理中，應采取有效措施提升表面張力。

4.3 廢水治理工藝

綜合考慮該工廠廢水水質特征，在廢水環境治理中，將袋式過濾、活性炭吸附與膜接觸器脫氨進行有效結合。

4.3.1 袋式過濾器

在袋式過濾器的應用中，由于濾袋具有過濾作用，因此在廢水治理中可截留廢水中的懸浮物、織物纖維等，避免對后續治理過程造成不良影響。該廢水治理站所用系統是由2個?220mmxl200mm的袋式過濾器所組成的，并配有2個10μm濾袋，其中1個備用。單套袋式過濾器系統的廢水處理能力為10m3/h。

4.3.2 活性炭吸附

活性炭吸附法的應用原理為活性炭對于廢水中的微量有機物可發揮吸附凈化作用，有效去除各類微量揮發性有機物，提升廢水表面張力，在經過活性炭吸附作用后，出水即可滿足膜接觸器對于表面張力的要求。活性炭吸附系統是由3個?1500×4300mm的活性炭罐所組成的，顆粒活性炭的碘值在900以上，系統為兩用一備結構形式，單套設備的廢水環境治理能力為10m3/h。

4.3.3 膜接觸器

在該工廠廢水治理中，膜接觸器是由48只聚丙烯中空纖維膜組件所組成的，共分為8路，每路采用6級串聯方式。廢水首先進入袋式過濾器，然后再通過活性炭吸附罐的吸附作用，最后即可進入至膜接觸器裝置中。在膜接觸器裝置前，安裝熱交換器以及自動溫控系統，水溫在35℃左右，另外還需采用pH值自控系統，通過加入一定量的NaOH，可將廢水pH控制在11.5～12之間，另外，吸收液為pH在1～2之間的稀硫酸溶液，在酸循環作用下，即可吸收廢水通過膜的氨分子。

4.4 環境治理效果

該工廠采用上述復合廢水治理系統，設備運行穩定性較高，在廢水治理中加強檢修，對于部分受損的膜接觸器及時更換，出水水質穩定，滿足系統設計要求。在廢水治理系統的實際運行中，當廢水經過活性炭吸附罐后，廢水表面張力可從45～60mN/m提升至65～70mN/m，能夠有效滿足膜接觸器廢水治理實際需要。另外，在經過六級膜接觸器的脫氨作用后，廢水氨氮去除率可達到98%以上，廢水在經過凈化處理后，出水氨氮質量濃度低于18mg/L。該工廠高濃度氨氮廢水在經過上述處理后，可達到清潔生產要求，該廢水治理系統的運行成本在30～40元/m2之間。

5 結語

綜上所述，本文主要對膜接觸器在環境治理中的應用進行了詳細探究。新型膜接觸器具體包括膜蒸餾、膜填料替代膜吸收以及膜萃取，具有高效、節能等特點，在廢水廢氣治理中應用優勢明顯。在未來的發展中，還應加強對于低廉、高穩定膜材料的研究，促進該項技術的推廣應用。

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收稿日期：2020-01-04

作者簡介：代培春（1990-），男，漢族，本科學歷，助工，研究方向為環境工程。