陶瓷膜净水研究进展

２０１１年第２期　第３８卷总第２１４期　广东　化　工　ＷＷＷ．ｇｄｃｈｅｍ．ｃｏｍ　１Ｏ３　陶瓷膜净水技术试验研究　陈丽珠　，吴启龙　，张建国　，陈明　（１．东莞市东江水务有限公司，广东东莞５２　１０．９ｉ　２　。清华大学深圳研究生院环境工程与管理研究中心，　广东深圳５１８０５５）　～　。　【摘要】试验利用无机陶瓷膜的截留作用来处理南方某水厂的待滤水，研究了陶瓷膜净水的主要影响因素及变化规律，提出了用陶瓷膜净水　工艺替代传统的过滤工艺的水处理系统。考查了不同操作条件对膜通量的影响、陶瓷膜对浊度的去除以及陶瓷膜工艺对水中的溶解性有机污染　伤的去除效果。试验表明陶瓷膜具有良好的过滤性能。　【关键词】陶瓷膜；膜通量；去除率　【中圈分类号】Ｘ　【文献标识码】Ａ　［文章编号】１００７．１８６５（２０１１）０２．０１０３—０３　Ｔｈｅ　Ｗａｔｅｒ　Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ａｎｄ　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　Ｃｅｒａｍｉｃ　Ｍｅｍｂｒａｎｅ　ｃｈｅｎ　Ｌｉｚｈｕ‘，ＷＵ　Ｑｉｌｏｎｇ　，Ｚｈａｎｇ　Ｊｉａｎｇｕｏ。．Ｃｈｅｎ　Ｍｉｎｇ‘　（Ｉ．Ｄｏｎｇｊｉａｎｇ　Ｓｈｕｉｗｕ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｄｏｎｇｇｕａｎ　５２３　１　０９；２．Ｒｅｓｅａｒｃ￣Ｃｅｎｔｅｒ　ｆｏｒ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，Ｇｒａｄｕａｔｅ　Ｓｃｈｏｏ１　ａｔ　Ｓｈｅｎｚｈｅｎ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　５　１　８０５５，Ｃｈｉｎａ１　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｔｕｒｄｙ，ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｏｆ　ｓｏｕｔｈ　ｗａｔｅｒ　ｐｌａｎｔ　ｗａｓ　ｔｒｅａｔｅｄ　ｂｙ　ｉｎｏｒｇａｎｉｃ　ｃｅｒａｍｉｃ　ｍｅｍｂｒａｎｅ．Ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗａｓ　ｃｒｅａｔｅｄ　ｏｎ　ｃｅｒａｍｉｃ　ｍｅｍｂｒａｎｅ，ｉｔｓ　ｒｅｐｌａｃｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔｈａｔ　ｉｓ　ｇｒａｉｎｙ　ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｔｈｅ　ｔｕｒｂｉｄｉｔｙ　ｒｅｍｏｖａｌ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｏｆ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ　ｗｅｒｅ　ｅｘａｍｉｎｅｄ．Ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｃｅｒａｍｉｃ　ｍｅｍｂｒａｎｅ　ｈａｖｅ　ｗｅｌｌ　ｆｉｌｔｒａｔｅｄ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｅｒａｍｉｃ　ｍｅｍｂｒａｎｅ；ｍｅｍｂｒａｎｅ　ｆｌｕｘ；ｒｅｍｏｖａｌ　无机陶瓷膜因其具有良好的耐酸碱腐蚀性、耐高温性、污　染小、易清洗、寿命长等优点，而逐渐被提到研究的日程上来，　成为科研人员研究的焦点０　。用陶瓷膜进行给水处理的优点是　能够保证更好和更可靠的水质，不用化学物质，使得水处理工　艺流程简化，操作简便，节省投资和占地面积，特别适合于高　附加值产品　Ｊ。目前国内对单独使用陶瓷膜净水技术进行深入　研究的文章还比较少。文章采用无机陶瓷膜直接过滤南方某水　厂的待滤水，研究了陶瓷膜对浊度、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸　盐氮、ＣＯＤＭ　和ＵＶ２５４的去除效果，对膜通量和操作压差等操　作参数进行了探讨，试验结果对以后陶瓷膜净水工艺运用于水　厂取代传统的过滤净水工艺，以便节省空间提供有益的参考。　１试验部分　１．１试验装置　试验装置由控制箱、陶瓷膜膜组件、进水罐、产水罐、　离心泵和反冲洗空压机组成，试验工艺流程如图１所示。　进水罐出水接膜组件，膜组件采用国内公司生产的氧化铝　陶瓷芯多孔陶瓷无机膜，膜管外径９３０　ｍｍ，膜孔径采用２０　ｉｌｍ，通道内径ｃｐ４　ｍｍ，管长２５０　ｍｍ，最大工作压力：小　于１　ＭＰａ。　

第３７卷第５期　２０１７年１Ｏ月　膜科学与技术　ＭＥⅣ田ＲＡＮＥ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ　ＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＹ　ＶｏＬ　３７　Ｎｏ．５　Ｏｃｔ．２０１７　无机陶瓷膜分离耦合高级氧化技术　在水处理中的研究进展　李友铃　，邓志毅Ｈ，柳寒。，董应超　（１．湘潭大学环境与资源学院，湘潭４１１１０５；２．工业生态与环境工程教育部重点实验室，　大连理工大学环境学院，大连１１６０２４；３．中国膜工业协会，北京１０００２９）　摘要：无机陶瓷膜具有热、结构和化学稳定性好等诸多优点，在水处理中具有巨大的应用前　景，但膜污染和单一的分离功能等问题是限制其进一步应用的技术瓶颈．将陶瓷膜分离与高级　氧化耦合的技术同时具备分离和催化降解双功能，可有效解决上述问题．本文综述了近年来陶　瓷膜分离与臭氧、光催化耦舍技术及其应用于水处理领域的国内外研究进展，重点总结了直接　臭氧氧化、催化臭氧氧化、掺杂及未掺杂ＴｉＯｚ光催化与陶瓷膜分离的耦舍技术及其水处理应　用，并简要展望了陶瓷膜分离耦合硫酸自由基高级氧化技术的可行性、优势及应用前景．　关键词：陶瓷膜；水处理；臭氧氧化；光催化；硫酸自由基高级氧化技术　中图分类号：ＴＱ０２８．８　文献标志码：Ａ　文章编号：１Ｏ０７—８９２４（２０１７）０５－０１３４—０８　ｄｏｉ：１０．１６１５９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎｌ００７—８９２４．２０１７．０５．０２１　面对Ｅｔ益严格的水排放标准，膜分离技术相比　于传统的混凝沉淀法、活性污泥法及吸附等废水处　理工艺，由于具有更好的出水水质而受到研究者的　关注口］．在水处理领域中，膜分离技术常用的膜为有　机膜，而无机陶瓷膜作为一种高性能的新型膜分离　材料，与有机膜相比，其具有更好的耐高温性能、耐　化学腐蚀性能、更高的机械强度、更强的抗氧化性和　易清洗性等优点［２］，已逐渐在水处理应用中推广使　用．孔径筛分、静电排斥是膜发挥截留功能的主要机　制，然而随使用时间增加，会出现由浓差极化、吸附　引起的膜孑Ｌ阻塞等膜污染问题，导致膜性能降低、运　行成本增加［３］；且膜单独使用时仅具备分离功能，对　渗透液中小分子物质浓缩液不能有效去除［４］，影响　膜出水水质．　为有效降低膜污染、提高出水水质，研究者主要　从两方面对陶瓷膜分离工艺进行了改进．一是膜材　料改性，在膜表面或膜孔内引入改性剂形成复合功　能膜，如亲疏水性改性、表面粗糙度改性、膜孔径改　性等Ｅ　；二是与其它技术耦合，如作为分离介质与　微生物处理技术耦合构成膜生物反应器，通过有效　截留处理液中的活性污泥以及绝大多数悬浮物，提　高反应器内的污泥浓度，增强生化处理效果，提升出　水水质［８　；此外，膜还可同时作为催化剂载体及分离　介质与高级氧化技术耦合，发挥催化降解及膜分离　双功能，提高出水水质同时降低膜污染Ｌ９］．本文中，　主要关注陶瓷膜分离与高级氧化构成的耦合技术，　综合国内外的研究进展，目前在水处理领域中研究　较多的主要集中在膜分离与臭氧化高级氧化耦合技　术［】　ｎ］和膜分离与光催化氧化高级氧化耦合技　术Ｅ坨］．因此，文中主要对这两种耦合技术在水处理　领域中的应用进行综述，重点总结直接臭氧氧化、催　化臭氧氧化，掺杂及未掺杂ＴｉＯ　光催化与陶瓷膜　收稿日期：２０１７—０２—１６；修改稿收到日期：２０１７—０４—２４　基金项目：国家自然科学基金项目（２１３Ｏ１１７１）；中央高校基本科研业务费专项资金项目（ＤｕＴ１６Ｒｃ（３）０５０）；高等学校　学科创新引智计划项目（“１１１计划”，Ｂ１３０１２）；大连理工大学学科建设经费项目和工业生态与环境工程教育　部重点实验室开放基金项目（ＫＬＩＥＥＥ－１６一Ｏ１）　第一作者简介：李友铃（１９９２一），男，湖南邵阳人，硕士生，从事催化分离功能陶瓷膜材料制备及水处理应用研究．＊通讯　作者，Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈｙｄ＠ｘｔ

５８　中国材料进展　第２９卷　

医疗器械生产企业总数的１０％～３０％，企业规模小，　

劳动生产率低，而且相当数量的技术雄厚的国营和民营　

企业正在被外资企业吞并或转变为中外合资企业。　

（２）产品技术结构不合理，多为技术含量低的基础　

器械和一次性用品等，技术含量高的产品９０％以上依　

赖进口，现代高技术生物医用材料产业多数并未形成规　模，而且跟踪仿制多、源头创新少、质量不稳定、市场　

竞争力差，有相当部分被或正被进口产品挤出市场，民　

族产业发展面临严峻挑战。　

（３）医用级或环境绿色的原材料生产基地严重缺　

乏，其必将导致产品生产成本的增加，或制约产品质量　

的提高。　

（４）研究成果与产品后续研发及产业化的接轨机制不　

健全，争取资助的渠道不畅通，而且缺乏足够的风险投资。　ｇ．２发展我国生物材料产业的对策及建议　

全面贯彻以人为本的科学发展观，紧紧围绕建设惠　

及全民的小康社会的战略目标，按照《国家中长期科学　

和技术发展规划纲要》的总体部署，针对满足全民医疗　

保健的基本需求和国家安全保障的需求，立足本世纪生　

物材料科学与工程发展方向和前沿，坚持自主创新，着　

力成果转化、产业集聚、规模发展、国际合作，集中优　

势力量、优化资源配置，突破高技术产业发展的共性关　

键技术，研发一批具有产业化价值的重大专利技术，提　

升我国生物医用材料科学与技术的自主和集成创新能　

力，重点发展一批具有核心竞争力的前沿产业，形成一　

批效益突出的产业集群或基地，培育一批具有国际市场　

竞争力的企业，带动传统产业技术升级，促进产业结构　

调整，彻底改变高技术产业依赖进口的局面，构建国际　

先进的现代生物医用材料科学与产业体系，实现产业的　

跨越式发展，提高国际市场的竞争力和占有率，培育新　的国民经济增长点。　

综合以上分析，笔者对促进我国生物材料产业发展　

提出如下对策。　

（１）建立和健全研究成果与产品后续研发及产业化　

的接轨机制，统筹不同研发阶段的资金投入，稳定而持　

第３０卷　Ｖ０１．３Ｏ　第１２期　Ｎｏ．１２　重庆理工大学学报（自然科学）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ）　２０１６年１２月　Ｄｅｃ．２０１６　

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４－８４２５（ｚ）．２０１６．１２．０１１　

陶瓷膜技术在水处理中的研究进展　

姚吉伦ｈ，张　星　，周　振　，庞治邦　，刘　

（１中国人民解放军后勤工程学院ａ．国家救灾应急装备工程技术研究中心；　

ｂ．国防建筑规划与环境工程系，重庆４０１３１１；　

２　９２３０３部队，山东青岛２６６０００；３．７７６２０部队，拉萨８５００００）　

摘　要：作为一种环境友好型技术，陶瓷膜凭借诸多优点逐渐成为研究热点。首先介绍了　

陶瓷膜的结构与特点；其次从膜组件、过滤模式和膜孔径３个方面对陶瓷膜进行了分类；然后　

描述了陶瓷膜技术在水处理中的应用与发展；最后针对陶瓷膜应用中存在的问题提出下一步的　

研究发展方向。　

关键词：陶瓷膜；微滤；超滤；纳滤；水处理　中图分类号：Ｘ７０３　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４—８４２５（２０１６）１２—００６９—０６　

Ｒｅｖｉｅｗ　ｏｆ　Ｃｅｒａｍｉｃ　Ｍｅｍｂｒａｎｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　Ｗａｔｅｒ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　

ＹＡＯ　Ｊｉ—ｌｕｎｈ，ＺＨＡＮＧ　Ｘｉｎｇ　，ＺＨＯＵ　Ｚｈｅｎ岫，ＰＡＮＧ　Ｚｈｉ．ｂａｎｇ　，ＬＩＵ　Ｂｏ。　

（Ｉ．ａ．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｄｉｓａｓｔｅｒ　Ｒｅｌｉｅｆ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ；　ｂ．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｄｅｆｅｎｓｅ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ　Ｐｌａｎｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，　Ｌｏｇｉｓｔｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　ＰＩＪＡ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　４０１３　１　１，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｕｎｉｔ　９２３０３，Ｑｉｎｇｄａｏ　２６６０００，Ｃｈｉｎａ；３．Ｕｎｉｔ　７７６２０，Ｌａｓａ　８５００００，Ｃｈｉｎａ）