無(wú)機(jī)陶瓷膜在水處理中的初步應(yīng)用
行業(yè)動(dòng)態(tài)
無(wú)機(jī)陶瓷膜作為一種新型的膜材料，與傳統(tǒng)的高聚物膜相比，具有耐高溫，化學(xué)穩(wěn)定，耐酸堿腐蝕，機(jī)械強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和易再生等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于食品和生物制品的過(guò)濾、提純及電解液的過(guò)濾、氣體除塵等各個(gè)領(lǐng)域。特別是在20世紀(jì)80年代后期，陶瓷膜在水處理領(lǐng)域的研究取得了突破性進(jìn)展，其日益顯示出的獨(dú)特技術(shù)優(yōu)勢(shì)和廣闊的前景，正成為國(guó)內(nèi)外競(jìng)相研究開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)之一。
1 無(wú)機(jī)陶瓷膜在水處理中的應(yīng)用
1.1 給水處理中的應(yīng)用
微孔無(wú)機(jī)陶瓷膜分離技術(shù)在給水處理中的應(yīng)用始于20世紀(jì)80年代，特別是在歐洲一些 ，如法國(guó)、意大利等國(guó)在這些方面的實(shí)踐工作更是走在 的 。用微孔陶瓷膜進(jìn)行給水處理的優(yōu)點(diǎn)是能夠保證更好喝更可靠的水質(zhì)，不用化學(xué)物質(zhì)，特別適合于高附加值產(chǎn)品。用0.2μm陶瓷微濾膜過(guò)濾處理地下巖溶水所得的幾個(gè)性質(zhì)指標(biāo)與未經(jīng)處理巖溶水的比較如表1所示。
表1：未處理巖溶水與處理水的性質(zhì)指標(biāo)比較
性質(zhì)指標(biāo) | 未處理巖溶水 | 處理水 |
濁度（NTC） | 100～120 | 0.10～0.25 |
有機(jī)物含量/(mg/L) | 6.5～7.3 | 0.5 |
鋁/(ug/L) | 2700 | 15 |
鐵/(ug/L) | 3000 | 40 |
細(xì)菌（20～70℃） | ＞1000 | 0 |
從表1中可以看出，陶瓷膜不僅能顯著降低水的濁度（NTU）和有機(jī)物含量，而且能夠?qū)μ幚硭M(jìn)行脫金屬處理，對(duì)細(xì)菌的去除率更為100%。在國(guó)內(nèi)，山東工業(yè)陶瓷設(shè)計(jì)院研制的孔徑為4.3μm的微孔陶瓷對(duì)總菌數(shù)31500、大腸菌群小于230的原水處理后，得到的處理水水質(zhì)也優(yōu)于 飲用水標(biāo)準(zhǔn)。此外，利用無(wú)機(jī)陶瓷膜進(jìn)行海水淡化預(yù)處理的研究也取得了重大進(jìn)展。
1.2 廢水處理中的應(yīng)用
近年來(lái)，由于全球水資源緊缺、將陶瓷膜分離技術(shù)應(yīng)用于廢水的處理和再利用顯得更加重要。從材料特點(diǎn)考慮，由于陶瓷膜可以在苛刻的條件下進(jìn)行長(zhǎng)期穩(wěn)定的分離操作，這也決定了它在水處理領(lǐng)域應(yīng)用的主要方向是廢水處理，特別是工業(yè)廢水的處理。
1.2.1 處理含油廢水中的應(yīng)用
工業(yè)含油廢水的種類極其繁多，大致有油田采出水、金屬表面清洗水、石油化工廠排放的生產(chǎn)廢水、各種潤(rùn)滑劑廢水、乳化液廢水等。這些廢水若直接排放，將嚴(yán)重污染環(huán)境。由于含油廢水往往只有難降解、易乳化等特點(diǎn)，常規(guī)辦法處理難以得到理想的效果。無(wú)機(jī)陶瓷膜在處理含油廢水方面具有突出的優(yōu)勢(shì)，表現(xiàn)在通量高，使用壽命長(zhǎng)，且對(duì)膜的孔徑大小要求相對(duì)寬松。Simms等人（1995）采用了高分子膜和Membralox陶瓷膜對(duì)加拿大西部的重油采出水進(jìn)行了處理，其通量相對(duì)較小。表2是他們研究的主要結(jié)果。
表2：陶瓷膜處理油田采出水結(jié)果
原水 | 出水 | 操作壓力/MPa | 溫度/℃ | ||
懸浮物 /(mg/L) | 油含量 /(mg/L) | 懸浮物/(mg/L) | 油含量 /(mg/L) | ||
73～290 | 28～583 | ＜1 | ＜5 | 0.04～0.26 | 32.2～40 |
30～200 | 20～500 | 0～2.3 | 0～3.2 | 0.1～0.15 | 40～50 |
150～2290 | 125～1640 | ＜1 | ＜20 | ＜0.175 | 30～60 |
Hun等人用復(fù)合陶瓷膜對(duì)濃度為600～11000ppm乳化液進(jìn)行油水分離，油的去除率超過(guò)95%。日本近年來(lái)也對(duì)水溶性切削油的陶瓷膜處理作了詳細(xì)的研究，并將其與有機(jī)膜作了比較，結(jié)果認(rèn)為用陶瓷膜處理較為優(yōu)越。這些結(jié)果表明：采用陶瓷膜處理工業(yè)含油廢水是可行的，出水水質(zhì)均能滿足回注水或排放水的各項(xiàng)指標(biāo)的要求。
1.2.2 處理紡織廢水中的應(yīng)用
紡織染色工程均以水為介質(zhì)，而且往往需要一次或多次水洗，用水量比較大，排放的廢水對(duì)環(huán)境污染較重。在印染過(guò)程各工序排出的廢水含有的主要污染物為：懸浮物、BOD有機(jī)物、COD染料、還原漂白劑、重金屬（如鉛、鉻等）以及色度染料等，同時(shí)處理的難度很大。Soma等人（1989）利用無(wú)機(jī)微濾膜處理印染廢水，膜孔徑平均為0.2μm，壓力0.5～1.0MPa，水流速度3～5m/s。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：懸浮物、有機(jī)物的去除均效果明顯，其中不溶性燃料去除率大于98%，通過(guò)加入一些表面活性劑可使可溶性染料的去除率大于97%；在陶瓷膜工業(yè)性試驗(yàn)中染料的去除率為80%，COD去除率為40%，通量為260～280L/(m2·h·MPa）。
1.2.3 化工廢水處理中的應(yīng)用
化工行業(yè)在生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水一般具有強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或腐蝕性，有機(jī)膜由于自身的弱點(diǎn)往往難以勝任。而對(duì)于像陶瓷膜之類的無(wú)機(jī)膜來(lái)說(shuō)，恰恰是它們的強(qiáng)項(xiàng)，在處理這類廢水時(shí)，它們具有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。NGK公司采用氧化鉻陶瓷膜從鹽酸溶液中回收Z(yǔ)iO2細(xì)微粒子，用去離子水進(jìn)行洗滌，以除去產(chǎn)品中的酸根，經(jīng)過(guò)處理，洗滌水的電導(dǎo)率從200ms/cm下降到0.5ms/cm。實(shí)驗(yàn)也表明，用氧化鋁陶瓷微濾膜在處理酸性廢水時(shí)，取得了較好的效果。
1.2.4 其他廢水處理中的應(yīng)用
無(wú)機(jī)陶瓷膜作為新型的膜分離技術(shù)，在各個(gè)領(lǐng)域的廢水處理中都有不俗的表現(xiàn)。如對(duì)放射性廢水，含重金屬?gòu)U水，城市生活污水，造紙廢水的處理上，都呈現(xiàn)效果明顯。
2 無(wú)機(jī)陶瓷膜在水處理應(yīng)用中的展望
無(wú)機(jī)陶瓷膜處理的各種廢水涉及到社會(huì)的許多行業(yè)，市場(chǎng)容量巨大，估計(jì)其規(guī)模在億元以上，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益均比較明顯。目前對(duì)無(wú)機(jī)膜過(guò)程及膜催化反應(yīng)的的研究較多，無(wú)機(jī)生物膜反應(yīng)器的研究工作也開(kāi)始起步，其良好的發(fā)展前景使之成為各國(guó)研究的熱點(diǎn)。盡管陶瓷膜的研究與應(yīng)用已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，但仍然存在許多制約其廣泛應(yīng)用的問(wèn)題值得深入地研究和探討，主要是如何降低陶瓷膜的生產(chǎn)成本，如何提高膜的分離效果及長(zhǎng)時(shí)間維持膜通量的穩(wěn)定性；如何擴(kuò)展無(wú)機(jī)陶瓷膜的應(yīng)用范圍和應(yīng)用深度。這些都應(yīng)是今后陶瓷膜的制備和應(yīng)用方面應(yīng)重點(diǎn)突破的方向。
