膜分離技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用
行業(yè)動(dòng)態(tài)
近半個(gè)世紀(jì)以來，膜分離技術(shù)在全球得到了迅速的發(fā)展。膜分離技術(shù)作為新的分離凈化和濃縮方法，與傳統(tǒng)的分離操作相比，具有能耗低、分離效果高、無二次污染、工藝簡單等特點(diǎn)。加之近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，廢水的大量排放，水污染也日益嚴(yán)重。由于重金屬易通過食物鏈而生物富集，構(gòu)成對生物和人體健康的嚴(yán)重威脅，甚至危及整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。如何有效地治理重金屬污染已成為人類共同關(guān)注的問題。伴隨著我國工業(yè)化和城市化的進(jìn)程，大量的生活和工業(yè)廢水排入水體，這些廢水中多含有不同濃度的化學(xué)成分，給水體帶來越來越嚴(yán)重的污染，惡化的水質(zhì)危及工業(yè)生產(chǎn)和人們的健康。一方面不注重環(huán)保，水資源被嚴(yán)重污染；另一方面，我國許多大中城市及北部地區(qū)的城市缺水問題日益嚴(yán)重，部分城市水源開發(fā)已達(dá)極限。目前水資源短缺已成為制約我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要因素。為此在各個(gè)領(lǐng)域，特別是高耗水的冶金、石化、電力等行業(yè)廣泛開展了節(jié)水工作。除了通過提高循環(huán)水濃縮倍數(shù)、選擇低耗水工藝等方法節(jié)約用水外，還努力開辟新水源，利用污水資源回用。污水資源化是控制水污染、緩解水資源短缺、實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)發(fā)展的主要對策。為解決污水回用問題，出現(xiàn)了各種預(yù)處理和深度處理技術(shù)和方法，但到目前為止，國際水處理界對微污染原水的處理動(dòng)向基本是兩種途徑：傳統(tǒng)處理工藝（如蒸、萃取、沉淀、混凝、過濾和離子交換等）的改進(jìn)和膜分離技術(shù)的使用。
膜技術(shù)作為一種新興的分離技術(shù)，由于具有分離效率高、能耗低、無相變、操作簡便、無二次污染、分離產(chǎn)物易于回收、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，在水處理領(lǐng)域具有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)優(yōu)勢。膜分離的基本原理是在某種推動(dòng)力作用下，利用膜的選擇透過性進(jìn)行分離和濃縮。根據(jù)膜截留組分粒徑大小的不同及膜性能的差異，目前常見的膜分離過程可分為以下幾種，電滲析（ED）、反滲透（RO）、納濾（NF）、超濾（UF）等。
1 電滲析（ED）膜分離過程的應(yīng)用
1.1 ED簡介
電滲析是在直流電場的作用下，溶液中的帶電離子選擇性地透過離子交換膜的過程，電滲析膜裝置同時(shí)包含有一個(gè)陽離子交換膜和一個(gè)陰離子交換膜。電滲析過程中金屬離子通過膜而水仍保留在進(jìn)料側(cè)，依靠金屬離子與膜之間的相互作用而實(shí)現(xiàn)分離。電滲析法是一種較為成熟的膜分離技術(shù)，目前主要用于電鍍工業(yè)漂洗水回收重金屬。含CU2+、Ni2+、Zn2+和Cr2+等金屬離子的廢水都適宜用電滲析處理，其中含鎳廢水處理技術(shù)較為成熟，已有成套工業(yè)化裝置。但電滲析法處理廢水要求具有足夠的電導(dǎo)以提高滲透效率，因此處理水中電解質(zhì)的濃度不能過低。
當(dāng)前離子交換膜的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用均已達(dá)到很高的水平，ED技術(shù) 的 是美國和日本。該技術(shù)首先用于苦咸水淡化，而后逐漸擴(kuò)展到海水淡化及制取飲用水和工業(yè)純水中，在重金屬污水處理、放射性污水處理等工業(yè)污水處理中也已得到應(yīng)用，目前已成為一種重要的膜法水處理技術(shù)，越來越受到重視。但是，ED也有它自身的問題，如ED只能除去水中的鹽分，而對水中的有機(jī)物不能去除，某些高價(jià)離子和有機(jī)物還會(huì)污染膜。另外，ED運(yùn)行過程中易發(fā)生濃差極化而產(chǎn)生結(jié)垢。
1.2 ED膜在廢水處理中的應(yīng)用
1.2.1 電鍍廢水的處理
在電鍍工業(yè)中，采用電滲析技術(shù)可把電鍍廢水中的鉻、鎳、鎘、銅、鋅等毒性較大的重金屬離子分離出來，防止了這些離子給環(huán)境帶來的毒害，并且處理后廢水組成不變，有利于使這些重金屬得到回收利用。采用電滲析技術(shù)處理電鍍含鉻廢水，不僅可使廢水中的Cr6+達(dá)到 廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，還能回收有用物質(zhì)鉻。
當(dāng)電鍍廢液中離子濃度較低時(shí)，可采用離子交換和電滲析組合流程來處理，即先用離子交換樹脂富集廢水中的重金屬鹽，從離子交換柱中流出的廢水經(jīng)后處理可用做清洗水，而再生液經(jīng)過電滲析器除去過量的酸，然后返回到電鍍槽中循環(huán)使用。
1.2.2 冶金工業(yè)廢水的處理
一般，各冶金工業(yè)因冶煉金屬的品種不同，工藝各異，產(chǎn)生的廢水種類也很多，如酸性廢水、堿性廢水、含重金屬廢水等。采用電滲析技術(shù)對硫酸銨廢水進(jìn)行濃縮回收的研究，結(jié)果表明，采用該法濃縮處理稀土礦銨鹽廢水是一條頗有前途的新型處理方法，銨鹽溶液較高濃縮濃度為12.6%，經(jīng)繼續(xù)濃縮可作為液體肥料予以直接利用。
氧化鋁生產(chǎn)過程需要使用大量的水，同時(shí)也產(chǎn)生大量外排廢水。這種廢水主要來源于氧化鋁生產(chǎn)現(xiàn)場的含堿廢液、生產(chǎn)設(shè)備冷卻水、工廠自備熱電廠的生產(chǎn)污水和其他附屬單位的生產(chǎn)排水。國內(nèi)大型氧化鋁廠日外排廢水可達(dá)4萬～6萬m3，我國這種大型氧化鋁廠就有5家，每天總排出廢水量多達(dá)30萬m3。這些廢水除少部分經(jīng)沉降處理后得以回用外，其余則采用酸中和直接排放，不但嚴(yán)重浪費(fèi)了水資源，而且對周邊河流生態(tài)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了嚴(yán)重污染。采用循環(huán)式電滲析法處理及回收氧化鋁廠外排廢水，結(jié)果表明試驗(yàn)重復(fù)性好，制得的淡水含鹽量小于500mg/L，水質(zhì)符合氧化鋁廠一般工業(yè)用水水質(zhì)要求。
2 反滲透（RO）膜分離過程的應(yīng)用
2.1 RO簡介
RO主要用來去除水中溶解的無機(jī)鹽，RO膜對幾乎所有的溶質(zhì)都有很高的脫除率。RO技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用主要是苦咸水、海水淡化和難以用其他方法處理的混合物。在污水處理方面，RO已廣泛應(yīng)用于城市污水處理和利用、電鍍污水處理、紙漿和造紙工業(yè)污水處理、化工污水處理、冶金焦化污水處理、食品工業(yè)污水處理、制藥污水處理及放射性污水處理等。RO法處理出水質(zhì)量很高，在水處理中通常用于精制。
2.2 RO膜在廢水處理中的應(yīng)用
2.2.1 重金屬廢水處理
含重金屬離子廢水的常規(guī)處理方法都只是一種污染轉(zhuǎn)移，即將廢水中溶解的重金屬轉(zhuǎn)化成沉淀或更加易于處理的形式，其處置常常是進(jìn)行填埋，而重金屬對地下水和地表水環(huán)境造成二次污染的危害依然長期存在。國內(nèi)外均對反滲透法處理重金屬廢水進(jìn)行了廣泛深入的研究，發(fā)現(xiàn)采用反滲透膜技術(shù)不僅可以避免產(chǎn)生二次污染，而且還能獲得高的金屬離子截留率。在經(jīng)過前期處理后的含鎳、鉻、銅及鋅等重金屬離子的廢水，進(jìn)一步采用反滲透膜作為終端處理，能確保廢水中的重金屬離子完全去除，處理后的水質(zhì)優(yōu)良，可以作為回用水資源，實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán)。
2.2.2 含油廢水處理
含油廢水是一種量大面廣的工業(yè)廢水，若直接排入水體，會(huì)在水體表層產(chǎn)生油膜阻礙氧氣溶入水中，從而致使水中缺氧、生物死亡、發(fā)出惡臭，嚴(yán)重污染生態(tài)環(huán)境。一般，含油廢水中的油分以浮上油、分散油、乳化油三種狀態(tài)存在，其中前兩種比較好處理，經(jīng)機(jī)械分離、凝聚沉淀和活性炭吸附，油分可降低到幾mg/L以下，而乳化油含有表面活性劑和起同樣作用的有機(jī)物，油分以微米數(shù)量級(jí)大小的粒子存在，所以長期保持穩(wěn)定，難以分離。對含乳化油的廢水應(yīng)用反滲透法處理，不需破壞乳化液進(jìn)行濃縮分離，其濃縮液采用焚燒處理，滲透液可進(jìn)行回用或排放處理。
3 納濾（NF）膜分離過程的應(yīng)用
3.1 NF簡介
納濾技術(shù)是目前 膜分離領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一，NF膜對分子量介于200～1000之間的有機(jī)物和高價(jià)、低價(jià)、陰離子無機(jī)物有較高的截留性能，可以用于脫除三鹵甲烷、農(nóng)藥、洗滌劑等可溶性有機(jī)物及異味、色度和硬度等。因NF膜結(jié)構(gòu)及性能上的特點(diǎn)，當(dāng)前已廣泛地應(yīng)用于生化產(chǎn)品、污水處理、飲用水制備和物料回收等領(lǐng)域。
3.2 NF膜在廢水處理中的應(yīng)用
3.2.1 紡織染整廢水處理
紡織工業(yè)染整廢水的特點(diǎn)具有高COD度及高色素度，其中對色素的去除是凈化過程中的難點(diǎn)。普通的單一處理方法如絮凝沉淀、過氯氣等都難以將其處理至可回收利用的程度。但應(yīng)用納濾膜技術(shù)則可以達(dá)到較為理想的效果。納濾膜對紡織廢水中的疏水性染料和親水性染料都有很好的分離性，對高價(jià)離子和微污染物質(zhì)等都有很高的去除率，十分適用于紡織染整廢水的深度處理和染料的提純。
3.2.2 化工廢水處理
以核苷酸生產(chǎn)中樹脂再生工段的堿鹽廢水為例，其是指一般用于洗滌除去陽離子交換樹脂上吸附的大分子雜質(zhì)的堿鹽溶液，使用后的堿鹽廢水中含有氫氧化鈉、氯化鈉、色素、蛋白質(zhì)、多肽及多糖等，成分復(fù)雜。目前，大多數(shù)核苷酸生產(chǎn)企業(yè)用鹽酸將該堿鹽廢水調(diào)pH至中性，然后與其他工藝廢水混合后采用傳統(tǒng)的生化法進(jìn)行處理。由于該堿鹽廢水中鹽含量較高生化處理的難度很大，同時(shí)浪費(fèi)大量的堿鹽。李干祿等利用納濾技術(shù)，COD的平均去除率大于98%，堿鹽平均透過率大于97%，并且可以將透膜堿鹽溶液直接回用到樹脂再生生產(chǎn)階段之中。
4 超濾（UF）膜分離過程的應(yīng)用
4.1 UF簡介
超濾是一種壓力驅(qū)動(dòng)的膜分離過程，是根據(jù)分子的大小和形態(tài)而分離的篩選機(jī)理進(jìn)行分離的。自20世紀(jì)60年代以來，超濾很快從實(shí)驗(yàn)規(guī)模發(fā)展成為重要的工業(yè)單元操作技術(shù)，它已廣泛用于食品、醫(yī)藥、工業(yè)廢水處理、高純水制備及生物技術(shù)工業(yè)。在工業(yè)廢水處理方面應(yīng)用的較普遍的是電泳涂漆過程，城市污水處理及其他工業(yè)廢水處理領(lǐng)域都是超濾未來的發(fā)展方向。
4.2 UF膜在廢水處理中的應(yīng)用
4.2.1 含油廢水處理
機(jī)械行業(yè)工件的潤滑、清洗和石化行業(yè)的煉制及加工等會(huì)產(chǎn)生含油廢水，其油一般為漂浮油、分散油和乳化油三種形式存在。其中乳化油的分離難度較大，用電解或化學(xué)法破乳使油粒凝聚的費(fèi)用較高，而超濾就不需要破乳直接可將油水分離，特別適用于高濃度乳化油的處理和回收。超濾處理乳化油廢水時(shí)，界面活性劑大部分可透過，而超濾膜對油離子完全阻止，隨濃度增加油離子粗?；蔀槠∮透∮谝好嫔希儆闷灿脱b置即可撇除。
4.2.2 電泳涂漆水處理
電泳涂漆是對汽車、冰箱、摩托車等的殼體鍍上底漆的工藝，完成后需用水漂洗去掉浮漆，為防止洗出漆的損失而且應(yīng)工藝要求，必須將漆水分離以回收漆。超濾是一種十分理想的回收期的方法。經(jīng)超濾分離后，漆返回漆槽回收，清水則返回清洗水箱繼續(xù)使用。這樣既提高了漆的利用率又減少污水處理費(fèi)用。在超濾膜運(yùn)行中，應(yīng)注意防止霉菌繁殖使膜變質(zhì)，病毒堵塞濾膜，因此應(yīng)定期在濾液中投加適量的防霉劑。
5 結(jié)語
膜分離技術(shù)應(yīng)用于廢水處理具有低能耗、效率高和工藝簡單等特點(diǎn)，膜組件簡潔、緊湊、易于自動(dòng)化操作、維護(hù)方便，與其他廢水處理方法相比具有明顯的優(yōu)勢，所以在廢水處理中已受到特別的青睞。但是，目前膜組件價(jià)格和膜污損問題影響著膜分離技術(shù)在廢水處理的廣泛應(yīng)用。我國在飲用水生產(chǎn)以及污水處理中采用膜技術(shù)起步較晚，目前主要還處于國外設(shè)備的引進(jìn)、消化及研究開發(fā)階段。可以預(yù)料，隨著法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的日益提高和膜技術(shù)的不斷成熟成本不斷降低，水價(jià)的日趨上漲等，膜法水處理技術(shù)將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)技術(shù)上進(jìn)一步提高，應(yīng)用上更加普及的高潮。
