膜技術(shù)在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用研究進(jìn)展
技術(shù)支持
作為一種新型的分離技術(shù)，膜分離技術(shù)既能對(duì)廢水進(jìn)行有效的凈化，又能回收一些有用物質(zhì)，同時(shí)具有節(jié)能、無相變、設(shè)備簡單、操作方便等特點(diǎn)，因此在廢水處理中得到了廣泛的應(yīng)用并顯示了廣闊的發(fā)展前景。據(jù)估計(jì)，2000年膜技術(shù)的 市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)近20億美元的銷售額。在廢水處理中應(yīng)用的膜分離過程主要有微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）、反滲透（RO）和電滲析（ED）。
1 含油廢水的處理
含油廢水廣量大，鋼鐵工業(yè)的壓延、金屬切削、研磨，以及石油煉制及管道運(yùn)輸?shù)榷籍a(chǎn)生含油廢水，處理含油廢水的目的主要是除油同時(shí)去除COD及BOD。膜分離技術(shù)在含油廢水處理中的研究與應(yīng)用相當(dāng)廣泛，主要是采用不同材質(zhì)的超濾膜和微濾膜來處理。
唐燕輝等利用自行設(shè)計(jì)、組裝的膜處理裝置，考察了多種制膜方法實(shí)驗(yàn)表明用加壓制膜法制備的超濾膜（A4膜），分離機(jī)械加工排放的含油污水時(shí)，可以使CODcr從728.64mg/L降至87.8mg/L，含油質(zhì)量濃度從5000mg/L降至2.5mg/L，脫除率分別達(dá)到87.95%和99.95%，分離后排水已達(dá)到 規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。B.E.Reed研究了用截留相對(duì)分子質(zhì)量為120000、表面荷負(fù)電和截留相對(duì)分子質(zhì)量為100000、表面不帶電的管式聚亞乙烯氟超濾膜處理含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%油脂的金屬工業(yè)廢水。荷電膜由于高的截留相對(duì)分子質(zhì)量和表面電荷，其平均滲透通量遠(yuǎn)大于不帶電膜。當(dāng)油脂質(zhì)量濃度小于50mg/L、總懸浮固體質(zhì)量濃度小于25mg/L時(shí)，荷電膜油脂的平均去除率為97%，而不帶電膜為98%。兩種膜對(duì)總懸浮固體的去除率均接近97%。張國勝采用0.2μm氧化鋯膜處理鋼鐵廠冷軋乳化液廢水，通過對(duì)膜的選擇、操作參數(shù)的考察、過程的優(yōu)化，獲得了滿意的結(jié)果膜通量100L/(m2·h)時(shí)，含油質(zhì)量濃度從5000mg/L降至10mg/L以下，截留率大于99%，透過液中油質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.001%，并且該技術(shù)已實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用。張?jiān)ｆ掠孟噢D(zhuǎn)化法制備聚砜-Al2O3復(fù)合膜，將Al2O3微粒填充到聚砜中，并用該復(fù)合膜對(duì)華北油田北大站外排水砂濾后水樣進(jìn)行了超濾處理，原水的油質(zhì)量濃度為640mg/L，處理后的油質(zhì)量濃度小于0.5mg/L，完全符合回注水的要求。
2 染料廢水的處理
目前在染料的工業(yè)生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生大量的高鹽度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于5%）、高色度（數(shù)萬至十幾萬）、高CODcr（數(shù)萬至十幾萬）的廢水。由于該類廢水的BOD5與CODcr的比值小于0.4，生物降解性差；同時(shí)廢水中所含的鹽將進(jìn)一步降低廢水的生物降解性，所以生化處理前必須對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理。
楊剛等采用CA卷式納濾膜進(jìn)行了二苯乙烯雙三嗪型熒光增白染料（NT）水溶液脫鹽和濃縮過程的研究。在1.8MPa壓力下經(jīng)納濾膜處理后，NT染料水溶液中的NaCl濃度從1.05mol/L降到0.049mol/L以下，NT濃度從0.14mol/L濃縮到0.25mol/L以上，NT成分的平均截留率達(dá)99.8%。Guohua Chen等采用ATF50型納濾膜對(duì)香港的印染廢水進(jìn)行處理，兩股原水的COD分別為14000mg/L和5430mg/L，經(jīng)納濾后，兩股廢水的COD截留率分別達(dá)到95%和80%～85%，出水達(dá)到了香港的排放標(biāo)準(zhǔn)。劉宗義利用卷式反滲透膜處理腈綸絲洗滌廢液，進(jìn)膜廢液中己內(nèi)酰胺單體質(zhì)量濃度在2000mg/L以上時(shí)，可以使單體含量濃縮10倍以上，截留率達(dá)到80%左右，透過液可作為工藝用水，可節(jié)約大量新鮮軟水，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。郭明遠(yuǎn)等自制了醋酸纖維納濾膜，研究了該納濾膜對(duì)活性艷紅、X-3B水溶液的分離性能，結(jié)果表明，CA納濾膜可用于活性染料印染廢水的處理和染料回收。
3 造紙廢水處理
造紙廢水一般含懸浮物（包括無機(jī)和有機(jī)的）較多，為避免廢水污物堵塞薄膜，減少清洗難度和頻率，不宜直接用一段膜分離法，適合在膜分離前進(jìn)行絮凝和常規(guī)過濾等預(yù)處理。目前對(duì)造紙廢水的膜分離法的研究已取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，并已開始進(jìn)入工業(yè)化階段。除抄紙廢水（白水）用氣浮法即可處理外，膜分離法幾乎適用于處理所有的制漿造紙廢水（如機(jī)械漿廢水、硫酸鹽漿漂白堿性廢水、涂布廢水、亞硫酸鹽廢液等），特別對(duì)漂白廢水的毒性、色度和懸浮物的去除有明顯效果。
薛建軍等研究用MAE（membrane-assistedelectrolysis）單陽膜技術(shù)控制造紙黑液的污染。研究表明，MAE單陽膜技術(shù)不但能回收有用的化學(xué)品，還可將黑液的CODcr從112000mg/L降到2000mg/L左右，具有明顯的控制效果。F.Zhang進(jìn)行了草漿CEH漂白廢水的超濾處理研究，選用透過相對(duì)分子質(zhì)量分別為3000（A）、10000（B）、30000（C）、60000（D）4種平板PS膜（單膜有效面積0.33cm2，操作壓力0.3MPa）進(jìn)行對(duì)比研究，結(jié)果表明，A、C膜具有較顯著的分離效果和膜通量。分別以C、A膜為一、二級(jí)聯(lián)合處理CEH漂白廢水，膜通量為16.6L/(m2·h)，BOD5去除率為66.0%，CODcr去除率為85.1%，TOC去除率為71.6%。黃水前等提出，采用pH范圍為1～14的高耐酸堿無機(jī)膜處理堿性造紙黑液，不需調(diào)整控制pH。利用不同孔徑的高耐堿無機(jī)分離膜可回收纖維素、膠體SiO2、木質(zhì)素（相對(duì)分子質(zhì)量為1000～12000，分子大小為2.4～4.0nm）和還原糖（相對(duì)分子質(zhì)量約為200～400，分子大小為1～2nm）等，透過液主要含氫氧化鈉，質(zhì)量分?jǐn)?shù)調(diào)整到10%～12%即可回收用于蒸煮制漿，實(shí)現(xiàn)造紙工業(yè)廢水的閉路循環(huán)。
4 重金屬的廢水處理
在工業(yè)廢水中重金屬廢水占有相當(dāng)大的比例，如電鍍、冶金、化工、電子、礦山等許多工業(yè)過程中都會(huì)產(chǎn)生含鎳、鉻、銅、鉛、鎘等金屬離子的廢水，利用膜技術(shù)不僅可以使得廢水達(dá)標(biāo)排放，而且可以回收有用物質(zhì)。
許振良等利用3種單皮層聚醚酰亞胺（PEI）中空纖維超濾膜，對(duì)水溶液中重金屬離子（鎘和鉛，質(zhì)量濃度均為100mg/L）的脫除進(jìn)行了膠束強(qiáng)化超濾研究。在膠束強(qiáng)化超濾（MEUF）過程中，測(cè)定了流速、操作壓力、表面活性劑（十二烷基硫酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉）與濃度對(duì)超濾膜分離重金屬離子性能的影響，結(jié)果表明，鎘和鉛的截留率可達(dá)99.0%以上，滲透通量可達(dá)1.83×10-10m3/(m2·s·Pa）。同時(shí)，對(duì)聚電解質(zhì)（羧甲基纖維素鈉和聚丙烯酸鈉）在MEUF中的應(yīng)用也進(jìn)行了研究。R.J.Lahiere等報(bào)道了采用陶瓷膜處理廢水中的重金屬離子，方法是用堿中和使之形成氫氧化物沉淀，通過0.8μm和1.4μm兩種孔徑膜的兩級(jí)過濾，使重金屬氫氧化物質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.012%下降到0.0002%以下，并把懸浮液濃縮至15%～20%。X.Chai采用RO膜對(duì)含銅廢水進(jìn)行研究，當(dāng)進(jìn)水銅質(zhì)量濃度340mg/L時(shí)，透過液中銅質(zhì)量濃度小于4mg/L，去除率接近99%。
5 高濃度有機(jī)廢水的處理
在高濃度有機(jī)廢水處理中，膜技術(shù)發(fā)揮著越來越重要的作用，已在制藥廢水、制糖廢水、含酚廢水、乳化液廢水、啤酒廢水、味精廢水等領(lǐng)域得到了應(yīng)用。1976年，日本就通過管式反滲透處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了水產(chǎn)品（主要是魚、蟹、貝類等）加工有機(jī)廢水的回收利用，通過氣浮、反滲透的二級(jí)處理，COD由600～1000mg/L降至30～70mg/L。陸曉千等利用自制小型超濾設(shè)備對(duì)上海拖拉機(jī)內(nèi)燃機(jī)公司油嘴油泵廠的切削液廢水進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室研究，并將所得參數(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計(jì)和運(yùn)行。切削液乳化液廢水經(jīng)超濾法處理后可以回用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。蔡肖邦用試制的5種聚酰胺型納濾膜，對(duì)藥廠生產(chǎn)的螺旋霉素（SPM）發(fā)酵液進(jìn)行了分離操作條件和濃縮效果的研究，滲透通量為25L/(m2·h)，滲透液的SPM效價(jià)始終為零。王連軍等采用無機(jī)膜-生物反應(yīng)器（IMBR）處理啤酒廢水，在水力停留時(shí)間為3.5～5h，COD負(fù)荷為3.54～6.225kg/(m3·d)條件下，IMBR對(duì)廢水的COD、NH3-N、SS、濁度的去除率分別達(dá)到96%、99%、90%和100%，膜出水水質(zhì)好且穩(wěn)定。
6 結(jié)語
由于膜過濾技術(shù)具有分離效率高、節(jié)能、設(shè)備簡單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，使其在廢水處理領(lǐng)域有很大的發(fā)展?jié)摿Α５捎诠I(yè)廢水往往含有酸、堿、油等物質(zhì)，處理?xiàng)l件比較苛刻，因此，處理廢水使用的膜必須具有較好的材料性能，從而在苛刻的條件下保持良好的分離性能和較長的使用壽命。從這方面來看，開發(fā)抗污染等性能優(yōu)良的過濾膜具有重要的戰(zhàn)略意義。由于工業(yè)廢水的復(fù)雜性，任何單一技術(shù)的處理往往達(dá)不到理想的效果，必須重視膜分離技術(shù)與其他水處理技術(shù)的集成工藝研究，發(fā)揮各種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，形成廢水深度處理的新工藝。
