膜技術(shù)在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用
行業(yè)動(dòng)態(tài)
隨著工業(yè)生產(chǎn)的飛速發(fā)展，工業(yè)污水的排放量日益增加。污水其中80%是工業(yè)污水，作為一大污染源，其對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人體健康的影響，已是人類(lèi)面臨的嚴(yán)重問(wèn)題。工業(yè)水污染已引起許多 的高度重視，用膜分離技術(shù)進(jìn)行廢水處理，已備受關(guān)注。膜技術(shù)發(fā)展至今已有兩百多年的歷史。1748年AbbleNelkt發(fā)現(xiàn)水能自然地?cái)U(kuò)散到裝有酒精的豬膀胱內(nèi)， 揭示了膜分離現(xiàn)象。但直到本世紀(jì)60年代中期，膜分離技術(shù)才發(fā)展為一項(xiàng)高新技術(shù)，已在能源、電子、化工、環(huán)保、醫(yī)藥等領(lǐng)域發(fā)揮著其獨(dú)特的作用。在廢水處理中，應(yīng)用的膜分離過(guò)程主要有微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）和反滲透（RO）等技術(shù)。文章就膜技術(shù)在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用作一綜合探討。
1 在造紙廢水處理中的應(yīng)用
1.1 造紙廢水水質(zhì)與處理方法
造紙工業(yè)是一個(gè)耗水大戶，排放的廢水量很大，對(duì)環(huán)境的污染相當(dāng)嚴(yán)重。紙漿造紙工業(yè)因各個(gè)工藝產(chǎn)生的廢水成分不同，通常采用不同的處理方法。處理這些廢水的傳統(tǒng)方法是化學(xué)沉淀、活性污泥法、藥浮、氣浮等。但是，經(jīng)這些方法處理后的廢水往往達(dá)不到嚴(yán)重的排放標(biāo)準(zhǔn)，特別是活性污泥法，由于夏季的高溫影響了活性污泥法處理的效率，而活性污泥廠消化處理造紙廢水中的芳香族化合物尤為困難。
近年來(lái)，以半透膜為分離介質(zhì)的超濾（UF）、納濾（NF）、反滲透（RO）、電滲析（ED）等方法處理紙漿、造紙廢水，在國(guó)內(nèi)外都普遍地進(jìn)行了開(kāi)發(fā)研究和工程應(yīng)用。紙漿、造紙廢水中許多有價(jià)值的化工產(chǎn)品，如木質(zhì)素、木質(zhì)素磺酸鹽、香蘭素等，在膜法處理中得以回收，凈化的水可回用于造紙過(guò)程，因而十多年來(lái)膜法處理廢水工廠在 許多 的造紙工業(yè)中陸續(xù)建立并投入運(yùn)行。
1.2 膜法處理紙漿造紙廢水工藝
1.2.1 膜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
1.2.1.1 膜和裝置類(lèi)型的選擇
由于造紙廢水的溫度較高、pH范圍較寬，因此應(yīng)選用耐溫和耐化學(xué)藥品的高分子膜，如聚砜、聚砜酰胺、含氟聚合物及其他一些聚合物制成的UF膜、RO膜，以及聚乙烯異相陰、陽(yáng)離子交換膜等。由于廢水成分復(fù)雜且含量較高，因此應(yīng)選用流動(dòng)狀態(tài)較好的管式、板式的UF、RO裝置，才能獲得較滿意的處理效果。
1.2.1.2 膜系統(tǒng)設(shè)計(jì)的選擇
無(wú)論是UF膜法、RO膜法或ED法，在恒定操作參數(shù)下處理造紙廢水時(shí)，透水量均隨溶液濃縮倍數(shù)的增加而明顯地下降。
1.2.2 膜法處理工藝流程
多段連續(xù)過(guò)濾膜系統(tǒng)工藝流程：廢水經(jīng)過(guò)過(guò)濾后被泵入每一段的膜組件中，透過(guò)液和濃縮液分別匯集到各自的出口處。系統(tǒng)中帶有可用的蒸汽或冷卻水進(jìn)行恒溫的熱交換器。通過(guò)生產(chǎn)線上膜系統(tǒng)末端的折光儀或通過(guò)控制料液和濃縮液流量比例的控制器來(lái)控制濃縮液的流量和固體含量。部分滲透液與清洗劑混合作為定期清洗膜的清洗液。
1.2.3 膜法處理的特點(diǎn)
膜法處理造紙廢水與常規(guī)法相比，有如下明顯的優(yōu)點(diǎn)。
（1）設(shè)備投資省，占地面積小。
（2）運(yùn)行費(fèi)用簡(jiǎn)單，維修保養(yǎng)方便。
（3）操作環(huán)境衛(wèi)生，由于膜法是一個(gè)密閉的運(yùn)行系統(tǒng)，因此沒(méi)有污水流溢和臭味散發(fā)。
（4）能耗低。膜法是無(wú)相變的分離技術(shù)，僅消耗泵送液時(shí)的電能。
（5）處理效率高。常規(guī)法的COD去除率分別是：混凝沉淀法50%，混凝沉淀+活性污泥法60%～70%左右，而膜法可達(dá)80%左右。色度去除率，常規(guī)法限度為80%，而膜法可達(dá)95%左右。
（6）無(wú)污泥產(chǎn)生。膜法處理不像常規(guī)處理產(chǎn)生大量的污泥，因此節(jié)省了處理污泥的費(fèi)用和勞力。
2 在制藥工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用
制藥工業(yè)廢水往往是幾種藥物生產(chǎn)過(guò)程中排放的混合廢水。這些混合的高濃度有機(jī)廢水，采用厭氧-好氧生化聯(lián)合處理有一定的效果。但是，厭氧處理工藝存在對(duì)溫度、pH等環(huán)境因素很敏感，操作范圍窄，構(gòu)筑物停留時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)，以及采用厭氧處理的沼氣由于產(chǎn)量小利于經(jīng)濟(jì)價(jià)值低，若直接排放將會(huì)產(chǎn)生二次污染和引起安全隱患等問(wèn)題。若采用單一的常規(guī)好氧生化處理工藝，則存在占地面積大，停留時(shí)間長(zhǎng)、處理效果差等缺點(diǎn)。制藥工業(yè)廢水水質(zhì)、水量變化較大，含有的難降解有機(jī)污染物、含毒化合物抑制了廢水處理存在著很大的難度。
PW膜生物反應(yīng)器技術(shù)是由膜組件和生物反應(yīng)器組成的膜生物反應(yīng)器，它可使得反應(yīng)器中維持很高的MLSS濃度和很長(zhǎng)的SRT時(shí)間，所以反應(yīng)器的效率相當(dāng)高，提高了單位體積的有機(jī)負(fù)荷，減小了占地面積。由于膜的隔離作用，使得生長(zhǎng)速度很慢的硝化細(xì)菌得以在反應(yīng)器中積累，且隨著MLSS的逐漸提高硝化細(xì)菌數(shù)量不斷增加，反應(yīng)器中的硝化能力增強(qiáng)，并且膜出水可不含細(xì)菌、病毒、寄生蟲(chóng)卵等，出水濁度低，完全符合 排放標(biāo)準(zhǔn)。
生物膜反應(yīng)器處理制藥廢水的工藝流程：混合廢水經(jīng)過(guò)格柵，大顆粒可沉固體及漂浮物被攔截，進(jìn)入調(diào)節(jié)池，進(jìn)調(diào)節(jié)水量、水質(zhì)和預(yù)曝氣后用泵輸送至混凝反應(yīng)池，分別加入適量的PAC/PAM溶液進(jìn)行混凝和絮凝反應(yīng)，反應(yīng)液自流入沉淀池進(jìn)行固液分離。經(jīng)過(guò)上述預(yù)處理的廢水上清液溢流進(jìn)入PW膜生物反應(yīng)器，在充氧曝氣和微生物的作用下將有機(jī)物降解為二氧化碳和水，并由膜組件進(jìn)行固液分離，處理后廢水達(dá)標(biāo)排放。物化沉淀池分離的污泥和PW膜生物反應(yīng)器排放的少量剩余污泥分別排至污泥池，再用泵輸送至污泥脫水機(jī)進(jìn)行脫水，泥餅外運(yùn)填埋處理。
該廢水處理工程中，各主要工藝段的構(gòu)筑物和設(shè)備如下。
2.1 調(diào)節(jié)預(yù)曝池
調(diào)節(jié)預(yù)曝池兼作提升泵集水井，HRT=16.9h，內(nèi)設(shè)穿孔曝氣管，進(jìn)行定期曝氣以防污泥在池內(nèi)沉淀。調(diào)節(jié)池尺寸為8m×5m×4m，有效水深為3.5m。采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池內(nèi)設(shè)WQK15-10-1.5型潛水排污泵2臺(tái)，一用一備。
2.2 反應(yīng)沉淀池
反應(yīng)沉淀池為組合池體，混凝和絮凝反應(yīng)池的HRT分別為20.9min，沉淀池采用豎流式沉淀池，設(shè)計(jì)表面負(fù)荷為0.80m3/(m2·h)，組合池體尺寸為4.5m×4.0m×4.2m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。
2.3 PW膜生物反應(yīng)器
PW-W膜生物反應(yīng)器HRT=4.4d，有效容積為880m3，設(shè)計(jì)容積負(fù)荷為1.4kg[BOD5]/(m3·d)，尺寸為25m×10m×4.5m，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)置日本生產(chǎn)UFM424外進(jìn)內(nèi)出式PW膜300片，采用交叉流過(guò)流法，分離液由3臺(tái)（二用一備）丹麥進(jìn)口的JPF9T抽吸泵抽吸，H=8m，Q=4.2m3/min，N=1.47kW。在PW膜分離單元的下部裝有微孔曝氣器，氣源由4臺(tái)TSD-150型鼓風(fēng)機(jī)供應(yīng)，P=44.1kPa，Qs=18.9m3/min，N=22kW。三用一備。
2.4 污泥池
污泥池有效容積為33.3m3，尺寸為3.5m×3.5m×4m，有效水深3.7m，采用鋼鹼結(jié)構(gòu)。
2.5 控制系統(tǒng)
本廢水處理裝置采用NB2系列可編程序控制器（PLC）控制。設(shè)備的運(yùn)行完全通過(guò)PLC進(jìn)行全自動(dòng)控制（可切換成手動(dòng)控制模式），可完成水泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備的啟閉和自動(dòng)切換，并備有過(guò)壓、缺相、短流等保護(hù)和報(bào)警功能。
3 在印染廢水處理中的應(yīng)用
印染廢水占全部工業(yè)廢水的1/10，每年約有8億t排入環(huán)境中。它不僅具有很高的COD，而且還含有多種無(wú)機(jī)鹽和懸濁物，對(duì)人類(lèi)的健康和環(huán)境造成極大的危害。傳統(tǒng)的處理技術(shù)（臭氧氧化法、凝聚沉淀法、高活性污泥法、厭氧生化處理法等）無(wú)法滿足生產(chǎn)和環(huán)保的發(fā)展要求，例如生化法對(duì)穩(wěn)定性高可生化降解性差的聚乙烯醇、油劑、染料和羊毛脂等的廢水，效果很差；凝聚沉淀法需用大量的化學(xué)藥品，同時(shí)產(chǎn)生大量污泥，帶來(lái)二次污染；另外傳統(tǒng)方法處理工藝操作復(fù)雜、成本高。
3.1 處理工藝
印染廢水處理方法有物化法、生物法、物化-生物串聯(lián)法和膜法。膜法由于處理的印染廢水可以達(dá)到回用的工藝用水標(biāo)準(zhǔn)，因此在紡織印染工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。吸附法、膜法都能對(duì)印染廢水進(jìn)行深度處理。為使膜分離裝置正常運(yùn)行，印染廢水先要通過(guò)預(yù)處理工藝（砂濾、絮凝、pH調(diào)節(jié)），使廢水達(dá)到膜裝置的進(jìn)水要求：SS＜1mg/L，濁度＜2NTU。
3.2 納濾膜法
NF膜處理印染廢水十分有效。用Desalination Systems的卷式NF膜處理棉紡和聚酯纖維印染廢水，在濃縮倍數(shù)為1.2～6的范圍內(nèi)，型號(hào)為DL、DK的NF膜對(duì)廢水中的去除率分別為：色素98.7%、99.5%，COD54.0%、63.3%，鹽分20.5%、16.6%。用截留分子量400的NF膜，對(duì)活性黑染料和活性紅染料的脫除率分別達(dá)到94%和92%。用Dow公司的NF-70型芳香聚酰胺復(fù)合NF膜可以直接對(duì)染料廢水進(jìn)行染料提純。廢水經(jīng)過(guò)處理后，出水的CODcr、Ca2+的濃度和其他金屬離子濃度、陰離子濃度均低于紡織廠原水濃度，出水水質(zhì)符合回用水的要求。高濃度色素的印染廢水用兩步納濾處理后，去除率達(dá)99.8%，水回用率90%，投資回收時(shí)間3年。
染料生產(chǎn)排放出高鹽度、高色度、高CODcr廢水。用NF膜濃縮染料廢水有很高的截留率，在濃縮5倍、水回收率80%時(shí)，膜對(duì)廢水中色度、CODcr仍然具有很高的去除率。
3.3 超濾膜法
處理雙功能團(tuán)活性染料廢水時(shí)，宜選用與染料有相同的能基團(tuán)、相似電荷的高分子膜。殼聚糖UF膜對(duì)印染廢水中的COD去除率可達(dá)80%左右，脫色率大于95%。共混活性炭的殼聚糖UF膜分離酸性紅B染料廢水時(shí)，透水率和脫色性能良好。
4 在重金屬?gòu)U水處理中的應(yīng)用
重金屬?gòu)U水具有極大的危害性，傳統(tǒng)的中和沉淀處理工藝出水往往不能達(dá)到排放要求，而采用超濾、微濾是一種較好的處理方法。選擇適當(dāng)孔徑的超濾膜可以有效地去除水中低含量Cu，Ni，Cd，Pb和Zn等重金屬的氫氧化物。先用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH，使重金屬的氫氧化物呈膠體狀態(tài)，繼而用超濾膜截留，處理后的水中重金屬含量遠(yuǎn)低于排放標(biāo)準(zhǔn)，從而有可能實(shí)現(xiàn)廢水處理和回收金屬的雙重目的。
Broom等則是利用重金屬沉淀物形成的動(dòng)態(tài)膜來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水中沉淀物的去除。如混合電鍍廢液用石灰和硫化物處理后，采用微濾處理去除重金屬比澄清池（含砂濾）沉降18h的效果好得多。如廢水中含Cd，Cr，Pb，Hg等離子的濃度分別為2.44，7.24，4.88，8.00mg/L，經(jīng)微濾處理后下降為0.04，0.08，0.42，0.08mg/L，而沉降處理后含量分別為0.06，0.10，0.62，0.15mg/L。試驗(yàn)還表明，微濾過(guò)程對(duì)溶液組成濃度不敏感，在相當(dāng)大的濃度范圍內(nèi)都能得到質(zhì)量一致的排出液。在上述中試基礎(chǔ)上建立了重金屬?gòu)U水處理工廠，有9個(gè)膜組件，共136m2過(guò)濾面積，日處理廢水200m2。該技術(shù)對(duì)含混合重金屬?gòu)U水的集中處理非常有效，且具有操作方便，水質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)。
5 在含油廢水處理中的應(yīng)用
含油廢水的來(lái)源很廣，凡是直接與油接觸的用水都含有油類(lèi)。如石油采出水、鋼鐵廠冷軋乳化液廢水和金屬切削研磨用潤(rùn)滑劑廢水等。這些廢水如不進(jìn)行處理而直接排放，將對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重污染。梁立軍等用中空纖維超濾膜對(duì)大慶油田注水站的回注水進(jìn)行了試驗(yàn)，開(kāi)發(fā)的膜組件在通量上比常規(guī)的中空纖維組件大3～4倍，在0.08MPa的壓差下，其通量較大。
陸曉千等用超濾技術(shù)處理車(chē)床、清洗機(jī)設(shè)備產(chǎn)生的廢水，這種廢水為乳白色，含油1000～5000mg/L，COD含量高達(dá)10000～50000mg/L。經(jīng)膜處理后，出水透明，含油低于10mg/L，COD為1700～5000mg/L，油去除率為99%以上。
王靜榮等采用CMPS，PS，PS/CMPS共混，PAIV，PS和YS/YDC共混材料的中空纖維超濾膜，對(duì)乳化油廢水進(jìn)行超濾實(shí)驗(yàn)和比較。試驗(yàn)表明，采用CMPS，PS/CMPS中空纖維膜處理乳化油廢水效果較好，透過(guò)液含油量符合生產(chǎn)回用標(biāo)準(zhǔn)（≤300mg/L）適宜的操作溫度為50℃；進(jìn)口壓力為0.12MPa；出口壓力為0.10MPa。濾膜用0.1mol/L的HCl清洗20min后，通量可完全恢復(fù)。
6 在食品廢水處理中的應(yīng)用
食品廢水一般含有高濃度有機(jī)物，如蛋白質(zhì)、脂肪等，COD值較高，而且水量大。膜分離技術(shù)處理的主要目的是回收有用物質(zhì)，降低COD值等。
趙麗穎等綜合利用3種膜設(shè)備逐級(jí)分離大豆乳清廢水中功能性成分，完成膜技術(shù)回收乳清廢水的系統(tǒng)工程從分離蛋白車(chē)間排出的乳清，經(jīng)蛋白變性沉淀后，上清液進(jìn)入超濾系統(tǒng)，超濾膜截留乳清蛋白，將料液分為濃縮液和透過(guò)液。濃縮液經(jīng)雙效濃縮和噴霧干燥，生產(chǎn)出乳清蛋白產(chǎn)品。超濾系統(tǒng)產(chǎn)生的透過(guò)液，經(jīng)兩級(jí)納濾截留分子量300～700的大豆低聚糖。兩級(jí)納濾后濃縮液經(jīng)過(guò)雙效蒸發(fā)器和噴霧干燥制成粉狀大豆低聚糖成品，從而完成大豆低聚糖分離過(guò)程。兩級(jí)納濾透過(guò)液匯合在一起進(jìn)入串聯(lián)的兩級(jí)反滲透系統(tǒng)，進(jìn)行除鹽。鹽水進(jìn)入污水處理車(chē)間，凈化水回到分離蛋白車(chē)間用于浸出用水。
國(guó)外從20世紀(jì)70年代已開(kāi)始對(duì)無(wú)機(jī)膜在處理植物油脂工業(yè)廢水中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。Bansal采用uearsep無(wú)機(jī)超濾膜對(duì)植物油廠廢水進(jìn)行過(guò)濾處理，表明無(wú)機(jī)膜對(duì)廢水中油的截留率高達(dá)99.5%。Bhave等應(yīng)用membrabox無(wú)機(jī)膜處理植物油廠廢水，取得了油截留率99.7%的效果。近年來(lái)國(guó)內(nèi)關(guān)于利用膜技術(shù)治理植物油脂工業(yè)廢水的報(bào)道逐漸增多。孟勇采用荷蘭產(chǎn)的超濾膜分離裝置（內(nèi)壓式陶瓷膜管組件）處理湖南某油脂公司植物油脂廢水，選擇0.05、0.1、0.2μm三種孔徑的超濾膜；壓力分別在0.1、0.13、0.22MPa；膜面流速5～7.5m/s及溫度10～50℃的情況下對(duì)油脂廢水進(jìn)行了分離實(shí)驗(yàn)，確定了較佳的膜過(guò)濾工藝參數(shù)，通過(guò)對(duì)實(shí)際油脂廢水的處理獲得了油截留率91.3%的效果。
7 膜技術(shù)在海水淡化過(guò)程中的應(yīng)用
20多年來(lái)，反滲透海水淡化一直受 科委的重視和支持，無(wú)論在膜研制還是工程應(yīng)用，都取得了許多成果，為發(fā)展我國(guó)的反滲透技術(shù)打下較好的基礎(chǔ)。如1997年浙江嵊山建立了500m3/d的反滲透淡化示范工程，產(chǎn)水中大部分離子脫除率在99%以上，HCO3-、NO2-、CO2和COD的脫除率分別為94%、60%、50%、64%；產(chǎn)水達(dá)到GB5749-85， 生活用水指標(biāo)和GB/T14848-93 地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；產(chǎn)水耗電量5.5kWh/m3，工程經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)達(dá)國(guó)際 水平。
據(jù)初步估計(jì)，國(guó)內(nèi)產(chǎn)水量大于100m3/d的反滲透淡化裝置總數(shù)不少于500臺(tái)。這些反滲透淡化裝置的淡化對(duì)象大多數(shù)屬于地表水、自來(lái)水或苦咸水，用于海水淡化的只有浙江嵊山的500m3/d的反滲透淡化工程，浙江嵊泗縣馬跡山的350m3/d的反滲透淡化工程以及遼寧省長(zhǎng)?？h的1000m3/d的反滲透淡化工程。另外，河北滄州化學(xué)工業(yè)股份有限公司于1999年進(jìn)行了18000m3/d高濃度苦咸水淡化工程的招標(biāo)，預(yù)計(jì)該工程將于今年底投產(chǎn)運(yùn)行。四個(gè)海水（苦咸水）淡化工程中，已有三個(gè)工程投入運(yùn)行使用，從運(yùn)行的實(shí)際效果來(lái)看，基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
8 結(jié)語(yǔ)
與其它廢水處理技術(shù)相比，膜技術(shù)具有高效、節(jié)能、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，因而其在工業(yè)廢水處理領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，并顯示了有著廣闊的應(yīng)用前景。當(dāng)然，由于廢水成分復(fù)雜多變，任何單一技術(shù)的處理往往達(dá)不到理想的處理效果，必須加強(qiáng)膜技術(shù)中小同膜分離過(guò)程的集成以及膜技術(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，回收有用物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)廢水的回用。這對(duì)于節(jié)約資源、降低處理費(fèi)用、保護(hù)環(huán)境并實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。
熱門(mén)產(chǎn)品
