膜技术在工业废水处理中的应用

摘要：膜技术是一种高效率、低能耗和易操作的液体分离技术，在废水处理中得到越来越广泛的应用。本文就是针对膜技术在工业废水处理中的应用来进行分析的。

关键词：膜技术 工业废水 应用

中图分类号：F287文献标识码： A

1、微滤处理

1.1、分离机理及特点

微滤也称微孔过滤，是以压力差为推动力的膜分离过程，膜孔筛分溶液中不同粒径的微粒，实现膜分离，微滤膜是一种均匀的多孔膜，孔道曲折，孔径较大，膜孔径范围为0.02.1.2μm，通常直接用测得的平均孔径表示其截留特性，常用的膜材料有聚四氟乙烯、醋酸纤维素、聚氟乙烯等，在介质压力的作用下，小于孔径的微粒随溶剂透过膜，大于孔径的微粒被截留在膜上，由于微滤膜610.30孔径大，孔隙率高，因而阻力小，过滤速度快，操作压力较低，

微滤主要分离溶液中大于0.05，m的微细粒子，分离截留方式可以分为膜表面截留和膜内部截留，膜表面截留包括：①机械截留，指微滤膜将粒径大于其孔径的杂质截留；②吸附截留，指微滤膜将小于其孔径的微粒通过化学或物理作用吸附；③架桥截留，指颗粒在膜的微孔口因架桥作用被截留，膜内部截留，发生在膜内部，微粒被孔道的曲折变化截留，除上述截留方式，某些情况下，还有静电截留，

1.2、微滤膜在废水处理中的应用

对重金属废水，SCOTTR.E.用偏亚硫酸氢纳调节pH值，经微滤膜处理含铬废水，出水铬浓度低于排放标准；对大豆乳清废水，刘国庆等将絮凝离心处理后的乳清废水通过微滤膜，得到蛋白质损失仅10％，而脂肪去除率达90％以上，悬浮固体几乎全部去除，对印染废水，NIELSON在聚矾上覆盖聚酰胺表层复合纳滤膜，对蓝、红、黄及其混合染料的截留率约99％，98％的废水可回用，对地表废物渗出液，VISVANATHAN等等利用陶瓷膜处理，先用粉末活性炭，再用微滤膜分离活性炭，废水净化效果较好，

2、在造纸废水处理中的应用

2.1、造纸废水水质与处理方法

造纸工业是一个耗水大户，其排放的废水量非常的大，进而就会对对环境的污染十分的严重。纸浆造纸工业会有由于各个工艺所产生的废水成分不同，一般是采用不同的处理方法。处理这些废水的传统方法就是气浮、药浮、活性污泥法以及化学沉淀等等。但是在经这些方法处理之后的废水一般都达不到严重的排放标准，尤其是活性污泥法，因其夏季的高温影响到了活性污泥法处理的整体效率，然而活性污泥厂消化处理造纸废水中的芳香族化合物也是非常的困难。

2.2、膜法处理纸浆造纸废水工艺

2.2.1、膜系统的设计

(1)膜和装置类型的选择

因其造纸废水的温度较高，其pH范围也是比较宽的，所以说就应该选用耐化学药品与耐温的高分子膜，比如：含氟聚合物、聚砜酰胺以及聚砜及其他一些聚合物制成的RO膜、UF膜以及阳离子交换膜、聚乙烯异相阴等等。因其废水成分复杂而且含量也比较高，所以就应该选用流动状态比较好的板式的RO、UF装置、管式，才可以获得一个满意的处理效果。

(2)膜系统设计的选择

不论是ED法、RO膜法还是UF膜法，在恒定操作参数下处理造纸废水的时候，透水量都会随着溶液浓缩倍数的增加，其下降的趋势也是非常的显著。我们也是鉴于膜法这一基本的特征，有几种不同的设计方案(图1)可供选择。

图1(a)所示为RO工厂通常使用的运行方式，对于浓度较低的废水，效果特别显著，当料液逐个通过膜组件的时候，往往可以去除料液中5～20的稀溶液。图1(b)的方法对于小型的UF系统较为合适，因为系统中组件数目较少，回路中的溶液可以连续不断地循环，一直浓缩到所要求的最终浓度。但是这种方式的运行效率不高，因为膜几乎一直处于高浓度的废水中。图1(c)是一个多段连续系统，供给液在每一段都经过一定的循环浓缩，最终被逐段浓缩到所要求的浓度。因此(c)的运行方式对UF、NF和RO系统都是比较适合的。

2.2.2、膜法处理工艺流程

图2所示为按照图1(c)的概而设计的多段连续过滤膜系统工艺流程。

在图2中，在废水经过过滤之后就会被泵入每一段的膜组件之中，透过浓缩液与液分别的汇集到各自的出口处。系统之中带有可用的冷却水或者是蒸汽来进行恒温的热交换器。并且通过在生产线上膜系统末端的折光仪或是通过控制浓缩液以及料液流量比例的控制器来有效地控制浓缩液的固体以及流量的含量。一部分的渗透液与清洗剂混合来作为定期清洗膜的清洗液。

2.2.3、膜法处理的特点

膜法处理造纸废水与常规法相比，有如下明显的优点。

(1)其设备投资较省，占地面积也相对比较小。

(2)运行费用简单，维修保修也较为方便。

(3)操作环境卫生，因其膜法是一个密闭的运行系统，所以说没有臭味散发以及污水的流溢。

(4)能耗低。膜法是无相变的分离技术，仅消耗泵送液时的电能。

(5)处理效率高。常规法的COD去除率最高值分别是：混凝沉淀法50％，混凝沉淀＋活性污泥法60％～70％左右，而膜法可达80％左右。色度去除率，常规法限度为80％，而膜法可达95％左右。

(6)无污泥产生。膜法处理不像常规处理产生大量的污泥，所以说也就节省了处理污泥的劳力和费用。

3、重金属废水的膜处理技术

3.1、电渗析技术

电渗析技术是以电位差为推动力，在直流电场作用下，利用离子交换膜的选择透过性，将带电组分的盐类与非带电组分的水分离的技术。可实现溶液的淡化，浓缩，精制或纯化等工艺过程。在重金属废水处理中，金属离子通过膜而水仍留在进料侧，通过重金属离子和膜的相互作用而得到纯化。电渗析的功能主要取决于离子交换膜，电渗析装置中包含阳离子交换膜和阴离子交换膜，互相交替排列，构成多电室电渗析槽。离子交换膜具有选择透过性是由于膜上的固定离子基团吸引膜外溶液中异种电荷离子，使它能在电位差或同时在浓度差的推动下透过膜体，同时排斥同种电荷的离子，拦阻它进入膜内。对膜的要求为电阻低，选择性高，机械强度和化学稳定性好。

3.2、反渗透技术

反渗透又称逆渗透，一种以压力差为推动力，对膜一侧的料液施加压力，当压力超过它的渗透压时，溶剂会逆着自然渗透的方向作反向渗透，从而从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。在膜的低压侧得到透过的溶剂，即渗透液、高压侧得到浓缩的溶液，即浓缩液。为了解释反渗透现象，目前主要有，大理论：(1)Lonsdaale提出的溶解K扩散模型)他将渗透膜看作为致密无孔的膜，并且溶质和溶剂都能在膜表面层溶解，而溶质和溶剂没有相互作用，各自在浓度或压力造成的化学势推动下以分子扩散方式通过反渗透膜的活性层，然后在膜的透过液侧表面解吸。，(优先吸附，毛细孔流理论)当液体中溶有不同种类物质时，其表面张力将发生不同的变化。当水溶液与高分子多孔膜接触时，若膜的化学性质使膜对水是优先的正吸附，而对溶质是负吸附，则在膜与溶液界面上将形成一层被膜吸附的一定厚度的纯水层，在外压作用下，纯水层将通过膜表面的毛细孔，从而可获取纯水。

3.3、微滤技术

微滤是以压力差为推动力，截留水中粒径在0.02到10μm之间的颗粒物的膜分离技术。超滤就是通过膜表面的微孔结构对物质进行选择性分离，是一种加压膜分离技术，利用一种压力活性膜，在外界推动力、压力，作用下截留水中胶体、颗粒和分子量相对较高的物质，而水和小的溶质颗粒透过膜的分离过程。其原理一般认为是筛分作用，当液体混合物在一定压力下流经膜表面时，小分子溶质透过膜、称为超滤液，，而大分子物质则被截留，使原液中大分子浓度逐渐提高、称为浓缩液，从而实现大、小分子的分离、浓缩、净化的目的。

3.5、纳滤技术

纳滤(NF)是一种介于反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离过程，截留水中粒径为纳米级颗粒物的一种分离技术，主要脱除以二价离子为主的盐类和相对分子质量为300以上的大多数有机物，最早出现于20世纪70年代末J.Cadotte的NS-300膜的研究。纳滤膜对无机盐的截留效果主要取决于膜对离子的电荷效应的强弱，因为纳滤膜的表面分离层由聚电解质构成。其原理主要是筛分效应和电荷效应。

总之，与其它废水处理技术相比之下，膜技术具有操作方便、设备简单、节能以及高效等的优点，所以其在工业废水的处理领域得到一个极为广泛的应用，而且显示了有着十分广阔的应用前景。当然，因其废水成分相当的复杂多变，任何单一技术的处理通常是达不到一个理想的处理效果，务必要加强膜技术中不同膜分离过程的集成及其膜技术与其他水处理技术的集成工艺研究，充分的发挥出各种技术的优势，进而形成废水深度处理的新工艺，回收有用物质，最后来实现废水的回用，这样一来，对于保护环境、降低处理费用以及节约资源，并且实现可持续发展具有非常好深远的意义。

参考文献

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