膜分離技術處理工業(yè)廢水的應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢.doc

1、制藥分離工程論文膜分離技術處理工業(yè)廢水的應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢摘要：本文闡述了膜分離技術基本原理及其特點、分離膜需要具備的條件，介紹了膜分離技術在工業(yè)廢水處理中的應用情況，提出了膜分離技術發(fā)展趨勢。關鍵詞：膜分離技術；廢水處理；發(fā)展趨勢 膜分離技術是在20世紀初出現(xiàn)、20世紀60年代迅速崛起的一門分離新技術，膜分離技術作為新的分離凈化和濃縮方法，與傳統(tǒng)分離操作(如蒸發(fā)、吸附、萃取、深冷分離等)相比較，過程不發(fā)生相變，可以在常溫下操作，具有能耗低、效率高、工藝簡單等特點，受到世界各技術先進國家的高度重視，投入大量資金和人力，促進膜技術迅速發(fā)展，使用范圍日益擴大，廣泛應用于工業(yè)廢水等處理過程，給人類帶

2、來了巨大的環(huán)境效應。膜分離技術應用到工業(yè)廢水的處理中，不僅使?jié)B透液達到排放標準或循環(huán)生產，而且能回收有價資源。1. 膜分離技術的基本原理和特點1.1 膜技術在水處理中應用的基本原理是：利用水溶液（原水）中的水分子具有透過分離膜的能力，而溶質或其他雜質不能透過分離膜，在外力作用下對水溶液（原水）進行分離，獲得純凈的水，從而達到提高水質的目的?？偟恼f來，分離膜之所以能使混在一起的物質分開，不外乎兩種手段。1.1.1 根據混合物物理性質的不同主要是質量、體積大小和幾何形態(tài)差異，用過篩的辦法將其分離。微濾膜分離過程就是根據這一原理將水溶液中孔徑大于50 nm的固體雜質去掉的。1.1.2 根據混合物的不

3、同化學性質。物質通過分離膜的速度取決于以下兩個步驟的速度，首先是從膜表面接觸的混合物中進入膜內的速度(稱溶解速度)，其次是進入膜內后從膜的表面擴散到膜的另一表面的速度。二者之和為總速度。總速度愈大，透過膜所需的時間愈短；總速度愈小，透過時間愈久。1.2 膜分離技術的特點膜分離技術是以高分子分離膜為代表的一種新型流體分離單元操作技術。在膜分離出現(xiàn)前，已有很多分離技術在生產中得到廣泛應用。例如：蒸餾、吸附、吸收、蘋取、深冷分離等。與這些傳統(tǒng)的分離技術相比，膜分離具有以下特點：(1) 膜分離通常是一個高效的分離過程。例如：在按物質顆粒大小分離的領域，以重力為基礎的分離技術最小極限是微米，而膜分離卻可

4、以做到將相對分子質量為幾千甚至幾百的物質進行分離(相應的顆粒大小為納米)。(2) 膜分離過程的能耗(功耗)通常比較低。大多數(shù)膜分離過程都不發(fā)生“相”的變化。(3) 多數(shù)膜分離過程的工作溫度在室溫附近，特別適用于對熱過敏物質的處理。(4) 膜分離設備本身沒有運動的部件，工作溫度又在室溫附近，所以很少需要維護，可靠度很高。(5) 膜分離過程的規(guī)模和處理能力可在很大范圍內變化，而它的效率、設備單價、運行費用等都變化不大。(6) 膜分離由于分離效率高，通常設備的體積比較小，占地較少。而且膜分離通?？梢灾苯硬迦胍延械纳a工藝流程，不需要對生產線進行大的改變。2. 分離膜具備的基本條件2.1 分離性關于膜

5、的分離性能，有以下二個要點：2.1.1 分離膜必須對被分離的混合物具有選擇透過(即具有分離)的能力。2.1.2 分離能力要適度。它是根據被分離混合物的原始狀態(tài)和分離后要達到的目標來合理確定的。2.2 透過性能夠對被分離的混合物進行有選擇的透過是分離膜的最基本條件。需要除去的物質透過速度與通過的物質透過速度之比為分離效率。分離膜的透過性能是它處理能力的主要標志。我們希望在達到所需要的分離率之后，分離膜的透量愈大愈好。2.3 物理、化學穩(wěn)定性目前所用的分離膜大多數(shù)是以高聚物為膜材料、需要定期更換。這是因為高聚物在長期使用中，與光、熱、氧氣或酸、堿相接觸，容易老化。膜分離過程中除上述因素外，還有其他

6、因素。例如有些反滲透過程或氣體分離過程是在幾十到上百個大氣壓下進行的。高聚物膜長期處在高壓下，會發(fā)生被壓密現(xiàn)象，它會使膜在長期使用中透量慢慢減少(這種變化是不可逆的)，終至達到不能使用的極限。又如，膜在使用過程中與混合物接觸的表面會被各種各樣的雜質所污染，它們遮住了膜的表面，阻礙了被分離混合物的直接接觸，等于減少了膜的有效使用面積，還有一些污染物會破壞高聚物的結構。污染造成的膜性能減退大部分可以通過清洗的方法使它基本上恢復。膜的更換周期關系著生產成本，十分重要。2.4 經濟性分離膜的價格不能太貴，否則生產上就無法采用。分離膜的價格取決于膜材料和制造工藝兩個方面。綜上所述，具有適度的分離率、較高

7、的透量、較好的物理、化學穩(wěn)定性和便宜的價格是一張具有工業(yè)實用價值分離膜的最基本條件。3. 在工業(yè)廢水處理中的具體應用膜分離技術在工業(yè)水處理中的主要應用方向為工業(yè)用水中的物質回收與水資源再利用、工業(yè)廢水的治理等。下面著重介紹其在淀粉污水、含酚廢水、含氰廢水、含重金屬廢水和含油廢水處理中的應用。3.1 淀粉污水處理 針對傳統(tǒng)污水處理方法中蛋白質去除率較低，而cod負荷增加問題，采用膜處理裝置進行試驗研究。周晶晶，金鷹2在膜分離技術的基礎上，以調節(jié)豆?jié){廢水、淀粉廢水等電位點作為預處理，采用中空纖維膜裝置進行超過濾，并對溫度影響作定性分析。結果表明：膜分離技術可以大大提高這兩種廢水中cod的去除率，分

8、別為76.13%和82.19%。另外，適當?shù)臏囟瓤梢蕴岣呶鬯幚淼男?，試驗得?0時效率最佳。3.2 含酚廢水處理 石油工業(yè)的含酚廢水中酚類物質毒性很大，必須脫出后才能排放。賀增第等3進行了中空纖維膜萃取酚的實驗研究，膜材料為聚砜，配合萃取劑為50%磷酸三丁酯(tbp)-煤油溶液；經過2級膜萃取，廢水中酚的質量濃度由1223.53mg/l降到45.85mg/ l，去除率達到96.3%。李健生等4采用聚偏氟乙烯為中空纖維膜，以煤油-50%磷酸三丁酯為萃取劑，對含酚廢進行了實驗，廢水的酚質量濃度可從1223mg/ l降到45mg/l，去除率達96%以上，排出的廢水中酚含量符合國家排放標準。王志強

9、等5采用了一種新的硅橡膠復合中空纖維超濾膜處理苯酚廢水。采用的復合膜硅橡膠厚度小于10m，較前人使用硅橡膠管處理廢水時苯酚的透過速率大大加快。處理高質量濃度(8.1977g/l)和低質量濃度(0.1939g/l)的苯酚廢水時，去除效果分別能達到99.19%和96.19%。并發(fā)現(xiàn)，氯化鈉的存在可大大增加苯酚的傳質系數(shù)。3.3 含氰廢水處理 我國處理含氰廢水主要使用四效蒸發(fā)和焚燒的方法，此方法不僅成本高，而且焚燒過程會產生大量的co2和氮氧化物對環(huán)境同樣造成一定程度的污染。張力等6采用膜分離技術，發(fā)展出一條處理丙烯腈裝置含氰廢水的新工藝、新方法。他們根據膜分離過程的不同特點，結合含氰廢水的特點，利

10、用超濾和反滲透兩種膜分離過程來處理丙烯腈裝置的含氰廢水。結果表明：丙烯腈裝置所產生的含氰廢水中氰根濃度一般在0.3-0.4之間，cod一般在4000mg/l-5000mg/l，而裝置外排廢水中氰根的允許濃度是cn-0.005，cod1500mg/l。 3.4 重金屬離子的處理含有各種重金屬離子的污水排入天然水體會破壞水體環(huán)境，危害漁業(yè)和農業(yè)生產，污染飲用水源。重金屬進入人體后會在人體的某些器官中積蓄起來構成慢性中毒，嚴重危害人體的健康。震驚世界的水俁病和骨痛病就是分別由含汞廢水和含鎘廢水污染環(huán)境所造成的。因此，控制和治理重金屬離子的污染備受重視。傳統(tǒng)上處理重金屬離子工業(yè)廢水的方法主要有以下幾種

11、：化學沉淀法、離子交換法和物理吸附法等，這些重金屬廢水的處理方法都是一種污染轉移，將廢水中溶解的重金屬轉化成沉淀或是更加易于處理的形式，對這些物質最終的處置，通常是進行填埋。然而，重金屬對環(huán)境的危害依然長期存在，常常造成對地下水和地表水的污染。hafez等7用反滲透膜裝置對污水中的鉻進行了回收處理試驗，結果表明：反滲透膜技術能從污水中回收流失的鉻，且其對鉻的平均回收率超過99.8%。史紅文等8選擇0.5um孔徑的無機膜，采用化學沉淀-超濾膜法去除電鍍廢液中的ni2+。結果表明：該法具有通量大、易清洗、耐蝕等優(yōu)點，且能保障水ni2+1.0mg/l，達到國家排放標準。 3.5 煉油廢水處理 含油廢

12、水是一種量大面廣的工業(yè)廢水，含油廢水對環(huán)境危害極大，隨著國家不斷加大環(huán)保力度，對含油廢水處理和排放要求越來越高。一般煉油廠處理含油廢水主要是去除浮油、乳化油、cod、bod等。大多數(shù)的廢水在排放前雖都已進行了物化處理，但物化處理只能除去水中的浮油和分散油，而更穩(wěn)定的乳化油尤其是含有溶解油的廢水依然以很高的濃度排入受納水體中。因此眾多的水處理工作者正在竭力尋找其他更有效的處理方法。膜分離法處理煉油廠含油廢水有了較大的發(fā)展，但采用單一的膜分離法處理含油廢水，膜污染嚴重。針對以上問題，李愛陽等9采用絮凝沉降和膜分離法聯(lián)合處理含油廢水，廢水中油、codcr、ss的含量由原來的1000mg/l、2000

13、mg/l、1000mg/l降到14mg/l、87mg/l、63mg/l，總去除率分別達到98%、95%和93%以上。展 望膜分離技術近年來發(fā)展迅速已在眾多領域中得到廣泛的應用，與常規(guī)的分離方法相比膜分離過程具有節(jié)能、分離效率高等特點，是解決當代能源、資源和環(huán)境污染等問題的重要技術。我國的膜技術在廢水水深度處理領域的應用與世界先進水平尚有較大差距。今后膜技術發(fā)展趨勢如下：(1) 開發(fā)、制造高強度、長壽命、抗污染、高通量的膜材料，對于不同的污染源采用不同的膜技術及相應的配套工藝，以達到降低投資和運行成本的目的。在膜使用中著重解決膜污染、濃差極化及清洗等關鍵問題。(2) 新型膜材料的開發(fā)利用。新型膜

14、材料有金屬膜、有機無機混合膜和新型有機膜等?？梢灶A期，隨著膜材料的繼續(xù)改善，膜技術在水處理中的運用前景將更為廣闊。(3) 專業(yè)膜反應器開發(fā)。為分離某種物質而開發(fā)專用膜反應器，主要應用于化工行業(yè)中成分復雜、性質相近的物質的回收與分離。 (4) 共混超濾膜的開發(fā)。與國際產品相比，國產超濾膜組件品種單一，通量和截流率綜合性能較低，抑制了膜技術在水處理以外領域的應用進展步伐。但現(xiàn)在，已有許多共混超濾膜的研究。由于共混超濾膜具有單一組分膜所無法比擬的優(yōu)點，因此這是一個發(fā)展趨勢。 參考文獻1 馬海峰, 劉志剛, 陳玉龍. 膜分離技術在水處理中的應用進展j. 中國科技信息, 2008, 14(1): 31-

15、32.2 周晶晶, 金鷹. 膜分離技術處理淀粉污水試驗研究j. 水資源保護, 2008, 24(5): 91-95.3 賀增第, 晉日亞. 中空纖維膜萃取法處理含酚廢水j. 河南化工, 2000, 3: 10-12. 4 李健生, 王連軍. 中空纖維膜萃取法處理含酚廢的試驗研究j. 污染防治技術, 2001, 14 (4) : 4-6.5 王志強, 賀高紅, 李寧等. 硅橡膠復合膜處理含酚廢水j. 化工進展, 2006, 25 (3): 305-309.6 張 力, 陳 波, 曹利江. 膜分離技術處理含氰廢水j. journal of changchun university, 2008, 18(6): 86-90.7 hafez a l, e1-manharawy m s, khedr m a. ro mem-brane removal of unreacted chromium from spent tanning effluent. a pilot scale s