膜科學(xué)在水處理方面的應(yīng)用

1、膜技術(shù)在處理工業(yè)廢水方面的應(yīng)用張福浩（0943084030）（四川大學(xué)化工學(xué)院四川成都610065）摘要：膜分離技術(shù)一種高效的、低能耗的液體分離技術(shù)，相對(duì)于傳統(tǒng)廢水分離方式有很大的優(yōu)勢(shì)。文章主 要介紹了膜分離技術(shù)在處理印染廢水中退漿廢水、羊毛脂廢水和染料廢水，在冶金、電鍍、鋼鐵行業(yè)廢水 處理方而的應(yīng)用，給出了部分工藝流程和操作實(shí)例，并對(duì)未來(lái)在工業(yè)上應(yīng)用的前景進(jìn)行了展望。關(guān)鍵字：膜技術(shù)；退漿廢水；羊毛脂廢水；染料廢水；電鍍廢水；冶金廢水；鋼鐵廢水a(chǎn)pplicati on of membra ne tech no logy inin dustrial wastewater treatme ntzh

2、angfuhao （0943084030）abstract： membrane filtration technique is a liquid separation technology, with high efficiency, low energy con sumptio n. compared to traditionalmethods ofwastewater treatment, membra ne tech no logy hasgreat advantages the article introduces membrane filtration techniques in t

3、he treatment of desizing waste water, lanum waste water, dyestuff wastewater,metaliurgy waste water, electrofacing waste water and steel waste water, and gives some process flow charts and examples of operation, and gives a prospective of the application of the technique in the industry in the futur

4、ekey words：membrane technology;desizing waste water： lanum waste water: dyestuff wastewater； metallurgy waste water： electrofacing waste water ； steel waste water1引言隨著工業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，人們的生活水平逐漸提高，但是與之而來(lái)的是人 們生活環(huán)境的極度惡化，工業(yè)廢水的大量排放對(duì)人們生活必須的水資源造成了嚴(yán) 重的污染，污水屮80%是工業(yè)污水，這已經(jīng)是人類(lèi)不得不而臨的嚴(yán)重問(wèn)題，如杲 不加以重視，不僅會(huì)對(duì)人們生活，身體健康有嚴(yán)重影響，而且還

5、會(huì)嚴(yán)重阻礙國(guó)民 經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。膜分離技術(shù)雖然在100年前就已經(jīng)出現(xiàn)，但近30年才在工業(yè)上大規(guī)模的應(yīng) 用。膜分離技術(shù)的原理是在滲透試驗(yàn)裝置的膜兩側(cè)施加一個(gè)壓力差，引起溶劑倒 流，使?jié)舛容^高的溶液進(jìn)一步濃縮。從1954年第一家制膜公司willpos corp成 立至今，膜研究取得的長(zhǎng)足進(jìn)步已使其深化為微濾（mf）、超® （uf）、継（nf）、 反滲透（r0）、電滲析技術(shù)（ed）,可將微粒、小粒子、分子、離子進(jìn)行有效分 離。膜分離技術(shù)已經(jīng)發(fā)展為一項(xiàng)高新技術(shù)，已在印染廢水處理，冶金電鍍和鋼鐵 廢水處理等工業(yè)廢水處理領(lǐng)威發(fā)揮著極其重要的作用。2膜分離技術(shù)在印染廢水處理中的應(yīng)用紡織印染工業(yè)排放的廢

6、水含冇大量的殘留，染料、漿料、助劑、纖維屑和含 氮化合物等，主要特征為：有機(jī)物濃度高、色度深、堿性強(qiáng)及含氮高等，釆用一 般的廢水處理方法難度較大，且成本較高，處理效呆大多不理想，與傳統(tǒng)廢水處 理技術(shù)相比，膜分離技術(shù)處理印染廢水是通過(guò)對(duì)廢水中的污染物的分離濃縮冋收 而達(dá)到廢水處理口的，具有不產(chǎn)生二次污染、能耗低、可循環(huán)使用、廢水可直接回用等特點(diǎn)，所以膜技術(shù)在紡織印染行業(yè)屮獲得了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。2.1超濾膜處理退漿廢水超濾處理退漿廢水的工藝是將含pva的退漿廢水泵入料槽屮，料液在一定 的壓力下高流速地通過(guò)超濾膜組件，濃縮液返回料槽，超濾透過(guò)液進(jìn)入超濾液儲(chǔ) 槽，以備納濾進(jìn)一步處理，當(dāng)濃縮液pva含

7、量達(dá)到一定值時(shí)，回用或其他處理。pva即聚乙烯醇，是一種重要的上漿劑，具冇優(yōu)良的成膜性和粘附性，且易 與其它漿料相容。由于其上漿性能優(yōu)于淀粉及變性淀粉，因此廣泛用于純棉高密 織物及滌棉混紡織物的經(jīng)紗上漿。退漿廢水屮一般含有1%左右的pva漿料， 若不進(jìn)行處理，將會(huì)造成環(huán)境污染。但pva漿料難以生物降解，-般的生化處理 去除率很低。用超濾裝置處理退漿廢水，pva大分子被膜阻攔，水分子則透過(guò)膜, 調(diào)整pva濃縮液至合適的濃度后可重新用丁上漿，透過(guò)的清水可回用丁退漿。 據(jù)估算卩一臺(tái)車(chē)速為100 m /min的織物生產(chǎn)裝置，采用超濾膜冋收pva漿料 后，每天可節(jié)約6 000美元。該方法的具體流程見(jiàn)圖l

8、o清水圖1超濾膜法回收pva漿料流程圖2.2超濾膜法回收羊毛脂廢水的處理洗毛廢水含有一定量羊毛脂、羊汗及羊糞等物質(zhì)，是高濃度有機(jī)廢水。洗毛 吋，常用非離子表面活性劑作為洗滌劑。在一定溫度下，羊毛脂被表面活性劑乳 化而懸浮于洗毛廢水中，粒徑一般為00150u m4?排放溫度5065 °c。 處理洗毛廢水常用的方法是生物法®®和化學(xué)絮凝沉淀法，均浪費(fèi)羊毛脂和熱能。 而采用超濾膜法，較高溫度的透過(guò)液可直接回用于洗毛裝置，廢水屮的羊毛脂得 到富集，經(jīng)超濾濃縮后羊毛脂濃度成倍增加，從而大大提高了離心萃取機(jī)提取羊 毛脂的效率，具體流程見(jiàn)圖2。透過(guò)滴圖2超濾膜法冋收羊毛脂流程冋

9、收的羊毛脂經(jīng)科學(xué)精制，可制造出一系列價(jià)值更高的產(chǎn)品，如液態(tài)羊毛脂、羊毛醇、羊毛酸、水溶性羊毛脂、乙?；蛎ズ鸵已趸蛎嫉取＿@些羊毛 脂產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、護(hù)膚用品、化妝品、乳酸、紡織和皮革等行業(yè)。因此, 超濾膜法在解決洗毛廢水難處理的環(huán)保問(wèn)題的同吋，還可以創(chuàng)造可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)效 益，是典型的清潔生產(chǎn)工藝，值得推廣和應(yīng)用。2.3超濾膜在染料廢水處理中的應(yīng)用分散染料、還原染料和硫化染料等疏水性染料，均懸浮于染液中，這給超濾 膜分離提供了條件。釆用超濾膜強(qiáng)制截留濃縮，冋收染料可重新利用，濾出液經(jīng) 進(jìn)一步脫鹽脫色后回用，或者經(jīng)后續(xù)處理后排放。該法不但降低了廢水中的色度 和cod,減少污水處理成本，還

10、可以為企業(yè)回收資源，效益明顯。早在20世紀(jì)80 年代，中科院環(huán)化所就與北京光華染織廠(chǎng)采用超濾法處理還原染料廢水，試驗(yàn) 采用3.6 m2的外壓管式聚颯超濾器，在進(jìn)口壓力220240 kpa,液溫4055 °c 的條件下，運(yùn)行超過(guò)2 000 h,處理染料廢水617 t,冋收還原染料1036 kg,透液速 度一般在2030l/(n?h),染料回收率大于95%o于敏等對(duì)分散染料廢水進(jìn) 行了超濾膜處理試驗(yàn)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%3%的分散藍(lán)s3bg廢液經(jīng)截留濃縮后, 截留污水含染料12%左右，經(jīng)噴霧干燥后染料得到100%回收，回收染料強(qiáng)度有 所提高，其它性能不變。3膜分離技術(shù)在冶金和電鍍廢水處理中的應(yīng)

11、用電鍍廢水中一般主要含有鉆、鋅、銅、鎘、鉛、銀等重金屬離子以及酸、堿、 氧化物等具有很大毒性的雜物，有的還屈丁致癌和致畸變突變的劇毒物質(zhì)，因此 必須認(rèn)真地加以處理，以免對(duì)人們?cè)斐晌：Αｋ婂儚U水主要來(lái)源于前處理除油酸洗、鍍件的清洗、廢電鍍液、各種槽液的 跑、冒、滴、漏等，這些廢水屮含有銅、銀、縮、鋅等重金屬離子和氧化物，對(duì) 環(huán)境危害較大。目前，國(guó)內(nèi)外屯鍍廢水處理的方法主要有：離子交換法回收重金 屈化學(xué)法處理混合廢水、鐵氧體法、生物法等，但投資昂貴，技術(shù)管理要求高, 難以在一些中小型電鍍企業(yè)中推廣應(yīng)用。3.1膜分離技術(shù)在電鍍廢水處理中的應(yīng)用將電鍍廢水經(jīng)過(guò)相應(yīng)的預(yù)處理后，采用特殊分離膜工藝(ssmc

12、)高倍回收， 可實(shí)現(xiàn)零排放ssmc工藝為多級(jí)多套膜系統(tǒng)處理的組合，將整個(gè)電鍍廢水形成閉 路循環(huán)進(jìn)行分離，在實(shí)現(xiàn)高倍回收的同時(shí)，保證清洗回用水水質(zhì)純凈、可靠。電鍍廢水經(jīng)分離預(yù)處理后，進(jìn)入ssmc處理單元：經(jīng)過(guò)一級(jí)分離膜系統(tǒng)濃縮 分離，產(chǎn)水進(jìn)入二級(jí)膜分離系統(tǒng)繼續(xù)處理；部分濃水進(jìn)入多級(jí)反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)一步去 除重金屬離子cod和膠體及無(wú)機(jī)鹽類(lèi)物質(zhì)，之后進(jìn)入綜合廢水調(diào)節(jié)池，再回到 一級(jí)分離膜系統(tǒng)進(jìn)行處理，以提高系統(tǒng)水的回用率；二級(jí)分離膜的產(chǎn)水一部分直 接回用，其余濃水進(jìn)入特殊濃縮膜系統(tǒng)處理，合格后回用至電鍍生產(chǎn)線(xiàn)，余下的 濃水進(jìn)入末端零排放系統(tǒng)，由結(jié)晶蒸發(fā)設(shè)備作最終處理坷例如江蘇省某大型電 子產(chǎn)甜公司電鍍廢

13、水進(jìn)行了處理回收，具體情況如下：膜系統(tǒng)的回收率均為70 %80%;一級(jí)膜以r =0.5 mpa, t = 1525°c條件運(yùn)行，濃水經(jīng)過(guò)多級(jí)反應(yīng)系統(tǒng)處理 后，全部回流至綜合廢水調(diào)節(jié)池再進(jìn)入一級(jí)膜系統(tǒng)進(jìn)行回收，以捉高水的回用率;二級(jí)膜以p = 0.6 mpa, t = 1525°c條件運(yùn)行，產(chǎn)水冋用，濃水進(jìn)入特殊濃 縮膜系統(tǒng)再濃縮，以提高水的回用率；特殊濃縮膜以p =1.0 mpa, t二1525°c條件運(yùn)行；ssmc工藝處理后，系統(tǒng)進(jìn)水，產(chǎn)水電導(dǎo)率和表觀(guān)脫鹽率z間的關(guān)系： 水的總回收率95%;產(chǎn)水電導(dǎo)率保持在150 s /cm以下，對(duì)電鍍廢水具冇穩(wěn)定的脫鹽率，當(dāng)進(jìn)

14、水 電導(dǎo)率在較大范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，產(chǎn)水水質(zhì)依iii相對(duì)穩(wěn)定，廢水處理后系統(tǒng)進(jìn)出水金 屈離子含量，cu八和c產(chǎn)的截留率99.5%,祁+的截留率96. 4%o3.2膜分離技術(shù)在冶金廢水處理中的應(yīng)用151冶金工業(yè)廢水又稱(chēng)鋼鐵廠(chǎng)廢水。按生產(chǎn)性質(zhì)可分為焦炭廠(chǎng)廢水、高爐廢水、 煉鋼及軋鋼廢水。是鋼鐵廠(chǎng)從熔煉到軋制整個(gè)過(guò)程中排出的廢水,排放廢水的突 出特點(diǎn)是濁度較高，cod、礦物油均偏高、水的硬度、含鹽量較高等。廢水處理工藝流程及說(shuō)明：根據(jù)該種廢水的特點(diǎn)以及處理后達(dá)到電廠(chǎng)中壓鍋爐補(bǔ)給水對(duì)水質(zhì)、水量的要 求采用“盤(pán)式過(guò)濾器+超濾技術(shù)+反滲透膜技術(shù)”集成的工藝處理該種廢水。工藝 流程示意如下次氯酸鈉加藥阻垢加藥裝覽

15、f超濾水泵f超濾器f水池2 f給水泵-保安過(guò)濾器反滲透清洗系統(tǒng)r高壓泵反港透裝覽 水池3f混床水泵f混床用水點(diǎn)圖3冶金廢水處理的工藝流程圖(1) 預(yù)處理工序由綜合污水處理站屮水池送來(lái)的原水通過(guò)余氯在線(xiàn)檢測(cè)合格后，經(jīng)原水泵變 頻調(diào)節(jié)流量后進(jìn)入盤(pán)式過(guò)濾器過(guò)濾以除去懸浮物，再經(jīng)超濾膜組進(jìn)一步除去膠體、 顆粒、部分有機(jī)物和細(xì)菌等雜質(zhì)后自流進(jìn)入超濾產(chǎn)水池，由第一級(jí)反滲透低壓泵 加壓后送入預(yù)脫鹽工序。超濾系統(tǒng)由循環(huán)泵采用循環(huán)模式過(guò)濾超濾通過(guò)反洗水泵進(jìn)行反洗，反洗時(shí)間 間隔為30min,反洗過(guò)程由次氯酸鈉計(jì)量泵適當(dāng)加入次氯酸鈉進(jìn)行殺菌。(2) 預(yù)脫鹽工序從預(yù)脫鹽工序送來(lái)的水進(jìn)入精密過(guò)濾器，同時(shí)由述原劑計(jì)量泵

16、加入述原劑阻 垢劑計(jì)量泵加入阻垢劑于精密過(guò)濾器進(jìn)水總管上，過(guò)濾后，控制出水sdi值小于 3,再由一級(jí)反滲，透高壓泵加壓后送入一級(jí)反滲透系統(tǒng)，淡水匯集進(jìn)入產(chǎn)水總管 自流入一級(jí)反滲透產(chǎn)水池，一級(jí)反滲透系統(tǒng)的濃水由濃水管道外排，宜接去高鹽 水池冋收。從一級(jí)反滲透產(chǎn)出池來(lái)的脫鹽水由堿計(jì)量泵加入氫氧化鈉將ph值調(diào)節(jié)到一 定的值后，再經(jīng)二級(jí)反滲透高壓泵加壓后進(jìn)入二級(jí)反滲透系統(tǒng)進(jìn)一步脫鹽，淡水 匯集進(jìn)入產(chǎn)水總管口流入二級(jí)r0產(chǎn)水池，二級(jí)反滲透系統(tǒng)的濃水匯集后直接返 回到超濾產(chǎn)水池，全部循環(huán)利用。從二級(jí)r0產(chǎn)水池送來(lái)的水，再由混床進(jìn)水泵 送至精脫鹽工序。反滲蓋系統(tǒng)的沖洗水來(lái)口脫鹽水總管，經(jīng)清(沖)洗水泵動(dòng)進(jìn)行

17、大水量沖 洗，再由清洗水泵定期進(jìn)行循環(huán)清洗。(3) 精脫鹽工序從預(yù)脫鹽工序送來(lái)的脫鹽水送入混合離子交換器進(jìn)一步除鹽，混床出水經(jīng)樹(shù) 脂捕集器后得到合格的屮溫屮壓鍋爐補(bǔ)水，并流入除鹽水池，經(jīng)氨計(jì)量泵調(diào)ph 值后由除鹽水泵送至用水點(diǎn)一一鍋爐房作為鍋爐補(bǔ)充水，混床擦洗空氣來(lái)口羅茨 鼓風(fēng)機(jī)，氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)用氣來(lái)自空氣壓縮機(jī)。（口3.3膜組合工藝在鋼鐵廢水中的應(yīng)用鋼鐵廢水是鋼鐵廠(chǎng)在生產(chǎn)過(guò)程小產(chǎn)生的冶煉廢水和軋鋼廢水，廢水屮主要含 有含懸浮物、油、鐵。冶煉和軋鋼廢水。目前我國(guó)鋼鐵企業(yè)的噸鋼取水量、水重 復(fù)利用率與國(guó)外和比，整體水平還存在著和當(dāng)大的并距。因此，鋼鐵企業(yè)除了要 做到合理用水和節(jié)約用水外，還應(yīng)對(duì)外排

18、廢水進(jìn)行合理冋用，既能減少鋼鐵工業(yè) 對(duì)水體環(huán)境污染，又能降低噸鋼耗新水量和生產(chǎn)成本，是減少企業(yè)新鮮水用量以 及緩解我國(guó)用水資源緊張，水環(huán)境污染和實(shí)現(xiàn)行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。膜組合工藝是指膜與物理、化學(xué)、生物等處理方法組合的工藝，于廢水處理 的膜組合工藝很多，典型的有超濾滲透的雙膜法處理工藝和膜物組合的膜牛物 反應(yīng)器（mbr）處理工藝。包鋼給水廠(chǎng)五車(chē)間用超濾反滲透雙膜法工藝代替原 熱軋供水系統(tǒng)采用的砂濾滲透的工藝生產(chǎn)脫鹽水和除鹽水，避免了系統(tǒng)原水水 質(zhì)隨季節(jié)變化幅度大，造成反滲透預(yù)處理岀水水質(zhì)不穩(wěn)定，影響反滲透系統(tǒng)的穩(wěn) 定運(yùn)行，該超濾系統(tǒng)運(yùn)行后，岀水濁度穩(wěn)定在0.3ntu以下sdi值保持小

19、于2滿(mǎn) 足反滲透的進(jìn)水水質(zhì)要求，和同水源的情況下，超濾出水sdi值，濁度均低于傳 統(tǒng)的砂濾。mbr是將膜技術(shù)與微生物技術(shù)相結(jié)合的一-種先進(jìn)的廢水處理方法，該法利 用膜的高效截留作用，克服了傳統(tǒng)活性污泥法中污泥膨脹對(duì)處理效果的影響，還可 以將污水屮可生化性差的乳化液、懸浮物、膠體進(jìn)行截留，靈活控制反應(yīng)器水力 停留時(shí)間和污泥停留時(shí)間，增加了曝氣池活性污泥的濃度，提高生物的降解速率, 降低了比負(fù)荷率，基木上實(shí)現(xiàn)無(wú)剩余污泥排放，出水懸浮物和濁度接近于零，可 以直接回用，實(shí)現(xiàn)污水資源化。心j64展望隨著企業(yè)規(guī)模、性質(zhì)不同，對(duì)水量、水質(zhì)和水溫的要求也不一樣，任何企業(yè) 都會(huì)排放污水，由于原料、燃料和工藝流程

20、的不同對(duì)環(huán)境的污染也不一樣。膜分 離技術(shù)能夠高效，節(jié)能的處理工業(yè)廢水，對(duì)于環(huán)境保護(hù)和水資源的保護(hù)都冇很人 的意義。因此膜分離技術(shù)對(duì)于工業(yè)廢水的處理具有很大的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)由于部分技 術(shù)述不是特別成熟，導(dǎo)致膜分離技術(shù)述是受到許多因素的制約，比如使用壽命、 清潔難度、操作條件要求過(guò)高以及價(jià)格過(guò)過(guò)高等等，所以需要我們繼續(xù)的進(jìn)行研 發(fā)，找出操作工藝條件溫和，使用壽命長(zhǎng)的膜。膜分離技術(shù)曲于具有上述優(yōu)勢(shì)，在以后的研究中會(huì)有更多的進(jìn)展，同時(shí)也會(huì) 延伸到其他的方而，不僅僅應(yīng)用在膜分離處理廢水方面，在其他方而也會(huì)有很大 的應(yīng)用前景，因此對(duì)于膜分離技術(shù)的研究也會(huì)向著更加廣闊，膜的質(zhì)量更高更好 的方面發(fā)展。參考文獻(xiàn)ls

21、imon j, bruce技術(shù)與工業(yè)廢水回用m北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.馮連娜膜技術(shù)在印染廢水處理屮的應(yīng)用.廣四紡織科技，2010, 39(1), 59-68.3 porter j j . recovery of polyviy alcohol and hot water from the textilewaste water using thermally stable membranes . j . membrane scienee, 1998, 151 (1):45-53.4 黨亞固，張凌z,楊景昌陶瓷膜過(guò)濾洗毛廢水冋收羊毛脂的研究膜科學(xué)與技 術(shù),2002,22 (6) : 38-

22、41.5 gutierrez s, her nan dez a, vinas m. mecha nism of degradati on wool wax in the an aerobic treatment ofwool scouringwastewater. water sci tech ,1999, 40 ：17-23.6 poole a j, cord-ruwisch r, jones fw. mechanism of aerobic biological destabilization ofwool scour effluent emulsions. water research,