膜分離技術在污水處理技術中的應用

-.z膜別離技術在石油化工污水處理技術中的應用摘要隨著環(huán)境污染問題的日益重視，膜別離技術作為新型的別離技術，以其清潔能耗低等優(yōu)點應用廣泛。本文介紹了膜別離的原理特點，著重介紹了它在石油化工污水處理所起的重要作用。關鍵字：膜別離清潔石油化工污水處理ApplicationofmembraneseparationtechnologyinpetroleumandchemicalindustryinthesewagetreatmenttechnologyAbstractWiththeincreasingattentiontotheproblemofenvironmentalpollution,asanewseparationtechnique,membraneseparationtechnologyhastheadvantagesoflowenergyconsumption,inthewidelyusedcleaning.Thispaperintroducesthecharacteristicsofmembraneseparation,emphaticallyintroducesitsimportantroleinthepetrochemicalwastewatertreatment.Keywords：membraneseparationcleaningoilchemicalsewagetreatment1前言隨著人們對環(huán)境和能源問題的日益重視，膜別離技術作為一種新型別離、凈化和濃縮技術，以其過程清潔、簡單、能耗低，化學藥劑用量少的特點，在污水處理領域顯示出獨特的魅力。石油化工生產(chǎn)中，會產(chǎn)生大量的含油、氨、鹽和酚等物質的污水[1]，排放量大，既浪費資源又污染環(huán)境，給水體造成極大的危害。采用膜別離技術對石油化工污水進展處理，可達標排放或回用，同時回收有用物質，節(jié)約資源。與傳統(tǒng)的化學淤漿法、生化降解法等污水處理方法相比，具有顯著的優(yōu)勢。2膜別離技術的根本原理及特點2.1膜別離技術的根本原理由于別離膜具有選擇透過特性,所以它可使混合物質有的通過、有的留下。但不同的膜別離過程使物質留下、通過的原理有的類似,有的完全不一樣。總的說來,別離膜之所以能使混在一起的物質分開,不外乎兩種手段。(1)根據(jù)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,用過篩的方法將其別離。微濾膜別離過程就是根據(jù)這一原理將水溶液中孔徑大于50nm的固體雜質去掉的。(2)根據(jù)混合物的不同化學性質。物質通過別離膜的速度取決于以下兩個步驟的速度,首先是從膜外表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外表擴散到膜的另一外表的速度。二者之和為總速度?？偹俣扔?透過膜所需的時間愈短;總速度愈小,透過時間愈久。例如反滲透一般用于水溶液除鹽。這是因為反滲透膜是親水性的高聚物,水分子很容易進入膜內,在水中的無機鹽離子則較難進入,所以經(jīng)過反滲透膜的水就被除鹽淡化了。2.2膜別離技術的特點膜別離是利用膜對混合物中各組分的選擇滲透作用性能的差異，以外界能量或化學位差為推動力，對雙組分或多組分混合的氣體或液體進展別離、分級、提純和富集的技術。它在污水處理、食品生產(chǎn)、醫(yī)藥合成和能源、化工生產(chǎn)等過程中開展相當迅速。尤其是近20年來，將膜別離技術應用于石油化工污水處理領域，形成了新的石油化工污水處理方法。據(jù)統(tǒng)計，大多數(shù)膜別離技術都可以應用于石油化工污水的處理[2]。毋庸質疑，膜別離技術和其他技術的集成技術，將逐漸有針對性地代替?zhèn)鹘y(tǒng)技術，對石油化工污水處理產(chǎn)生深遠的影響。從材料的角度，膜可分為有機的、無機的及有機和無機混合的；根據(jù)膜構造，又可分為對稱膜和不對稱膜；按別離原理，膜別離技術分為微濾(MF)、超濾(UF)、滲析(D)、電滲析(ED)、納濾(NF)和反滲透(RO)、滲透蒸發(fā)(PV)等。尤為令人矚目的是，膜別離與蒸發(fā)、吸附、萃取、化學反響和生物技術等相結合，形成了膜蒸餾、膜分相、液膜、膜萃取和膜生物反響器等一系列新型膜別離技術。這些膜別離技術在石油化工污水處理中，已取得了顯著的技術突破。3在石油化工污水處理中的應用3.1含油污水據(jù)報道，我國每年產(chǎn)生的含油量在幾百到幾千mg/L的采油廢水達2～3億噸，從經(jīng)濟和環(huán)境方面考慮，回注或再利用含油廢水十分必要。目前，一般采用化學淤漿法和生化降解法進展處理，處理后回注或再利用時，大多達不到使用要求，采用膜別離技術可以解決這一問題。膜別離技術是一種極具開展?jié)摿Φ暮臀鬯幚矸椒╗3]。采用中空纖維UF膜對油田污水進展處理的實驗說明，進水含油在100mg/L以上，進口壓力為0.16MPa，出口壓力為0.08MPa時，膜的透水量可15mL/(cm2·h)以上，透過液含油量小于10mg/L。選用磺化聚砜膜材料制成平板式及管式UF膜，對含石油類物質的煉油廠和油田污水進展處理，原水含石油類物質10～80mg/L，處理截留率為石油類物質99.04%，懸浮物99.68%，硫酸鹽復原菌98.5%，腐生菌97.94%[4]。用UF膜處理勝利油田河口水站的油田含油污水，進展了1年的實驗運行，處理后，水中的懸浮固體含量為0.56mg/L，含油量為0.5mg/L，透過液滿足了低滲油田注水水質要求。第一套用于油田采出水處理的大規(guī)模RO裝置，建在加里福尼亞Bakers油田附近的Mt.Pose廢熱電站。其水處理裝置包括除油、澄清、過濾、RO脫鹽裝置，用于電站鍋爐給水。這套處理裝置成功地將含鹽3000mg/L、硅63mg/L、油3.5mg/L、總有機碳(TOC)16～23mg/L的采出水，處理到鍋爐用水水質[5]。采出的石油一般要經(jīng)過洗油這一步。原油經(jīng)水洗、相別離后，產(chǎn)生大量含油和鹽的廢水，且油含量較高，如果直接排掉就會造成原油的浪費和大量的廢水，用NF膜可以將其別離成富油的水相和無油的鹽水相。采用硝酸纖維素或聚氟乙烯NF膜，在0.7MPa壓力下，可將含油160mg/L的廢水處理到含油小于21mg/L的可排放廢水，將富油的水相參加到新鮮的供水中重新進入洗油工序，既回收了原油，又節(jié)約了水的供應。采用UF膜及中空纖維膜對含油污水進展處理，效果也很好[6,7]。膜生物反響器應用于石油化工含油污水處理，對COD，BOD5，SS、濁度、石油類物質的去除率分別為76%～98%，96%～99%，74%～99%，98%～100%，87%，而且氨氮的脫除率達90%以上，出水濁度低，水質穩(wěn)定，易于回用。3.2含酚污水含酚污水中主要有苯酚、鄰甲酚、硝基酚、氯代酚和氨基酚等，它們毒性大，需去除后才能排放。采用中空纖維膜蒸餾技術處理含酚污水，以2%NaOh溶液為吸收液，料液流速大于4.0mL/min時，苯酚滲透率幾乎不隨苯酚的濃度變化。在料液ｐh≈0、溫度45℃條件下，濃度高達5000μg/mL的苯酚經(jīng)處理可降至50μg/mL以下，去除率達95%以上[8]。采用RO膜處理含酚污水時，先將含酚污水濃縮，再進一步處理為無害物質回收。采用NF膜處理時，先用ClO2將酚氧化成酸，再中和成鹽后，通過NF膜濃縮回收，透過液則做循環(huán)水使用。用RO或NF膜處理酚質量分數(shù)小于5.0%的污水時，對酚的脫除率達95%以上。采用藍-113B-煤油-NaOh液膜體系對高濃度含酚廢水(濃度在5%以上)進展二級處理，除酚效率可達99%。用液膜技術處理油品堿洗所產(chǎn)生的含酚堿洗液，試驗用堿洗液含酚200～4000mg/L，在乳液與廢水的體積比為1∶20，乳液復用一次的條件下，處理后廢水中酚的濃度小于30mg/L[9]。對乳化液膜法提取苯酚的動力學也進展了研究。3.3合成纖維污水聚酯纖維一般用強堿水解重整來提高纖維性能，水解后污水中含有一定的水解產(chǎn)物，可先用UF膜將懸浮固體和膠體除去，再將透過液酸化，經(jīng)NF膜濃縮后重新用來生產(chǎn)聚酯纖維[10]。采用上流式厭氧生物膜工藝，處理PET聚酯生產(chǎn)高濃度污水的實際處理過程中，厭氧生物膜法抗沖擊負荷能力較強，溫度低于30℃仍有較高的去除率，進水COD為5000～11000mg/L時，出水COD為1000～2500mg/L[11]。用UF技術處理滌綸絲廠短絲油劑廢水，生產(chǎn)裝置經(jīng)10個月運行，性能穩(wěn)定，對油劑的截留率為91%～92%，通量為11～15L/(m2·h)。處理后濃縮的油劑回用于再紡纖維上油，成品纖維性能良好。3.4橡膠、塑料工業(yè)污水橡膠工業(yè)污水中含有大量無機鹽，不宜直接回用。用RO法處理時，對TDS、硬度離子、有機物去除率一般大于90%，對無機鹽則在85%左右，對可溶性SiO2和堿度去除率較低，在70%以下[12]。Lahiere等人在35～55℃下，用氧化鋁陶瓷MF膜，處理氯乙烯單體(Vcm)生產(chǎn)中產(chǎn)生的含重金屬離子的污水時，可使重金屬離子的濃度，從廢水120mg/L降低至17～20mg/L，廢水過濾通量到達630～920L/(m2·h)，濃縮污泥通量達160～230L/(m2·h)。在處理Vcm工廠廢水中的1，2-二氯乙烷乳化液的中試中，在操作溫度為30～45℃條件下，通量穩(wěn)定為1290L/(m2·h)[13]。3.5含氨及胺的污水在氨肥、合成纖維、煉油等石油化工行業(yè)的生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生大量含氨廢水。利用疏水性聚丙烯中空纖維膜處理含氨污水，氨的脫除率可達90%，革除了水洗工序，實現(xiàn)了氨的零排放，并使氨得到了很好地回收[14]。采用MF膜實現(xiàn)的膜基氣體吸收過程處理石油化工含氨污水，對氨的脫除率也可以到達90%以上，MF膜生物反響器可將水中的COD，BOD，SS降低90%～99%。據(jù)稱，有可能導致化肥生產(chǎn)流程的*些變革，這一技術已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化[15]。生產(chǎn)催化劑時，會排放大量含0.8%～1.5%高濃度季胺鹽的污水，先用弱酸性離子交換酯吸附污水中的胺，再用NF膜處理，回收有用物質，處理后的水可以重新使用。3.6其他污水采用陶瓷MF膜處理煉油廠含焦污水[16]，焦粉去除率在95%以上，可以顯著降低COD值。另外，采用陶瓷MF膜處理油田采出水，出水水質能滿足回注水的要求。采用液膜技術還可處理含鉻污水，熏處理后鉻含量均降至0.5×10-6(ppm)以下，低于國家規(guī)定的排放標準[30,31]。在對含鋅、鉛、鎘等金屬離子污水的處理方面，也進展了大量研究，為膜別離技術在石油化工含金屬離子污水處理中的應用打下了根底。丙烯腈廢水是石油化工工業(yè)中較難處理的廢水之一。采用平板式聚乙烯中空纖維膜生物反響器處理時，進水COD為400～750mg/L，出水COD的平均值為189mg/L，膜別離對維持良好而穩(wěn)定的系統(tǒng)起決定性作用。用氧化鋁陶瓷MF膜處理烷基苯廠廢水中的芳香物質和石蠟油，也獲得了成功。NF膜也可用于含有機溶劑廢水、石油化工混合廢水以及含苯二酸的廢水等各種石油化工污水的處理。4結論利用膜別離技術或膜法集成技術處理石油化工污水，能達標排放，還可以實現(xiàn)回用，并回收有價值的副產(chǎn)物，技術上可行，優(yōu)勢明顯。隨著石油化工工業(yè)的開展和水的再利用以及環(huán)保的要求，膜別離作為一種有效的新型別離技術，在石油化工污水處理中一定有著極其廣泛的應用前景。參考文獻[1]?新型傳質與別離技術?〔第二版〕，蔣維鈞，余立新編著，化學工業(yè)。[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