工业废水处理综述.doc

膜技术用于工业废水处理综述
摘　要:主要介绍了电渗析、反渗透、超滤、纳滤、膜蒸馏、乳状液膜技术等膜分离技术的基本原理及特点,重点报导了这些膜分离技术在工业废水处理中的应用现状,并讨论了它们应用于工业废水处理的可行性。
关键词:膜分离;工业废水处理;应用
一、工业废水的来源
在工业生产过程中要消耗大量新鲜水,排出大量废水,其中夹带许多原料,中间产品或成品,例如:重金属(冶金、电镀行业等),有毒化学品,酸碱(化工行业等),有机物(食品行业等),油类(采、炼油行业等),悬浮物(火电、冶金行业等),放射性物质(核工业等)… …
二、膜技术在工业废水处理中的应用
以高分子分离膜代表的膜分离技术作为一种新型的流体分离单元操作技术,三十年取得了令人瞩目的巨大发展。
1、电渗析(Electrodialysis)——电渗析(简称ED)是以直流电为推动力,利用阴阳离子交换膜对水溶液中阴阳离子的选择透过性,使一个水体中的离子通过膜迁移到别一水体中的物质分离过程。
(1)电渗析在处理赤泥碱性废水中的应用氧化铝生产过程产生的工业废渣赤泥是一种严重的碱性污染源。电渗析装置能够稳定运行,电渗析处理赤泥废碱液,可回收碱和工艺用水,而低含碱赤泥可用作生产水泥的原料,为实现氧化铝生产零排放工程开发了一项技术上、经济上完全可行的新颖工艺路线。当然,电渗析处理赤泥碱液时,由于无机物的积累性沉淀和膜的使用寿命问题,使其工业化应用还有一定距离,今后研究的关键在于预处理和耐碱性膜的研制。
(2)电渗析在脱除化学镀镍老化液中亚磷酸盐中的应用——化学镀镍液使用多次后,功效减弱,成为镀镍老化液,老化液通常是处理后被排放掉。但化学镀镍老化液中含一定大量的镍和次亚磷酸根离子,它的排放造成了很大的浪费。电渗析能够大量去除镀液中有害的亚磷酸盐、硫酸盐,极大的延长镀液的寿命。
2、反渗透(Reverse osmosis)——反渗透(简称RO)是以压力为推动力,利用反渗透膜只能透过水而不能透过溶质的选择透过性,从某一含有各种无机物、有机物和微生物的水体中,提取纯水的物质分离过程。反渗透主要用于苦咸水(溶解团达到10 g/l)和海水的淡化。随着反渗透理论研究的深入和成膜技术的不断提高,反渗透的应用也扩大到了废水处理和回用方面。
（1）反渗透在处理橡胶工业废水中的应用——橡胶工业废水中由于含有大量无机盐,不宜直接回用。国内学者对其用反渗透的方法进行处理。结果表明:反渗透对TDS、硬度离子、有机物具有较高的去除率,一般大于90%,对无机盐的去除率一般稳定在85%左右,而对可溶性SiO2和碱度的去除率较低,一般在70%以下。另外,在废水处理中,反渗透还常用来除去重金属离子以及贵重金属的浓缩回用等。
3、超滤(Ultrafiltration)——超滤(简称UF)以压力为推动力,利用超滤膜不同孔径对液体进行分离的物理筛分过程。
（1）纸浆废水的超滤处理漂白装置排水含有氯化合物,COD和BOD,是纸浆废水的主要色度源,来源于漂白装置的污染物大部分在萃取阶段的排水中和第一氯化过滤液中。采用超滤法处理氯化漂白阶段排水比较困难,但如果含有大分子量物质的萃取排出和氯化阶段排水相混合,就会大大降低这些方法的效力,试验表明,如果预先对萃取排水中的高分子化合物加以去除就能显著减小这些方法的负担,瑞典试验采用超滤和生物法相结合的工艺处理漂白装置排水,结果令人满意。
另外,超滤法在亚硫酸型废液、电泳涂漆废液、废液脱脂处理等方面的应用也取得了令人满意的效果。
（2）含有有害物乳状液超滤浓缩
4、纳滤(Nanofiltration)——纳滤(简称NF)介于反渗透和超滤膜之间,其推动力仍是水压,目前国际上的纳滤膜多半是聚酰胺复合膜,主要用于去除直径为1 nm左右的溶质粒子。RO膜几乎对所有的溶质都有较高的脱除率,但NF膜只对特定的溶质(如MgSO4)具有高脱除率。NF膜的最大特征是膜本体带有电荷,这使它在很低操作压力下(0.5 MPa)仍具有较高的脱盐率。
（1）纳滤在石油平台废水处理中的应用——石油平台产生的废水,经处理后,废水排出船外,石油送至岸上。要求排放水的有机物(TOC)含量必须小于48 ppm。许多海岸平台采用重力沉降器、除沫器、气浮等设备分离油和水。这些设备根据相分离原理实现分离。在大多数情况下,由于原水中溶解有机物含量过高,很难降低到允许的限度。这时候就需要纳滤。
5、渗透蒸发(Pervaporation)——渗透蒸发技术(简称PVAP)是膜分离技术的一个新分支。渗透蒸发技术的优点:(1)单级选择性好,适合分离近沸点、恒沸点的混合物,适合去除或回收含量少的物质;(2)渗透蒸发过程简单,易于掌握;(3)在操作过程中,进料侧不加压,透过率不会随时间的增长而小,膜的寿命长。
6、膜蒸馏(Membrane Distillation)——膜蒸馏(简称MD)是膜技术与蒸发过程结合的新型膜分离过程。其所用的膜为不被待处理水溶液润湿地微孔膜。膜的一侧与热的待处理水溶液直接接触(即热侧),另一侧直接或间接地与冷的水溶液接触(即冷侧)。热侧水溶液中的水在膜表面汽化后,以气态通过膜孔传递到冷侧,而液相的水溶液被多孔疏水膜阻挡在热侧,从而实现与气相水分离的目的。与常规的蒸发过程相比,膜蒸馏的显著特点是:单位体积的蒸发面积大(> 1 000 m2/m2);产水纯度高;由于过程在较低温度(非沸腾状态)下蒸发,可以利用工业余热、地热、太阳能等廉价能源;过程在常压下进行,设备简单,操作方便;可以用来处理浓度极高的水溶液。
（1）膜蒸馏在处理含酚污水中的应用——含酚废水是一种危害十分严重而又普遍存在的工业废水。目前含酚废水的处理方法主要有物化法、化学法和生物法三大类,它们各有优缺点。膜蒸馏技术作为物理过程与化学过程相结合的新技术,已引起广泛关注,其主要优点是可以处理污水中高浓度的挥发酚。有关文献表明,当pH值小于等于零时,苯酚的去除率可达95%以上。
7、液膜技术(Liquid film)——液膜技术是20世纪60年代中期由美国埃克森研究工程公司的黎念之博士提出的一种新型膜分离技术,直到80年代中期奥地利的J.Draxler等科学家采用液膜法,从粘胶废液中回收锌获得成功,液膜分离技术才进入了实用阶段。
（1）含铬废水的处理——六价铬离子在水溶液中毒性很大,要求排放标准
高(小于0.5 mg/l),而含铬工业废水含量一般在十至几百ppm的范围内,处理难度相当大。曾有人用TBP萃取法处理含铬废水,脱除率可达99.5%以上,缺点是TBP用量大,操作过程复杂。王靖芳等以苯胺N7301为流动载体,兰113A为表面活性剂,煤油为膜溶剂,NaOH作为内相试剂的乳状液膜体系,迁移分离铬,不同浓度的含铬废水经液膜技术处理后,其铬含量均降至0.5 ppm以下,低于国家规定的排放标准。另外,液膜技术在处理含锌废水、含铅废水、含镉废水等方面都得到了应用。在处理其它重金属废水方面,国内外学者也进行了大量研究,虽然仍处于实验研究阶段,但建立的乳状液膜体系处理相应的重金属工业废水有着广阔的发展前途。另外,液膜技术在处理含酚废水、含氰废水方面得到了工业应用。用液膜技术处理含磷酸根废水的工艺还不太过关,有待进一步研究。液膜技术在处理其它废水,如含苯胺废水、造纸黑液等方面也正在研究。虽然当前能达到工业化生产的成熟工艺还不普遍,液膜的稳定性及快速破乳方法还有待进步研究,但乳状液膜法用于工业废水处理以其成本低廉、快速高效、操作简单为其它方法所不及。因此,乳状液膜技术是今后工业废水处理研究与应用的重要方法之一。
三、总结
在膜分离技术处理工业废水时,只要根据废水的具体情况采取相应的预处理,并且选用宽流道的膜组件,加之工艺设计合理,选用膜分离技术处理工业废水在技术上是可行的。相信,随着对膜分离技术研究的深入、新材料的出现以及制膜工艺的改善,膜分离作为一种有效的分离技术,在不久的将来,一定会在工业废水处理中有着更广泛的应用。