膜分离技术及其在废水处理中的应用

第20卷第3期2007年6月污染防治技术P OLLUTI O N C ONTROL TECHNOLOGY Vol .20,No .3Jun.,2007膜分离技术及其在废水处理中的应用陈翠萍1,　谌伟艳2(1.仪征市环境监测站,江苏仪征　211400;　2.江苏圣泰环境事务有限公司,江苏南京　210007)摘　要:对膜分离技术作了简要综述,重点介绍了膜分离的作用机理、各类膜的特点和应用范围、膜技术在水处理方面的应用以及膜技术的一些新发展。

此外,对膜技术应用前景也作了总结与展望。

关键词:膜分离技术;废水处理;应用前景中图分类号:X70311 文献标识码:AM e m brane Separa ti on Technology and Its Appli ca ti on to W a stewa terTrea t m en tCHE N Cui 2p ing 1,　CHEN W ei 2yan2(1.Yizheng Environm ental M onitoring S tation,Yizheng,J iangsu 211400,China;2.J iangsu S hengtai Environm ental O ffice Co .L ed .,N anjing,J iangsu 210007,China )Abstract:The paper summarized me mbrane separati on technol ogy fr om f oll owing sapects:separati on mechanis m,characteris 2tics and app licati on area of each kind of membranes,app licati on in waste water treat m ent and the current devel opment .The p r os 2pects of app licati on of the technol ogy was p r oposed in the p resent paper .Key words:me mbrane separati on technol ogy;waste water treat m ent;app licati on p r os pects收稿日期:2007-03-16作者简介:陈翠萍(1963—),女,江苏扬州人,工程师,大专,主要从事环境监测与环境管理工作。

1　膜分离技术简介膜分离法是利用天然或人工合成膜,以外界能量或化学位差作推动力,对混合物进行分离、提纯和富集。

常见的膜分离法主要有微孔过滤、超滤、反渗透、渗析、电渗析、渗透气化、气体分离和液膜等。

近30年来,作为一门新型的高分离、浓缩、提纯及净化技术,新的膜过程不断地得到研究开发,如膜蒸馏、膜生物反应器、控制释放膜、仿生膜及生物膜等;膜分离技术的应用领域也越来越广泛地渗透到人们生活和生产的各个方面,如环保、化工、电子、轻工、纺织、石油、食品、医药、生物工程、能源工程等。

国外有关专家甚至把膜分离技术的发展称为“第三次工业革命”,认为膜分离技术是20世纪末至2l 世纪中期最有发展前途的高新技术之一[1-3]。

2　膜分离法的机理及特点2.1　电渗析电渗析是利用离子能选择性地通过离子交换膜来实现溶液的淡化、浓缩及钝化。

目前,电渗析已经成为膜分离技术的重要组成部分,主要用于淡化苦咸水、制备工业用水和饮用水。

随着技术的发展,电渗析的应用也涉及到了工业废水处理以及食品、医药和化学工业等领域。

[1,4]。

2.2　微滤、超滤、纳滤及反渗透膜微滤、超滤、纳滤及反渗透都是在膜两侧静压差推动力作用下,进行溶质分离的膜过程。

按膜孔径由大到小依次为:微滤、超滤、纳滤和反渗透,他们的分离机理略有差别[1,2,4,5]。

微孔过滤是以静压差为推动力,利用膜的“筛分”作用进行分离的过程,膜的物理结构起决定性作用。

微滤膜的截留机理因其结构上的差异而不尽相同,包括膜表面层截留,如机械截留作用、物理作用或吸附截留作用和电性能的影响、架桥作用以及膜内部截留。

超滤主要用于从液相物质中分离大分子化合物,它对去除水中的微粒、胶体、细菌、热源和各种有机物有较好的效果,但几乎不能截留无机离子。

超滤过程对溶质的截留有3种作用:膜表面孔径的机械筛分作用、膜孔阻塞及阻滞作用、膜表面及膜2007年6月陈翠萍等1膜分离技术及其在废水处理中的应用・43　・孔对杂质的吸附作用。

纳滤膜是新发展起来、应用于含低分子量污染物分离的分离技术。

它是介于反渗透膜及超滤膜之间的一种新型分离膜,具有纳米级的膜孔径,膜上多带电荷等的结构特点,其行为与其荷电性能、以及溶质荷电状态和相互作用有关系。

因而主要用于饮用水和工业用水的软化、废水净化、料液脱色、浓缩、分离、回收等。

反渗透膜是利用其选择性,即只能透过溶剂(通常是水)而实现对液体混合物的分离,反渗透膜及其表面特性在分离过程中起着主导作用。

目前,随着反渗透膜的高度功能化和反渗透应用技术的开发,反渗透膜分离技术从最初的海水淡化逐渐渗透到食品、医药化工、造纸工业等部门的分离、精制、浓缩操作等。

2.3　液膜分离液膜分离是将第三种液体做成膜状以分隔两个液相。

由于液膜的选择透过性,因此,原料液中的某些组分透过液膜进入接受液,实现组分的分离,液膜分离过程实质上是萃取与反萃取的结合,其分离的机理包括无载体液膜的选择性渗透、化学反应、萃取和吸附以及有载体的离子型和非离子型液膜的迁移作用。

目前主要应用于处理工业和生活污水、分离回收贵重金属、气体分离、化学和石油化工、医药和仿生学方面[1]。

3　在废水处理中的具体应用膜分离技术在水处理中的主要应用方向为饮用水的制取、工业用水中的物质回收与水资源再利用、工业废水的治理等。

下面着重介绍其在印染废水、饮用水、含重金属废水、造纸废水和含油废水处理中的应用。

3.1　印染废水处理印染废水具有水量大、色度高、成分复杂、对环境污染严重等特点,与传统处理方法相比,膜法不但可以有效去除废水中的有机物和大部分离子,而且可回收部分染料或印染助剂等有效成分,提高水的循环利用率。

随着膜制备技术的不断发展,特别是新型纳滤膜的不断开发,膜分离技术已成为印染废水处理的一种重要手段[5]。

杨芳、王俊杰[6]对中油吉化股份有限公司染料厂的2-奈酚β-盐母液采用纳米膜超滤法进行处理,结果表明,进水COD为3900mg/L的β-盐母液,经处理后出水COD小于450mg/L,COD平均去除率达到88.7%以上,再进一步二级处理,可达标排放,同时,无机盐被有效分离回收。

杨大春、张光辉、顾平[7]采用Fent on试剂-微滤工艺处理印染废水,微滤膜采用天津工业大学膜天膜技术公司生产的聚偏氟乙烯(P W F)中空纤维膜,对实际废水而言,色度平均去除率为92.1%, COD平均去除率为53.5%。

最近,Schoeberl等[8]考察了染整过程不同工序混合废水的膜处理效果,结果表明,将活性污泥膜反应器与超滤结合,COD可以降低80%,部分洗涤剂得到了循环使用,洗涤剂用量下降了20%,洗涤水的耗用量可以下降87.5%。

3.2　饮用水处理膜分离技术,特别是纳滤膜法作为21世纪水净化的首选技术[9]。

它具有可消除消毒副产物、痕量除草剂、杀虫剂、重金属、天然有机物、硬度、硫酸盐及硝酸盐等特点,而且出水水质好且稳定、化学药剂用量少、节能、省力、易于管理。

李文兰、吴舜泽、王宝贞[10]采用膜法工艺处理饮用水微污染有机物,结果表明:纳滤膜和反渗透膜对饮用水中CODM n、UV254和致突变物质有良好的去除作用,CODM n的去除效率在50%以上,对UV254的去除率为75%～100%,且纳滤膜的处理效果更好,表明纳滤膜法能够保证饮用水水质安全,可作为小区饮用水深度净化的主体工艺。

李灵芝、王占生[11]采用纳滤膜组合工艺,处理饮用水中可同化有机碳和致突变物,结果表明,纳滤膜对可同化有机碳的去除率为80%,能确保饮用水的生物稳定性,对致突变物的去除率大于90%。

3.3　废水中的重金属离子的去除近年来,膜分离技术也应用于电镀废水、金属加工废水和合金生产废水的治理。

采用膜分离技术,可以实现金属离子与水的分离,从而提高水的循环利用率,回收水中的重金属离子。

如果条件控制适当,还可以分离溶液中的不同金属。

目前在这一方面研究得较多的是乳状液膜技术。

严忠等[1]利用乳状液膜技术处理含铬废水,其净化效率最高达99%,处理后水溶液中Cr6+浓度始终在0.5mg/L以下,内相回收的铬可作为钝化溶液的补充液循环使用。

梁舒萍等[12]以L MS-2(R-S O3H,R为C4的烯烃共聚物)、P507(2-乙基已基磷酸甲酯)、柠檬酸、煤油组成液膜体系,处・44　・污　染　防　治　技　术第20卷第3期理含Pb2+水样,去除率高达94%。

黄万抚等[13]以D I SP A(3,5-二异丙基水杨酸)、TI B PS(三烷基硫化磷)、煤油、硫酸乳化液膜体系去除浸出液铜杂质,结果表明,处理后的浸出液中铜离子浓度小于0.5mg/L,而锌的损失率不到0.5%,可达到湿法冶锌的工艺要求。

有研究者[14]还利用纳滤膜分离废水中的Cd 和N i,通过二者在盐溶液中分别形成荷电络合物和非荷电络合物,用带正电的纳滤膜处理,即可实现分离。

3.4　处理造纸废水随着近20年来的膜分离技术的快速发展,超滤、反渗透技术在造纸工业废水处理中已实现工业化应用,并逐步扩展到纸浆洗、选、漂废水和造纸白水[15]。

据文献介绍[16],草浆CEH段的漂白废水经超滤后,COD去除率为88%、BOD去除率60%、T OC的去除率为76.8%,且在透过液中加入0.1%的E DT A后,可用于膜的清洗,清洗后的水通过恢复率达90%以上。

日本大王造纸公司三岛工厂[15]早在l981年就成功地应用超滤技术处理了硫酸盐木浆漂白E段废液。

有研究表明[17],超滤处理柔版印刷水基油墨已在印钞废水处理中得到实际应用,废水回用率可达80%～90%。

汗永辉等[18]人应用超滤技术从造纸黑液中提取木素制备活性炭,该方法是黑液综合治理的一条新途径,适合于中、小型纸厂。

另外,英国Kr onos pan纸业公司[19]在北威尔士的Chirk纸厂,曾于1995年利用膜分离技术处理盘磨机械浆废水,并实现了零排放。

3.5　处理含油废水由于其独特优点,膜分离技术作为处理含油废水的一种新技术,正从实验室逐渐走向实际应用阶段。

如同济大学环境工程学院[20]采用超滤法处理上海某厂乳化液废水,所用膜为G M4040型美国膜组件,处理结果为废水含油量从处理前的100～1000mg/L降至10mg/L以下。