纳滤膜技术在化工废水零排放中的应用探究

纳滤膜技术在化工废水零排放中的应用探究
摘要：近年来，我国的化工行业有了很大进展，化工废水处理也越来越受到重视。

现阶段，各个化工企业都开始积极的采用先进的排放技术，努力实现废水的
零排放。

本文笔者就当前化工废水的分类和水质特点入手分析，对新型化工废水
零排放技术问题与解决对策展开讨论。

关键词：化工废水；零排放；纳滤
引言
目前，水资源处理中存在纳污水体匮乏、排污受限等问题。

纳滤膜的孔径范
围为纳米级，能截留相对分子质量100~1000之间的物质，是一种介于反渗透与
超滤之间的膜过程。

纳滤膜是一种能截留高价盐而透过单价盐，能截留相对分子
质量为100以上的有机物而透过小分子有机物的透过膜。

该膜的分离性能是反渗
透和超滤膜无法取代的，同时其还具有反渗透和超滤膜的共性。

纳滤技术已在水
体软化、食品浓缩、溶液脱色、染料除盐浓缩、溶液分盐提纯等方面得到了广泛
的应用。

1纳滤膜浓缩分离
纳滤膜浓缩分离是借助膜材料实现不同介质分离的一种技术，其过程实质上
是物质被选择性透过或截留。

分离过程主要由溶液压力、浓度、电势差异等驱动，实现溶质与溶剂的分离、纯化、浓缩。

纳滤膜浓缩分离技术既能对废液进行有效
净化，又能回收有用物质，同时具有节能、低耗、无污染、设备简单、操作方便
等特点，因此在酸性废液处理方面有广阔的发展前景。

有不同程度的研究或应用。

2化工废水零排放技术存在的问题
(1)技术层面的问题。

首先，气化废水处理难度大。

尤其是在碎煤加压气化废
水中，含有大量的油类、酚类以及氨氮等有毒有害的物质，这些物质的降解难度大；其次，废水水质波动范围大。

产生于新型化工生产中的废水，其水质很容易
受到温度、物料以及压力因素的影响，所以稳定性较差，具有较大波动性的废水
水质给后期废水的治理与回收都造成了一定的影响，以碎煤加压气化废水为例，COD在此类废水中的波动范围通常在3倍以上，而某直接液化项目所产生废水中
的COD波动范围甚至高达10倍以上；最后，有机废水中的膜污染。

在回收污水
的过程中，不可避免的会在进水中含有一定浓度的有机物，进而给回收膜造成污染。

(2)经济层面的问题。

根据有关调查发现，经济层面的问题对新型化工产业废
水零排放技术应用的影响主要表现在运行能耗高和成本高。

首先，零排放运行投
资大，很多化工企业经营者都表示，尽管成本投资是从根本上实现零排放的必要
条件，但是在规模建设投资方面，通常一天的成本额就高达几万元，而完成整个
零排放污水处理项目要经过一个漫长的过程，这对投资提出了较大的要求；其次，零排放运行成本高，据不完全统计显示，单位处理污水的直接成本和项目总体成
本分别高达11元/t和34元/t，相比于市面上其他处理方式的价格，这一数值显
得特别的高。

3超高压反渗透系统
（1）工艺技术要点及实施方案。

生化废水达标排放水在经过常压反渗透系统、高压反渗透系统浓缩后，浓缩液的含盐量及可造成污染、结垢的组成均达到了较
高的水平，进一步浓缩将面临更大的技术考验。

超高压反渗透系统包括通过管路
相连的进水泵、保安过滤器、高压泵、一超高压反渗透膜组件、产水池、浓水罐
和控制单元。

其中，高压泵的出水端与超高压反渗透膜组件的进水端之间的管路
以及超高压反渗透膜组件的浓水端与浓水罐之间的管路均为耐压强度为
10~13MPa且管径为45~60mm的耐压管路。

（2）工艺优势。

对生化废水经过常
压反渗透系统和高压反渗透系统浓缩后的浓缩液进行有效的再浓缩，大幅降低浓
盐水处理的投资成本和运行成本。

超高压反渗透系统设计压力高达120bar，系统
配备特殊构造、特别制作的核心反渗透膜组件，对浓水进行再浓缩。

该系统总回
收率为94%，分离出6%的浓缩液富集了原水中的大部分盐分等，进入蒸发单元，实现零排放。

4纳滤膜在化工废水零排放中的应用
混合原水加入H2SO4调节pH至5.5左右进入超滤、纳滤系统；对纳滤产水
进行收集，而纳滤浓水则排往中和槽中与石灰粉进行混合搅拌，同时将其pH调
至12，反应30min后，不经过澄清，直接在槽内按比例加入原水；原水与纳滤浓水在中和槽内反应20min后，向其加入PAM进行澄清，槽底沉淀量保持约100L，多余污泥经过处理后用作厂区绿化植物的肥料。

将中和槽上澄清液转至pH调节槽，同时收集的超滤浓水也进入pH调节槽，一起与原水混合后，加入H2SO4调
节pH至5.5左右进入超滤、纳滤系统，重复以上的步骤，以确保纳滤浓水全部
实现闭路循环回用。

在纳滤系统回收率为60%，纳滤浓水、原水体积比为1∶1.5
条件下，按照纳滤系统回用流程连续循环7次，探讨纳滤系统pH对循环过程中
浓水中Ca2+、SO42-浓度的影响。

纳滤系统连续7d的运行过程中，Ca2+、Mg2+、SO42-等7个指标离子的浓度无论在浓水侧还是淡水侧均没有出现不断富集的现象；其中，浓水侧Ca2+、Mg2+、SO42-从初始1150、275、7260mg/L到第5d降
到最低点，即595、117、3081mg/L，在第6天Ca2+、Mg2+、SO42-达到最大值，即1420、481、8410mg/L，之后变化不大。

所以，在浓水侧不会出现硫酸盐结垢
导致膜污堵的情况，由于Cl-透过纳滤膜进入了产水侧，所以在浓水侧Cl-浓度被
稀释，因此Cl-不会在浓水侧出现富集情况；F-、Si、Na+形成了氟硅酸钠沉淀导致Na+没有在浓水侧不断富集。

5解决思路
（1）针对技术层面问题的解决措施。

针对废水水质波动较大这一问题，需要
化工企业采取相应的措施进行处理，比如在保证调节池时间超出48h的同时适当
的增加调节池的容量；化工企业可根据实际情况设立一个容积较大的废水暂存池，暂存时间为半个月左右；在碎煤加压气化废水处理过程中，可通过强化酚氨回收
装置的稳定性和回收率助力废水零排放的实现；针对气化废水处理难度大这一问题，需要企业提高对预处理工作的重视，即在正式加压对废水进行气化处理前就
将有害物质从生化系统中去除。

（2）针对经济层面问题的解决措施。

首先，适
当的提高水价，就当前各个企业用水成本而言，10元/t左右的水平还是会在一定
程度上影响实现废水零排放的积极性；其次，适当提高排污费用，将排污费用进
行合理的调整能促使企业自觉的加强对废水的处理强度，进而对有关废水处理的
工作安排以及资金投入等起到一定的推动作用；最后，加强对违法行为的惩戒力度，提高违法成本。

当前仍有大部分企业在没有达到排放标准情况下就直接排放
废水，通过提高违法成本，能让企业意识到用新鲜水的成本是远远高于废水处理
回收成本的，在自身利益受到损害后便会激发企业主动积极的投入废水处理工作中，加速废水零排放目标的实现。

结束语
总而言之，作为我国国民经济支柱产业之一的化工企业在我国社会经济发展
中占据着重要的地位，其拥有着用水大和排污大户两大称号。

企业在生产过程中始终面临着废水排放量大、废水处理难度大和废水污染成分复杂等问题，为了减少废水排放对环境的污染，有必要对纳滤膜零排放技术进行深入研究。

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