微滤技术简介及在水处理中的应用

微滤技术简介及在水处理中的应用
一、微滤技术简介
微滤膜（亦称微孔膜、微孔滤膜）分离过程是在流体压力差的作用下，利用膜对被分离组分的尺寸选择性，将膜孔能截留的微粒及大分子溶质截留，而使膜孔不能截留的粒子或小分子溶质透过膜。

微滤过程的基本原理同常规的用滤布或捕或分离悬浮在气体或液体中的固体颗粒相比（筛分过程）几乎是相同的，只是膜过滤所截留的微粒尺寸更小，效率更高，过滤的稳定性更好。

常规过滤能截留大于0.5 μm 的颗粒。

它是依靠滤饼层内颗粒的架桥作用等机理，才截留住如此小的颗粒，而不是直接利用过滤介质的孔隙筛分截留的，常规过滤所使用的纤维堆积或编织的过滤介质的孔径通常有几十微米。

与常规过滤相比，微滤属于精密过滤，它可截留溶液中的沙砾、淤泥、黏土等颗粒和贾第虫、隐孢子虫、藻类和一些细菌等，而大量溶剂、小分子及少量大分子溶质都能透过膜的分离过程。

微滤操作有死端（deadend，又称垂直流）过滤和错流（crss-flow，又称切线流）过滤两种形式。

死端过滤主要用于固体含量较小的流体和一般处理规模，膜大多数被制成一次性的滤芯。

错流过滤对于悬浮粒子大小、浓度的变化不敏感，适用于较大规模的应用，这类操作形式的膜组件需要经常的周期性的清洗或再生。

与常规过滤相比，微滤属于精密过滤。

它能截留溶液中的粒径较大的悬浮颗粒物和绝大部分细菌，而大量溶剂、小分子及少量大分子溶质都能透过微滤膜。

微滤膜分离过程是在流体压力差的作用下，利用膜对被分离组分的尺寸选择性，将膜孔能截留的微粒及大分子溶质截留，而使膜孔不能截留的粒子或小分子溶质透过膜。

微滤膜的截留机理因其结构上的差异而不尽相同，大体可分为以下四种∶
①机械截留作用。

机械截留作用是指膜具有截留比其孔径大或与其孔径相当的微粒等杂质的作用，即筛分作用。

②吸附截留作用。

膜表面的所荷电性及电位也会影响到其对水中颗粒物的去
除效果。

水中颗粒物一般表面荷负电，膜的表面所带电荷的性质及大小决定其对水中颗粒物产生静电力的大小。

此外，膜表面力场的不平衡性，也会使得膜本身具有一定的物理吸附性能。

③架桥作用。

粒径大于膜孔的颗粒会在膜的表面形成滤饼层，起到架桥的作用。

这样就使得膜能够将粒径小于膜孔的某些物质也能截留下来。

④网络内部截留作用。

对于网络型膜，其截留作用以网络内部截留作用为主。

这种截留作用是指将微粒截留在膜的内部，而不是在膜的表面。

由上可见，对膜过滤过程来说，膜对水中污染物质的去除效果不仅依靠膜孔的机械截留作用，而且与膜表面的荷电性、膜内部结构以及料液中颗粒物的性质有关。

微滤膜主要用于分离尺寸为 0.01～10μm 的污染物质，并且由于其具有抗污染能力强、处理成本低等特点，在环境领域广泛应用于工业废水处理、城市污水处理等。

微滤工艺存在抗膜污染能力强、操作压力低、经济成本低等优点，但也由于膜孔尺寸的限制，若直接用于工业废水的处理，对水中污染物质的去除效率受到一定的限制。

二、微滤技术在水处理中的应用
对于工业废水的处理，主要采用混凝＋微滤工艺。

通过混凝剂的吸附架桥、絮团卷扫等作用，将污水中尺寸较小的胶体、微粒及溶解态污染物结合于混凝剂所形成的絮团上，然后借助微滤膜对絮体的截留去除而实现对污水的净化。

1、重金属废水
微滤与传统的混凝工艺相结合广泛应用于含重金属废水的处理。

混凝-微滤工艺用于含重金属废水的处理具有处理效率高、流程简单、操作压力低（0.01～0.03MPa）、处理成本低、占地面积小等优点。

张志军、张春宇等对混凝-微滤工艺处理含铜、镍的电镀废水进行了实验研究。

实验以 FeSO4为混凝剂，所使用的微滤膜为膜孔径为 0.1 μm 的聚偏氟乙烯（PVDF）微滤膜。

通过实验对最佳的工艺参数进行了探讨，结果表明该方法能
高效去除电镀废水中Cu+、Ni2+，去除率分别达到99%与97%，出水符合国家《污水综合排放标准》中对 Cu²*、Ni*浓度的限值要求。

甘胜、周旺等以混凝-微滤工艺处理含镍的电镀废水，考察了原水 pH、混凝剂投加量、停留时间等因素对处理效果的影响。

研究结果表明，在pH为9.5， PAC 投加量为 800 mg/L，停留时间为10min的条件下，对废水中镍的去除效率达到97%以上。

对实际工业废水中镍的去除率为81.36%。

该工艺能够高效去除电镀废水中的镍。

2、造纸废水
造纸工业是能耗、物耗高，对环境污染严重的行业之一，其污染特性是废水排放量大，其中COD、悬浮物（SS）含量高，色度高。

造纸废水的 COD由非溶解性 COD和溶解性 COD两部分组成，通常非溶解性 COD占 COD组成总量的大部分。

当废水中 SS 被去除时，绝大部分非溶解性 COD 同时被去除。

董海山对混凝-微滤的工艺处理造纸废水进行了实验和工程实例研究。

处理的流程为∶先对造纸废水进行微滤，以回收纸浆，并初步降低废水中 COD 及 SS，然后向废水中投加 PAC、PAM等混凝药剂，进行混凝沉淀处理。

研究结果表明，该处理方法能有效降低废水中 COD、SS 等污染物质。

微滤操作处理除了能回收纸浆外，对COD、SS 的去除率也能达到 40%。

整个处理系统对造纸废水中COD、SS 的去除率分别能达到 85%、90%以上，处理出水水质达到国家造纸企业废水中污染物排放的浓度限值要求。

3、制革废水
制革废水是制革生产过程中排出的废水。

制革过程中通常将动物皮用盐腌或用水浸泡，使其膨润，加石灰、去肉、脱碱，然后用丹宁或铬鞣制加脂软化，最后染色加工制成皮革。

通常制革废水的 COD达 2000～3000mg/L，SS 浓度为 1 500～2 000 mg/L，废水的 BOD;浓度、色度等也较高。

制革废水也可以通过混凝-微滤的工艺加以处理。

张萍、朱淑琴等对混凝-微滤工艺处理制革废水进行了研究。

在最佳的运行条件下，该处理方法对制革废水中 COD、BODs、SS和色度的去除率分别为80%、87%、89%、92%。

处理后，废水
可达到排放标准。

4、含油废水
国内大部分油井，采出的表层原油大都是油水共存的（有的油水比为3∶7），经油水分离后，采出水要回灌到地层深处，以防地面下沉。

对回灌水的要求是除去0.5μm 以上的悬浮物及其细菌，悬浮物污染指数（SS）小于1mg/L，含油量小于2mg/L。

而采出水本身水质差，其中矿化度高，SS 含量高，并含有黑色原油，水温又高，很难处理，因此采出水回灌问题一直亟待解决。

王生春、温建志等采用聚丙烯中空纤维微孔膜装置，对含油废水进行处理，其出水完全达到回灌要求，为油田采出水处理开辟了新的途径。

5、微滤作为反渗透、超滤等的预处理
由于微滤膜孔径的尺寸范围及其经济成本低的特点，微滤常用作反渗透、超滤等更为精密过滤的预处理。

微滤作为预处理能降低后端反渗透、超滤等处理设施的污染负荷，减轻膜污染现象，延长后端膜处理系统的使用寿命。

唐运平、许丹宇等以某钢铁集团的混合废水（包括焦化、炼铁、炼钢等工业废水及厂区生活污水）为处理对象，经过生化处理后，再用微滤-反渗透工艺进行深度回用处理。

将微滤作为生化出水进入反渗透前的预处理。

处理工艺见图3-20。

试验研究表明，国产连续微滤膜（CMF）具有耐污能力强的特点，对生化出水中COD、SS的平均去除率分别为19.6%、72.7%，对氮磷的去除率随水质波动变化较大。

该微滤处理能够有效去除水中悬浮颗粒物、胶体、微生物等，使得出水能够满足反渗透预处理和回用的需要。