化工污水處理中膜技術(shù)的應(yīng)用

王 廣，張雪梅，張志豪

（1.寧夏百川新材料有限公司，寧夏銀川 750409；2.延安大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，陜西延安 716000；3.四川博約環(huán)境工程有限公司江蘇分公司，江蘇南京 210000）

當(dāng)污水處理不達(dá)標(biāo)時(shí)，將會(huì)對(duì)社會(huì)的發(fā)展造成極大影響，還會(huì)導(dǎo)致污染物不斷滲透到環(huán)境中，因此采用科學(xué)的方法高效處理化工污水，確保污水達(dá)標(biāo)排放顯得極其重要。當(dāng)前，污水處理技術(shù)與方法較多，膜技術(shù)屬于常用污水處理技術(shù)。在處理化工污水時(shí)，結(jié)合活性污泥法與膜技術(shù)除去污水內(nèi)的毒害物質(zhì)，達(dá)到提標(biāo)排放和中水回用的目的。

1 化工污水的危害

化工污水主要是化工生產(chǎn)期間，產(chǎn)生的工藝廢水、廢氣洗滌水、循環(huán)水、濃水排污等。當(dāng)上述水體沒有進(jìn)行有效處理，直接排放至外界環(huán)境中，將會(huì)污染外部環(huán)境及水體。化工污水多具有氣味難聞，揮發(fā)氣體毒害危害大的特點(diǎn)，不僅會(huì)危害身體健康，如處理不當(dāng)，還會(huì)對(duì)化工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成危害。若化工污水流入至河流、湖泊，將會(huì)導(dǎo)致地表水污染，同時(shí)可會(huì)滲透到地下水源中，造成惡性環(huán)境污染事件；若化工污水污染物超標(biāo)時(shí)，將會(huì)加劇水生動(dòng)植物死亡；若化工污水肆意漫流，還會(huì)侵蝕周邊土壤，導(dǎo)致土壤被污染或重金屬、毒害物質(zhì)超標(biāo)，嚴(yán)重影響生物的生長發(fā)育。

2 膜技術(shù)應(yīng)用與現(xiàn)狀分析

2.1 膜技術(shù)概述

膜技術(shù)采用高分子薄膜，通過膜兩側(cè)壓力差、溶液濃度差、電位差，純化、濃縮和分離多組溶液。膜技術(shù)的特點(diǎn)如下：

（1）膜分離為物理過程，不會(huì)影響物質(zhì)性質(zhì)，且不會(huì)產(chǎn)生新物質(zhì)，能夠降低分離過程的能源消耗。

（2）膜技術(shù)應(yīng)用范圍廣，可以達(dá)到離子級(jí)、微粒級(jí)、微生物菌體，均能夠通過膜技術(shù)分離。

（3）膜技術(shù)系統(tǒng)裝置簡單，便于操作。膜分離技術(shù)應(yīng)用膜材料機(jī)械攔截機(jī)制，分離效果明顯高于二沉池，同時(shí)在廢水處理中，不會(huì)因污泥膨脹導(dǎo)致出水惡化。

目前，化工行業(yè)常用微濾、反滲透、鈉濾等方式，同時(shí)聯(lián)合乳化液膜、氣體分離等操作。膜技術(shù)的裝置結(jié)構(gòu)簡單，便于操作，具備良好分離效果。在分離處理后，能夠回收利用產(chǎn)物，分離過程的自動(dòng)化水平高，因此被廣泛應(yīng)用到各領(lǐng)域。

2.2 技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

膜技術(shù)多利用電位差、濃度梯度原理對(duì)混合物進(jìn)行純化與分離處理。在污水處理中，膜分離技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，且技術(shù)也得到了很大的改進(jìn)?；の鬯幚響?yīng)用膜技術(shù)時(shí)，可以在室溫條件下持續(xù)運(yùn)行，不會(huì)造成二次污染，目前多數(shù)中水回用和“零排放”裝置膜技術(shù)得到了廣泛的認(rèn)可。但需要注意的是，當(dāng)化工污水毒害物質(zhì)的理化性質(zhì)接近時(shí)，采用常規(guī)技術(shù)與方法在處理化工污水時(shí)，無法達(dá)到理想化效果，通過膜技術(shù)處理化工廢水，可有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)技術(shù)方法的不足，全面提高廢水處理效果?；の鬯ǔ＞哂兴|(zhì)成分復(fù)雜、污染物較多的特點(diǎn)，處理難度較大，在污水處理中，單膜技術(shù)一般達(dá)不到預(yù)期處理效果，處理時(shí)多采用多種技術(shù)結(jié)合的方法，全面提高污水處理效果。

3 化工污水處理中的常見膜技術(shù)

3.1 微濾膜技術(shù)

微濾膜技術(shù)最早出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代，隨著技術(shù)成熟度逐漸提升，該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展也比較大。微濾膜技術(shù)通過微孔過濾技術(shù)，去除化工廢水中的細(xì)菌與微粒，技術(shù)優(yōu)勢在于膜內(nèi)孔分布均勻，可以攔截大微粒。此外，膜微粒技術(shù)具備良好的化學(xué)穩(wěn)定性、且過濾速度快，多是由于微濾膜為高分子多孔體，不會(huì)產(chǎn)生纖維、碎屑脫落問題。通過微濾膜技術(shù)，可以將大微粒攔截在外，加劇濾膜兩側(cè)壓力，也不會(huì)影響微濾膜攔截效果。在使用微濾膜技術(shù)時(shí)，無須額外添加污水處理機(jī)，操作便捷，且系統(tǒng)穩(wěn)定性非常高，不會(huì)占用較多面積。

3.2 超濾膜技術(shù)

超濾是一種按分子量大小進(jìn)行分離的壓力驅(qū)動(dòng)膜過程，根據(jù)膜孔徑大小可以去除顆粒、懸浮物、細(xì)菌、病毒、原生動(dòng)物、膠體物質(zhì)、高分子有機(jī)物等。因此被廣泛應(yīng)用到化工、食品與醫(yī)藥領(lǐng)域。

由于化工生產(chǎn)中包含大量污水，根據(jù)化工廢水的相關(guān)性質(zhì)，采用超濾膜技術(shù)進(jìn)行處理，超濾常應(yīng)用于化工廢水生化廢水、循環(huán)廢水的回用處理，以及除鹽水工藝的預(yù)處理。隨著超濾膜制造技術(shù)的提高和使用工藝的不斷完善，其性能可靠性高、抗污染能力強(qiáng)、透水性大、占地面積小、操作簡便、出水水質(zhì)優(yōu)異且穩(wěn)定、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，使得超濾膜技術(shù)在化工廢水處理領(lǐng)域應(yīng)用的范圍逐漸得到推廣。

3.3 反滲透膜分離技術(shù)

反滲透分離技術(shù)屬于新型膜分離技術(shù)，具備良好的節(jié)能效果，適用范圍廣。反滲透膜分離技術(shù)，借助于溶液滲透壓作用，其他物質(zhì)無法透過半透膜，從而達(dá)到分離物質(zhì)的目的。反滲透復(fù)合膜材料為芳香族聚酰胺，在處理化工污水時(shí)，將二級(jí)流程轉(zhuǎn)化為一級(jí)流程，轉(zhuǎn)變反滲透復(fù)合膜性能。

3.4 電滲析技術(shù)

在應(yīng)用電滲析技術(shù)時(shí)，多通過水處理技術(shù)、膜分離設(shè)備的結(jié)合，可以有效處理化工污水。電滲析過程是電化學(xué)過程和滲析擴(kuò)散過程的結(jié)合；在外加直流電場的驅(qū)動(dòng)下，利用離子交換膜的選擇透過性（即陽離子可以透過陽離子交換膜，陰離子可以透過陰離子交換膜），陰、陽離子分別向陽極和陰極移動(dòng)。離子遷移過程中，若膜的固定電荷與離子的電荷相反，則離子可以通過；如果它們的電荷相同，則離子被排斥，從而實(shí)現(xiàn)溶液淡化、濃縮、精制或純化等目的。該技術(shù)雖然一次投資較大，但運(yùn)行能耗低，具有很好的節(jié)能效果。

3.5 納濾膜技術(shù)

納濾膜技術(shù)可以有效彌補(bǔ)反滲透膜技術(shù)、超濾膜技術(shù)的應(yīng)用缺陷。在處理化工污水中，納濾膜技術(shù)能夠消除污水的色度、硬度、異味。在食品加工中，涉及脫色、雜質(zhì)解除、濃縮等工序，可以應(yīng)用納濾膜實(shí)現(xiàn)酵母再生，應(yīng)用鈉濾膜技術(shù)，回收和利用發(fā)酵液內(nèi)的有機(jī)酸。在應(yīng)用納濾膜技術(shù)時(shí)，可選擇性利用納濾膜生物反應(yīng)器，可以有效作用于半連續(xù)生產(chǎn)工業(yè)。

3.6 膜生物反應(yīng)器

膜生物反應(yīng)器處理污水處理能力比較強(qiáng)，被廣泛應(yīng)用于污水處理中。該項(xiàng)技術(shù)是在原有生物污水處理技術(shù)和膜分離技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，可以有效結(jié)合膜分離與生物處理技術(shù)的優(yōu)勢，全面提升污水處理效果和轉(zhuǎn)化率，相比于傳統(tǒng)處理方式，膜生物反應(yīng)技術(shù)的處理能力比較高。按照生物膜的不同放置方式，可以將膜生物反應(yīng)器劃分為一體式和分體式。按照需要情況可以劃分為厭氧型和耗氧型。膜生物反應(yīng)技術(shù)在膜污染放置過程、污泥產(chǎn)生量等方面具備顯著優(yōu)勢。通過應(yīng)用膜生物反應(yīng)技術(shù)，可以減少能源與資源利用率，整個(gè)處理過程的成本耗費(fèi)比較低，因此可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。膜生物反應(yīng)技術(shù)不再依賴污泥沉降性能，可以有效代替二沉池，除菌效果比較顯著。膜生物反應(yīng)技術(shù)在處理廢污水后，出水水質(zhì)比較高，且反應(yīng)器的占地面積比較小，因此被廣泛應(yīng)用于廢水回收和污水處理中，應(yīng)用前景廣闊。

4 工業(yè)廢水中膜技術(shù)應(yīng)用

4.1 含油工業(yè)廢水處理技術(shù)

在工業(yè)油田作業(yè)過程中，采用水、冷軋乳化液、金屬切削操作時(shí)，需要應(yīng)用到清洗液處理該工業(yè)廢水，廢水中含油污比較大，去除難度高。由于油脂多為乳化油、浮油、分散油，乳化油的形式存在，處理難度非常大。在處理工業(yè)廢水時(shí)，通常采用膜技術(shù)，可以降低處理費(fèi)用與成本。若采用電解、化學(xué)法會(huì)產(chǎn)生較高費(fèi)用。膜技術(shù)處理成本低，且采用膜技術(shù)能夠高效處理含油廢水，經(jīng)處理的濃縮液可以回收利用，全面提升能源資源利用率。

4.2 造紙廢水處理技術(shù)

（1）造紙廢水處理。針對(duì)造紙產(chǎn)業(yè)來說，造紙廢水中含有毒害物質(zhì)，必須經(jīng)過處理后才可以排放。通過長期實(shí)踐可知，造紙廢水由于紙漿成分、造紙工藝的差異，從而產(chǎn)生不同的污染成分。在處理該工藝廢水時(shí)，必須明確造紙紙漿成分、技術(shù)工藝，從而選擇科學(xué)的處理技術(shù)。例如藥物沉淀法、化學(xué)沉淀法、氣浮法、活性污泥等工藝，均屬于造紙廢水的常見處理技術(shù)。然而單一的處理技術(shù)無法達(dá)到理想的產(chǎn)水效果，極易受到外界因素干擾。所以在污水處理技術(shù)研發(fā)中，膜技術(shù)的應(yīng)用成為處理工業(yè)廢水的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其中最具有代表性的就是滲透膜。

（2）造紙廢水膜法處理。在處理造紙廢水時(shí)，必須合理選擇膜、優(yōu)化設(shè)計(jì)膜系統(tǒng)，合理的設(shè)計(jì)會(huì)對(duì)后期水處理水質(zhì)指標(biāo)影響較大。由于造紙廢水溫度比較高，因此在選擇膜材料時(shí)，必須選擇耐溫化學(xué)高分子膜。由于廢水成分較復(fù)雜，且濃度高，在選擇設(shè)備時(shí)，還應(yīng)當(dāng)考慮到流動(dòng)性能，優(yōu)先選擇板式、管式設(shè)備。

4.3 染料廢水的膜處理技術(shù)

在染料工業(yè)加工中，產(chǎn)生的廢水中的色度、鹽度非常高，針對(duì)廢水的鹽分，必須做好脫鹽處理。通過卷式納濾膜鹽度、濃縮處理方式，在壓力作用下開展納濾膜處理，可以降低鹽分濃度，且廢水中截留率較高。對(duì)于廢水的洗滌廢液，也必須做好科學(xué)化處理。采用醋酸纖維素納濾膜，可以高效處理染料廢水，對(duì)活性艷紅、水溶液會(huì)有很好的處理效果。

4.4 化工濃水膜處理技術(shù)

在化工污水處理的過程中，通過中水回用裝置，會(huì)產(chǎn)生一定量的濃水，這些污水的處理也多采用膜技術(shù)對(duì)廢水進(jìn)行提濃和減量化處理，最后達(dá)到“零排放”的目的。前期工藝采用高密池+高強(qiáng)度膜的澄清、過濾工藝，代替了常規(guī)澄清+濾池+超濾的工藝，工藝流程縮短，處理效率提高，減小了占地面積和投資，而且高強(qiáng)度膜過濾精度高、出水濁度低，便于反洗維護(hù)；采用二級(jí)脫鹽工藝，將TDS 的濃縮分段實(shí)現(xiàn)，中壓GTR3 膜到30 000mg/L 以上、高壓GTR4 膜到60 000mg/L 以上，有利于平衡膜效率和降低能耗；一級(jí)、二級(jí)特種脫鹽組合膜工藝實(shí)現(xiàn)了回收率＞80%；為解決有機(jī)物對(duì)膜的生物污堵問題，在工藝處理過程中最大限度地去除水體中的COD；通過石灰、純堿+離子交換雙級(jí)軟化，保證水體軟化效果，能有效降低出水硬度，降低后續(xù)膜處理的結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)。

特種GTR 系列膜比標(biāo)準(zhǔn)抗污染膜流道寬，更耐污堵；GTR 膜片更牢固，已在高污染鋼鐵高鹽水零排放中試和煤化工高鹽水零排放實(shí)際項(xiàng)目上得到驗(yàn)證，可保證在高污染、高濃縮倍率下的穩(wěn)定運(yùn)行，降低膜清洗頻率，延長膜的高性能和壽命。

5 結(jié)束語

在處理化工污水時(shí)，對(duì)技術(shù)工藝的要求比較高，不同化工污水處理技術(shù)的差異較大，單一污水處理技術(shù)無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。所以在處理化工污水時(shí)，應(yīng)當(dāng)聯(lián)合實(shí)際情況，聯(lián)合多膜技術(shù)處理污水。全面應(yīng)用技術(shù)優(yōu)勢與不足，體現(xiàn)技術(shù)應(yīng)用價(jià)值，全面提升化工污水處理效果。