工业废水处理中膜分离技术的研究现状.pdf

1、Vol.42 No.10Oct.2023石油化工应用PETROCHEMICAL INDUSTRY APPLICATION第42 卷第10 期2023年10 月专论与综述工业废水处理中膜分离技术的研究现状吴军霞（白银矿冶职业技术学院，甘肃白银7 3 0 9 0 0）【摘要 随着工业企业规模的不断扩大，水污染日益严重，导致淡水资源短缺。为了寻求一切可行的办法以减少对有限淡水资源的过度开发，在多种水资源中，最可靠的可用水资源之一是废水。对工业废水合理处理，能够提高水资源的利用率，可实现“变废为宝的发展路线。在多种处理技术中，传统的废水处理工艺是将废水以直接排放为目的进行处理。然而，为了节约水资源，改

2、进废水处理工艺是非常有必要的，处理过的废水可用于工业、农业和家庭。与传统的分离技术相比，膜分离技术具有耗能低、分离性能高等优点，有着十分光明的发展前景，尤其是在废水处理方面。本文综述了膜分离的原理和膜分离的过程，然后介绍了膜分离技术在工业废水处理领域中的应用，并且根据应用情况对膜的优缺点进行了讨论和总结。最后，对膜分离技术在废水处理中的应用提出了今后的研究建议。【关键词 工业废水；膜；膜分离；应用中图分类号 X703D0I:10.3969/j.issn.1673-5285.2023.10.001【文献标识码 A文章编号 16 7 3-52 8 5(2 0 2 3)10-0 0 0 1-0 5R

3、esearch status of membrane separation technologyin industrial wastewater treatmentWUJunxia(Baiyin Mining and Metallurgy Vocational and Technical College,Baiyin Gansu 730900,China)Abstract JWith the increasing scale of industrial enterprises,water pollution is becomingmore and more serious,leading to

4、 a shortage of freshwater resources.In order to find allfeasible ways to reduce the overexploitation of limited freshwater resources,one of the mostreliable available water resources among many is wastewater.Proper treatment of industrialwastewater can improve the utilization of water resources and

5、can achieve the developmentroute of turning waste into treasure.Among various treatment technologies,the traditionalwastewater treatment process is to treat wastewater for the purpose of direct discharge.How-*收稿日期：2 0 2 3-0 4-11作者简介：吴军霞（19 8 9 一），女，讲师，研究生学历，师从徐惠教授，研究方向为化工新型材料及化工工艺改进，现从事化学教学及相关科研工作。E

6、-mail:2ever,in order to save water resources,it is necessary to improve the wastewater treatmentprocess so that the treated wastewater can be used in industry,agriculture and households.Compared with traditional separation technologies,membrane separation technology has avery bright future,especiall

7、y in wastewater treatment,because of its low energy consumptionand high separation performance.This paper reviews the principle of membrane separationand the process of membrane separation,then introduces the application of membrane sepa-ration technology in the field of industrial wastewater treatm

8、ent,and discusses and summa-rizes the advantages and disadvantages of membrane according to the application.Finally,future research suggestions are made for the application of membrane separation technologyin wastewater treatment.Key words Jindustrial wastewater;membranes;membrane separation;applica

9、tions石油化工应用2 0 2 3 年第42 卷近年来，由于经济的快速发展导致水环境质量不断恶化，各类水污染事件层出不穷，尤其是工业废水。对此，急需一种高效的处理方法，如常规过滤、混凝-絮凝、生物处理和膜分离等方法。其中,膜分离技术与其他分离技术相比，膜分离技术具有能耗低、污染小、分离质量高、稳定、安全等优势，因此，在国内工业企业应用较为广泛 2-3 。膜分离技术是指利用外部能量或化学电位差的促进作用，通过特定膜的渗透作用，对双组分或多组分混合液体或气体进行分离、分类、纯化和富集的技术。膜分离技术可以有效拦截污染物、细菌和致病菌 4-。膜分离技术在废水处理方面不仅对环境友好，而且还会实现节约

10、与效益的大范围增长。因此,将膜分离技术的发展称为“第三次工业革命”。综上所述，膜分离技术在废水处理中的优势最为明显,具有广阔的应用前景，通过对新型膜材料的不断开发，可以有效的缓解淡水资源短缺的现状。1膜分离的原理膜分离技术完全不同于传统的过滤，膜分离是一种物理过程,膜可以在分子范围内进行分离,不需要添加任何分离剂。由于混合物不同的物理性质如体积、质量、几何形状等，可使用膜分离技术使混合物得以分离,并且由于其通过分离膜有不同的速度，也可以依据此将其分离。根据膜的孔径大小(或保留的相对分子质量)的不同,可分为微滤（MF）、纳滤（NF）、超滤（UF)和反渗透(RO)2.。1.1 微滤(MF)微滤属于

11、精密过滤也被称为精细过滤或丝网过滤。微滤膜的孔径一般在0.0 1 10.0 0 m。在0.1 0.3 MPa的压力下，溶剂、盐、水和大分子物质等颗粒会通过微滤膜。小于膜孔径的颗粒会通过微滤膜，而大于膜孔径的微粒子和大分子物质如一些细菌则被膜拦截，从而达到分离的效果。它主要用于液体澄清、杀菌以及工业中对PM2.5的捕捉。1.2纳滤(NF)纳滤也被称为超低压反渗透。纳滤膜的孔径约为1 nm。在0.5 2.5MPa的压力下,水、溶剂等相对分子质量小于2 0 0 的物质会通过纳滤膜，而溶质、二价盐、糖、染料等相对分子质量为2 0 0 10 0 0 的物质会被截留,从而达到分离效果。其分离性能介于微滤和

12、超滤之间,并考虑了两者的工作原理。它主要用于溶液中大分子物质的浓缩和纯化。1.3超滤(UF)超滤膜一般是不对称的结构，膜孔径的大小和膜的表面特性有不同的保留效果。膜表面特性具有不同的截留效果。膜的孔径一般为2 10 0 nm。在0 1.0 MPa的压力下，相对分子质量小的溶剂或物质可以穿透膜，而大分子和细小颗粒则被拦截，从而达到分离的效果。它主要用于含有大分子和胶体的溶液的净化和分离。1.4反渗透(RO)反渗透是在压差的驱动下，通过半透膜完成分离任务的膜分离过程。当溶液上部施加压力（10 0 0 10 000MPa)大于溶液渗透压时，在压差作用下,溶剂分子将浓度梯度反转（与自然渗透方向相反）,

13、从而得到膜低压侧的渗透溶剂和高压侧的浓缩溶剂A凝聚溶液，其中大部分用于海水淡化。在膜的低压侧获得淡第10 期水，在高压侧获得盐水。2膜分离的过程膜分离的过程与膜的类型密切相关。由于膜科学是近几十年发展起来的一门新兴交叉学科，由于膜结构的复杂性,易受环境等因素的影响。因此,膜分离的过程大致如下。2.1固态膜固态膜是膜技术最早利用的一种成膜材料为固态物质的膜。固态膜的分离过程主要是在外界压力作用下，按膜孔径的大小对粒子进行“筛分”的过程，即按粒子的有效尺寸大小加以“筛分”，直径小于膜孔直径的粒子通过分离膜，直径大于膜孔直径的粒子则被截留7。2.2液膜液膜分离技术首先是由美国登埃克森公司的美籍华人黎

14、念之博士于19 6 8 年提出，所谓液膜是指通过两液相间形成与之相互不溶的液体界面，它将两种组成不同的溶液隔开，经选择性渗透使物质得以分离或提纯。与固态膜相比,液膜具有膜薄（1 10 m）比表面积大、分离系数高、分离速度快、成本低、用途广等特点，特别适用于溶液中特定离子及有机物的分离。液膜一般由膜溶剂、活化剂、增强剂等组成，它又分为乳状液膜和支撑液膜两种，在两种液膜中以乳状液膜应用较为普遍，二者的分离机理大致相同。3膜分离技术的应用3.15处理造纸业废水从造纸过程开始，制浆造纸工业就利用了大量的水,并产生了大量的高污染废水。造纸业面临着减少用水和减少环境污染的全球压力。然而，传统的物理化学方法

15、处理废水需要高能量输人，其生态影响值得怀疑。由于零排放政策，各行业迫切需要新型环保、可持续和高效的处理技术。微生物技术是处理废水和可持续增长的最优选择。本文描述了传统和新方法的概述，包括膜生物反应器（MBR)和移动床生物膜反应器（MBBR）技术的现状及其处理纸浆和造纸废水的限制。预计将新方法与先进的混合技术相结合，以满足废水处理标准和前景。此外,耦合MBR和MBBR技术使能源和水的回收成为可能，并且回收废水在经济和环境上都是可行的。吴军霞工业废水处理中膜分离技术的研究现状处理高浓度有机废水在高浓度有机废水处理中，膜分离技术发挥着重要的作用。为降低工厂废水处理成本,梧州神冠蛋白肠溶衣生产厂设计建

16、造了膨胀颗粒污泥床（EGSB）-陶瓷膜生物反应器(CMBR)工艺，处理高浓度有机废水,容量为2 5m/d。EG SB 分为厌氧部分和微需氧部分10。厌氧段的目的是大幅度降解COD,微需氧段的主要作用是协调水解产酸菌、产甲烷菌（MBP)和硫酸盐还原菌(SRB)之间的关系，减缓它们之间的抑制作用可同时去除COD和硫酸盐。向CMBR中加人厌氧氨氧化细菌以去除COD和氨氮。运行结果表明,EGSB-CMBR工艺去除了9 9%以上的COD,而NH+-N和SS分别大于7 0%和9 0%。此外膜分离技术在制药废水叫、制糖废水2 、乳化液废水13 等领域也得到了广泛应用。3.3处理重金属废水金属精加工产生的废水

17、通常含有有害的重金属。出于环境原因，废水中的成分必须被去除或回收。传统的中和法或化学沉淀法对其净化效果不理想。此外,应评估回收有毒金属和有价金属的可能性。近年来，膜工艺从稀释废液中回收金属方面的应用有所增加。主要应用领域是电镀工业的漂洗水或酸洗废液甚至镀锌浴。RO,NF,ED,DD等膜技术可以从废液中分离金属离子，并回收金属和水。电渗析法去除电镀漂洗水中的金属离子特别吸引人，因为浓缩溶液可以直接回收到镀锌槽中，而水可以回收到漂洗中。实验结果表明，电蚀法可成功回收Ni、C u、A u、C d、Ag、P d、Cr 等金属4。RO或NF是另一种可以应用于电镀溶液处理的方法。含有金属的液体可以浓缩，得

18、到的保留液和纯水可以循环，这允许关闭供水系统，减少淡水消耗。然而，用于反渗透或纳滤的膜对pH值的极端值很敏感。该过程可以成功地应用于任何不同的技术。络合-超滤混合工艺是去除工业废水中金属离子的一种有吸引力的方法。金属离子被聚合物配体结合成分子大小的化合物，允许通过超滤或微滤保留它们。然后将聚合物-金属配合物分解（例如改变pH值）以回收络合剂。含有浓缩金属离子的溶液可以用后续UF分离。各种聚合物都可用作络合剂一一一聚乙烯亚胺、聚丙烯钠。金属回收率高，可达9 2%。3.4处理含油废水含油废水存在于钢铁的压延，金属材料的研磨及加工，炼油厂、加油站及机械、船舶的制造和维修等行业。工业含油废水中油相一般

19、有三种状态,即乳油、分33.24散油、乳化油。乳油和分散油可用分离器进行分离，而乳化油用机械方法难以分离。用超滤膜处理含油废水效果较好，该法和反渗透相结合处理含油废水效果更佳，在除去水的COD和BOD的同时，还可回收乳化油。梁立军等15 用中空纤维超滤器对大庆油田注水站的回注水进行试验，开发的膜组件在通量上比常规的中空纤维组件大3 4倍，在0.0 8 MPa的压差下，其稳定通量达到最大，采用自配的清洗液清洗后，通量恢复达9 5%以上。对于近海石油开采中分离出的废水,采用低脱盐率的纳滤膜技术是比较适合的处理方法，它不仅可使废水达标排放，而且通量大，水的回收率高。一般所采用的纳滤膜对NaCl的截留

20、率小于2 0%。3.5处理造纸废水膜分离技术处理制浆造纸工业废水在国外已较成熟，主要使用超滤和反渗透处理制浆废水及回收有用副产品，我国在这方面研究也有一定进展。QIU等6 设计了一种集纳滤、双极膜电渗析和膜接触器（NF-BMED-MC)于一体的化学自给自足零液体排放(ZLD)系统,用于废水和废气的资源化回收。该系统的主要特点包括：（1）通过NF从预处理的造纸废水中回收NaCl;(2)通过BMED生成HCI/NaOH和淡水回收;(3)CO,捕获和NaOH/Na2CO由MC生成。这个集成系统显示出巨大的协同作用。通过用NaOH/NazCO,沉淀造纸废水和纳滤浓缩物中的硬离子，减轻了纳滤膜上的无机结

21、垢。此外,具有高稳定性的NF-BMED-MC系统可同时实现CO2的高效去除和淡水及高纯资源（NaCl、Na2SO4）的可持续回收，NaOH和HCl从废水和废气中提取，无需引人任何额外的化学物质。环境评价表明，通过应用NF-BMED-MC系统可以实现碳中和的造纸废水回收。这项研究确立了NF-BMED-MC作为造纸工业排放处理ZLD的当前膜方法的可持续替代方法的前景。4总结与展望膜分离技术作为2 0 世纪6 0 年代以后迅速兴起的一项新技术，从膜分离技术在工业废水处理等相关领域的应用就可以看出，与传统技术和其他技术相比，膜分离技术具有明显的优势和良好的发展前景。但是，膜分离技术在工业废水处理中的应

22、用并不是对传统工艺的简单替代,而是一个综合升级发展的过程。目前,膜分离技术存在成本高、膜污染、工作条件差、膜分离性能有待提高等一系列问题，阻碍了膜分离技术的进一石油化工应用2 0 2 3 年步发展和应用。因此，膜分离技术在水处理中的未来发展方向应集中在以下几个方面。首先，本技术重点研究膜的污染，从而提高膜的使用寿命。第二，该技术侧重于开发类似陶瓷微滤膜的结构稳定、环境适应性强的新材料膜，以应对极端条件下的工业废水处理。第三，坚持膜分离技术与传统处理技术相结合，预处理可以减少膜的污染,增加膜的使用寿命,降低成本。参考文献：1 ISLAM T,REPON M R,ISLAM T,et al.Imp

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