膜分离技术在废水处理中的应用
李珍11204112
摘要膜分离技术作为一种能耗低、设备简单、操作方便和分离性能好的分离技术在废水处理和中水回用方面有着广泛的应用前景。
本文综述了膜分离技术在废水处理中的应用，着重介绍了超滤、纳滤、液膜等膜分离技术的特点及其在各种废水处理中的应用，并对膜技术应用前景做了总结与展望。
关键词膜分离废水处理超滤纳滤液膜
1.膜分离技术简介
1.1膜分离技术
膜分离技术是指在分子水平不同粒径分子的混合物在通过半透膜时, 实现
选择性分离的技术, 半透膜又称分离膜或滤膜, 膜壁充满小孔, 根据孔径大小可以分为: 微滤膜(MF ) 、超滤膜(U F) 、纳滤膜(NF) 、反渗透渗出膜(R 0 ) 等, 膜分离采用错流过滤方式。
膜分离技术因为具有常温下操纵、无相态变化、无化学变化、选择性好、高效节能、在生产过程中不产生污染等特点, 广泛应用于发酵、生物制药、植物提取、化工、饮用水净化、除菌、废水处理等多个领域。
分离膜因其独特的结构和机能, 在环境保护和水资源再生方面异军突起, 在环境工程, 特别是废水处理和中水回用方面有着广泛的应用前景。
1.2 膜分离技术原理
膜分离与传统过滤的不同在于, 膜可以在分子范围内进行分离, 是一种物理过程, 不需添助剂。
膜分离技术可利用混合物物理性质的不同(质量、体积、几何形状等) 将其分离，也可利用混合物通过分离膜的速度不同将其分离。
2. 超滤膜分离技术在废水处理中的应用
2.1超滤膜简介
超滤是一种压力驱动的膜分离过程，是根据分子的大小和形态而分离的筛选机理进行分离的。
自20世纪60年代以来，超滤很快从实验规模发展成为重要的工业单元操作技术，它广泛用于食品、医药、工业废水处理、高纯水制备及生物技术工业；在工业废水处理方面应用得最普遍的是电泳涂漆过程，城市污水处理及
其他工业废水处理领域都是超滤未来的发展方向。
2.2 超滤膜在废水处理中的应用
（1）含油废水处理机械行业和石化行业的含油废水一般以漂浮油、分散油和乳化油三种形式存在，其中乳化油的分离难度最大。
用电解或化学法破乳使油粒凝聚的费用较高，而超滤就不需要破乳直接可将油水分离，特别适用于高浓度乳化油的处理和回收。
超滤处理乳化油废水时，界面活性剂大部分可透过而超滤膜对油粒子完全阻止，随浓度增加油粒子粗粒化成为漂浮油浮于液面上，再用撇油装置即可撇除。
（2）城市污水的处理生活污水再利用不仅可以减轻环境污染而且也是解决水资源短缺的有效方法。
超滤通常是与其他处理方法联合使用来处理此类污水的，用超滤技术处理过滤后的城市污水，二级出水可进一步降低水的浊度、色度及有机物。
超滤出水可作为循环冷却水，造纸用水等对水质要求不太高的工业用水水源。
（3）洗毛水的处理皮毛加工及毛纺过程会产生大量的洗毛水，其中含有羊毛脂。
用超滤法处理洗毛水不仅可以回收废水中羊毛脂，而且可回用洗毛水。
超滤处理后洗毛水浓缩了10~20倍，脂的截留率>80%，去除率>80%。
用聚砜中空纤维超滤法处理洗毛废水后，脂、COD及总固体的去除率分别在98%、95%和80%以上。
（4）电泳涂漆水处理电泳涂漆是对汽车、冰箱、摩托车等的壳体镀上底漆的工艺，完成后需用水漂洗去掉浮漆，为防止洗出漆的损失而且应工艺要求必须将漆水分离以回收漆，超滤是一种十
分理想的回收漆的方法，经超滤分离后漆返回漆槽回收，清水则返回清洗水箱继续使用，这样既提高了漆的利用率又减少了污水处理费用。
3．纳滤膜分离技术在废水处理中的应用
3.1纳滤膜简介
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、溶质荷电状态和相互作用有关系。
3.2 纳滤膜在废水处理中的应用
（1）含重金属废水的处理在金属加工和合金生产中的清洗水中含有浓度相当高的镍、铁和锌等重金属离子，采用纳滤膜技术不仅可以回收90%以上的废水，使之纯化，而且同时使重金属离子含量浓缩10倍左右。
浓缩后的重金属具有回收利用的价值，如果条件控制适当，纳滤膜还可以分离溶液中的不同金属。
（2）造纸废水的处理因为造纸废水中的有机物大多是带负电的，它们很容易被带正电性的纳滤膜截留并且对膜不产生大的污染。
同样地，用纳滤膜处理含有硫酸木质素等有色化合物的废水既能除去90%以上的COD,膜通量甚至比聚砜超滤膜还要高3倍。
高通量可能是由于带负电性的纳滤膜截留了带负电性的硫酸木质素。
（3）化学工业废水的处理处理化学工业废水的常用方法是浓缩后焚烧或曝气，而且浓缩时需要除去废水中的盐分，因为浓缩成高盐度的废水会对焚烧炉或暖气装置产生更大腐蚀。
另外，废水中含有许多生物不能降解的大分子有机物。
纳滤膜能有效解决这些问题，纳滤膜在浓缩水中有机成分的同时让盐分透过，从而达到分级分别处理。
经浓缩后的已脱盐废水可以去曝气，而透过液则可经生化处理成无害的排放液。
（4）石油工业废水的处理在石油开采和炼制过程中会产生各种含有机物和无机盐的废水，成分非常复杂。
采用纳滤膜将原油废水分离成富油的水相和无油的盐水相，然后把富油相加入到新鲜的供水中再进入洗油工序，这样既回收了原油又节约了用水。
石油工业的含酚废水中酚类物质毒性很大，必须脱除后才能排放。
采用纳滤技术，不仅酚的脱除率可达95%以上，而且在较低压力下就能高效地将废水中的镍、汞、钛等重金属高价离子脱除，其费用比反渗透等方法低得多。
（5）食品工业废水的处理袁其朋等采用超滤C纳滤组合工艺对大豆乳清废水进行了处理试验。
经超滤处理后的乳清废液再经纳滤浓缩10倍后浓缩液中总糖约有77%被截留，其中功能性低聚糖水苏糖和棉子糖的截留率高达90%以上。
浓缩液中总糖质量分数达8.72%，再经活性炭脱色和离子交换脱盐及真空浓缩，即可得到透明状大豆低聚糖糖浆D（干基质量分数为76%）。
该法的优点在于既解决了废水的排放问题，同时又通过回收利用增加了经济效益。
4. 液膜分离技术在废水处理中的应用
4.1 液膜简介
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。
4.2 液膜在废水处理中的应用
（1）处理含酚废水液膜法除酚效率高、流程简单，可处理低浓度、高浓度含酚废水。
华南理工大学环境研究所采用液膜法两段逆流连续萃取除酚，将
LMS-2、煤油、表面活性剂、氢氧化钠水溶液混合搅拌制成乳状液，处理后的工业含酚废水中酚含量从1000mg/l降至0.5mg/l去除率为99.95%。
破乳后可从内水相中回收酚钠盐，油相则循环利用，目前我国在液膜除酚技术方面已进入工业应用阶段。
（2）分离废水中的有机酸、无机酸美国科罗拉多矿业大学的Wang研究了用液膜法去除水溶液中的多种有机酸成分。
如两种有机酸溶质体系（间甲酚/安息香酸、酚/苯基乙酸）和三种有机酸溶质体系（酚/安息香酸/苯基乙酸）。
以总浓度为0.012mol/l的间甲酚/安息香酸溶液的分离试验为例,随膜相与外水相
接触时间延长外水相中间甲酚/安息香酸不断减少直至平衡。
安息香酸可去除95%左右，间甲酚剩余较多。
（3）去除重金属离子奥地利Graz工业大学的Marr等人采用乳状液液膜分离技术，对去除粘胶废水中的Zn2+、Cu2+Cd2+Pb2+Cr3+Ni2+重金属离子作了大量试验，表明除Ni外，其他金属离子的去除率均高于99%。
以Zn的去除与回收为例,与溶剂萃取、化学沉淀、离子交换等方法相比较，液膜分离法最经济。
分离Zn的工
艺采用逆流萃取塔和静电聚结破乳装置内包相使用DTPA[(2-乙基己基)二硫代
磷酸]。
5.总结与展望
膜分离技术作为在20世纪60年代后迅速崛起的一门新技术, 在技术进步、产品结构调整、节省能源及污染防治方面均显示出强大的生命力和竞争能力。
在废水处理方面, 膜分离法不仅可以有效地处理废水, 实现达标排放, 而且可以回收有
用物质, 提高水的利用率和能量利用率, 具有非常广阔的应用前景。
但是，目前膜组件价格和膜污损问题影响着膜分离技术在废水处理的广泛应用。
我国在饮用
水生产以及污水处理中采用膜技术起步较晚，目前主要还处于国外设备的引进、消化及研究开发阶段。
可以预料，随着法规标准的日益提高、和膜技术的不断成熟、成本不断降低，水价的日趋上涨等，膜法水处理技术将会出现一个技术上进一步提高，应用上更加普及的高潮。
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