膜分离技术处理工业废水的研究与应用

　　一、膜分离技术
　　膜是具有选择性分离功能的材料。利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同，可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜。
　　在废水处理中应用的膜分离过程主要有微滤（MF）、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO)。这些膜分离过程都是以压力为驱动力，废水流经膜面的时候，废水中的污染物被截留，而水透过膜，实现了对废水的处理。对于MF和UF来说，它们的孔径较大，可以用常规的过滤过程来描述其分离机理。而对于NF和RO这些无孔膜来说，它们的分离机理一般用溶解—扩散模型，和非平衡热力学模型来解释。一些纳滤膜表面带有电荷，它们的分离机理比较复杂，一般用电荷模型和空间位阻模型来阐明分离过程。而当膜与微生物构成生物膜反应器时，就可以利用微生物的代谢作用，更容易的处理含有大量有机物的废水。
　　二、膜技术处理工业废水[1]
　　1、  处理油田采出水
　　目前，我国大部分油田已经进入石油开采的中后期，注入油层的水量逐年增加，采出水量也随之增加。在干旱地区，采出水是宝贵的水资源，处理后用于饮用或灌溉已经是被重视并正在努力研究的课题之一。
　　梁立军等用中空纤维超滤器对大庆油田的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0.08MPa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95%以上。[2]
　　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处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的截留率小于20%。
　　2、  处理造纸工业废水
　　近年来国内对中小型造纸黑液的处理采用酸化法和超滤法，主要是提取黑液中的木质素并降低COD和BOD。潘碌亭等采用正三辛胺乳状液膜法可用于处理造纸黑液，其COD的去除率为98%以上，提取的木质素可生产其它化工产品，达到了污染治理和综合利用的双重目的。
　　3、  处理纺织印染废水
　　吴玲玲等采用新研制出的一种既适合分离和浓缩中碱，又适合无碱玻璃纤维浸润液剂废水的新型超滤膜，用于处理和回用中碱和无碱废水，发现COD和BOD去除率达到93%以上，且总排放口的水质达到了排放标准。通过在超滤浓缩液中加入一些由于超滤而损失掉的成分，可将其返回车间循环使用。
　　4、处理重金属废水
　　在金属加工和合金生产中，经常需用大量的水冲洗。在这些清洗水中，含有浓度很高的镍、铁、铜和锌等重金属。采用NF膜技术，不仅可以回收90%以上的废水，同时使重金属离子的含量浓缩10倍，浓缩后的重金属具有回收的价值。在制革过程中，多用硫酸铬进行鞣制，但仅70%左右被利用，废水中大量铬盐引起严重的排放问题，因此使用纳滤使铬盐回用，避免了环境免受其害，也取得较好的经济效益。
　　5、处理高浓度有机废水
　　在高浓度有机废水处理中，膜技术发挥着重要的作用。将液膜法用于除酚较其它方法有高效、快速、专一的优点。混合型表面活性剂能显著改变含单一表面活性剂的液膜性能，降低液膜的传质阻力，提高液膜的传质效率。秦非等运用混合型表面活性剂－兰-113B/Span-80-煤油-NaOH液膜体系处理苯酚废水的最佳操作条件进行了研究，并用于对高浓度含酚废水浓度（50,000mg/L以上）进行处理，结果表明，混合型表面活性剂各项指标均很好，除酚率可达99%以上。此外膜分离技术在制药废水、制糖废水、乳化液废水、啤酒废水、味精废水等领域也得到了广泛应用。
　　三、膜分离技术的影响因素[4]
　　1、操作压力
　　操作压力对膜分离过程的影响十分重要。膜分离技术处理污水的过程中存在一个临界操作压力，在达到临界操作压力之前，膜通量随操作压力的增加而增加，当操作压力超过这个临界压力后膜通量就会随操作压力的增加而下降。
　　2、操作时间
　　在膜分离过程中，随着时间的增加，膜通量会下降。这是由于膜表面受到污染或者膜表面出现浓缩溶液或胶体层。
　　3、温度
　　温度对膜分离过程的影响主要是由于温度对粘性的影响。此外温度的改变也会影响膜面及膜孔与料液中可引起污染的成分的作用力，这些都会改变膜通量。
　　4、料液浓度
　　膜分离过程是一个料液的浓缩过程，存在着浓缩的极限。当料液浓度较小时，膜面不易形成覆盖层，随浓度的增大，膜面阻力增大，膜通量显著降低；当料液浓度较大时，在膜表面形成薄层覆盖层，阻挡了细小颗粒进入膜孔，减缓了膜阻塞，膜通量基本不变。
　　5、膜孔径
　　膜的孔径是膜的基本特性之一，一般认为孔径增加，膜通量会提高；孔隙率越大，膜通量越大；膜孔的曲折率越小，膜通量越大。
　　6、膜厚度
　　膜厚度对分离效率的影响具有双重作用。膜厚度的增加会减少膜通量，却会使分离效率提高。因此，需要通过试验来确定膜合适的厚度。
　　7、膜面流速
　　膜通量随膜表面流速的增加而增加并会达到一个最大值，流速再增加时膜通量反而下降。过高的流速会增大背压(回压)，使膜透过压力下降，并且使混合物中油离开膜的速率远大于油进入膜的速率，导致膜通量下降 。
　　四、膜分离技术的优势及发展前景
　　与传统工艺相比，膜可以在分子范围内进行分离，并且该过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂，具有分离效率高、节能、设备简单、操作方便等优点，而且在污水处理过程中不易造成二次污染，使其在废水处理领域有很大的发展潜力。