超滤技术的整体分析及在废水处理中的应用 10页

超滤技术的整体分析及在废水处理中的应用本文简要介绍了超滤的工作原理、超滤膜的类型及超滤的特点，在此基础上重点综述了超滤技术在工业和生活废水处理中的应用，并对超滤技术的发展趋势进行了展望。　　1.1超滤的工作原理　　超滤在外力的作用下，被分离的溶液以一定的流速沿着超滤膜表面流动，溶液中的溶剂和低分子量物质、无机离子，从高压侧透过超滤膜进人低压侧，并作为滤液而排出;而溶液中高分子物质、胶体微粒及微生物等被超滤膜截留，溶液被浓缩并以浓缩液形式排出，从而实现大、小分子的分离、浓缩和净化的目的。　　1.2超滤膜的类型技术资料由西安莱特莱德水处理公司提供\n　　超过滤膜是一种由极薄的皮层构成的不对称半透膜，根据材料不同，可分为两大种类：一类为有机膜，采用聚合材料由相转化法制成，常用材料有聚砜-聚醚砜、聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈、纤维素、聚酰亚胺-聚醚酰亚胺和聚脂肪酰胺等。另一类为无机膜，就其表层结构可分为多孔膜和致密膜两类。多孔膜有分子筛膜、Al2O3膜、SiO2膜、多孔不锈钢膜等;致密膜包括氧化锆膜、Pd及Pd合金膜、致密的“液体充实固定化”多孔负载膜等。相比之下，无机膜具有机械强度大，耐高温，化学稳定性好，分离效率高等优点，而有机膜成本较无机膜低，制造工艺也比较成熟。　　1.3超滤的特点　　以超滤膜为核心的超过滤技术具有如下特点：　　(1)用于从水中分离细菌、大肠杆菌、热源、病毒到胶体微粒、大分子有机物质等，还可适用于许多特殊溶液体系的分离，如血液净化、蛋白质精制等，把溶液中的大分子有机物与无机盐分离开来。　　(2)超过滤可在常温下进行，那些对热敏物质，如果汁、酶制剂、药品蛋白质制剂等的分离、浓缩、精制都可在不影响质量下进行。　　(3)超滤过程不发生相变，因此与一般相变分离法或其他分离法相比，它能耗低。　　(4)超滤过程仅以压力作驱动力，故装置结构简单，操作方便，维修容易。　　2.超滤技术在废水处理中的应用技术资料由西安莱特莱德水处理公司提供\n　　由于超滤技术具有压力低、无相变、能耗少、适用范围广、分离效率高等特点，近年来在废水处理领域中得到较快的发展，在石油废水、含重金属废水、食品废水、造纸废水、纺织印染废水及其他工业废水的处理中得到广泛的应用。　　2.1含油废水　　含油废水的来源较为广泛，主要有钢铁厂冷轧乳化液废水、金属切削液、金属清洗液、油田采出水等。用超滤技术处理含油废水，其透过液对COD和油的去除率很高，并且其浓缩液可经进一步处理后回收油。　　2.1.1油田含油污水　　王立国等采用核桃壳过滤器―超滤装置组合工艺处理油田含油污水,超滤装置出水中悬浮物的质量浓度由18.06mg/L降到0.56mg/L，油的质量浓度由10.98mg/L降到0.33mg/L，出水达到低渗透油层注水A1类标准的要求。镇祥华等采用美国某公司单孔管管式超滤膜组件处理大庆油田采油二厂的采出水,从超滤膜出水水质来看，渗透液中的油及悬浮物都稳定保持在1.00mg/L以下,粒径中值和SRB均不能检出，出水水质完全满足回注水用水标准。王然等用合金PVC中空纤维超滤膜处理吉林油田采出水，出水中SS为0.2mg/L，DO为0.69mg/L，总Fe为0.28mg/L，SRB菌数为0，铁细菌数为23个/mL，腐生菌数0。在投加除氧剂和阻垢剂后的水质完全符合注A1级标准。技术资料由西安莱特莱德水处理公司提供\n　　2.1.2乳化油废水　　CutmanRG.采用超滤处理乳化油废水，处理水量为100m3/d，原水含油1.0%，超滤产水水量98m3/d，透过液含油<01005%，浓缩液含油40%,可直接用于燃烧。陆晓千等采用超滤法处理某厂的清洗乳化液废水，处理水量1m3/d，原水CODCr为20000～50000mg/L，含油3000～7000mg/L，超滤处理出水CODCr为3000～5700mg/L，含油<10mg/L，处理出水中适当添加新清洗液后便可直接回用。Bodak和Konieczny考察了PAN和PAC2种超滤膜对3种乳化液废水的行为特征，研究结果表明乳化液废水的COD去除率可达到90%,油份的阻隔率达到95%。　　2.2含重金属废水　　处理重金属废水的传统方法通常都是一种污染转移，将废水中溶解的重金属转化成沉淀或是更加易于处理的形式。超滤技术可以实现重金属的回收，从而将其从环境中彻底除去。据报道，在电镀生产中产生的含铜、锌，铅、铬及镍的废水，采用烧碱中和，再进行超滤处理，铬、铜、锌的去除率在99%以上，铅、镍的去除率在90%以上。Yi技术资料由西安莱特莱德水处理公司提供\nChuhuang等[9]在表面活性剂存在的条件下，采用超滤法处理含5种单一重金属离子(镉、铅、铜、镍、锌)和其混合物的工业废水，结果表明，当表面活性剂和金属离子的比率保持在一定水平时，重金属离子的去除率大于99.9%。刘裴文等利用超滤技术处理水中低浓度的重金属离子，研究表明：选择适当孔径的超滤膜，通过调节pH值，可使Cu2+、Ni2+、Cd2+、Pb2+、Zn2+等重金属离子的去除率均保持在在99%以上，处理后的水中重金属含量远远低于排放标准，并且还可从超滤浓缩液中分离重金属，达到回用的目的。　　2.3食品废水　　食品废水中有机物含量较高，用传统的生物法直接处理，不仅浪费资源，而且处理费用也较高。采用超滤技术在实现净化废水的同时还可以回收一些有用物质。王焕章等采用超滤工艺分离味精废水中菌体蛋白，浓缩液精制成蛋白综合利用，该工艺对COD的去除率为30%，对SS的去除率99%。韩式荆等利用超滤工艺处理味精废水，处理规模为25m3/d，废水中含菌体1%～2%，含糖<0.8%，含锌3～5g/L，采用UF工艺处理后，废水COD降低34%，菌体去除率达99%，含锌量降至2mg/L。郑宗坤等采用混凝-离心分离-超滤工艺，对谷氨酸发酵废水进行试验研究。其研究结果表明，废水经甲壳素和碱式氯化铝混合絮凝，并进入低速离心分离机分离，离心机上清液进入超滤系统，超滤透过液COD为123mg/L，BOD为42mg/L，UF工艺对上述污染物去除率大于96%，出水COD、BOD分别接近和达到国家水污染物综合排放标准的二级排放标准。技术资料由西安莱特莱德水处理公司提供\n　　2.4造纸废水　　制浆造纸厂废水处理的主要目的是达到水循环再用和回收有用的化学物质，环境上的目的是建立废液封闭系统，而膜技术是最有可能达到以上目的，由于超滤具有较高的截留率和水通量而越来越受到重视。日本大王造纸公司三岛工厂早在1981年就采用超滤技术处理硫酸盐木浆漂白E段废液，处理水量为4000m3/d，COD去除率为78.7%，色度去除率达93.7%，固形物去除率达35.5%，超滤出水可作为洗涤水回用，浓缩液则送至碱回收系统。江春元采用超滤技术处理某造纸厂排放的涂布废水，该工艺处理水量15～45m3/d，原水固形物含量2.0%～5.0%，经超滤处理后，浓缩液中固形物含量可高达30%～40%，日回收浓缩液5～15m3，系统对COD的去除率>85%。杨友强等采用PES200超滤膜处理某造纸厂化机浆废水，进水COD、BOD和TSS分别为6100mg/L、1820mg/L和7300mg/L，经过超滤后，CODCr的截留率为61%，BOD5的截留率为22%，滤过液的BOD5/CODCr为0.59，有很好的生物可处理性;浓缩液的固形物含量181g/L，可以进入碱回收工段处理。　　2.5纺织印染废水技术资料由西安莱特莱德水处理公司提供\n　　运用超滤法处理纺织印染废水，在使其达到排放标准要求的同时,还可以回收其中的有效成分，不仅能保护环境，节约资源，而且还会带来可观的经济效益。张伯仑采用超滤工艺处理染料废水，该废水由于染料浓度较高而采用丙烯腈-聚氯乙烯超滤膜进行处理并回收染料。整个工艺处理水量为500m3/d，膜水通量为60L/(m3・h)，超滤膜对染料的截留率高达99%～100%。曹志达采用超滤处理某厂拉丝车间排放的玻纤拉丝废水，膜面积为2.5m2，运行压力为0.2～0.3MPa，原水COD为14123mg/L、SS为1678mg/L、石油类88mg/L、浊度3500NTU，超滤出水COD为220mg/L、SS为35mg/L、石油类1.1mg/L、浊度15NTU。北京环科院在常州市羊毛衫毛条厂采用超滤技术处理高浓度洗毛废水，膜面积为68m2，处理水量68m3/d，膜面流速3m/s，膜水通量35～40L/(m2・h)。废水中COD、羊毛脂、TS的一次性去除率分别大于95%、99%和80%，出水COD从进水的68000mg/L左右降至3000～5000mg/L，羊毛油脂从进水的14500mg/L降至100～300mg/L。　　2.6循环冷却水　　电厂出于节约用水和环保达标的目的，将循环冷却水进行回收利用已经成为趋势。研究表明，经超滤处理后的循环冷却水可作为反渗透的进水，再经进一步处理后回用。凌志超等用SFP2600超滤膜处理包头第二热电厂循环冷却水，超滤出水浊度<0.5NTU，SDI15<1.0，完全可以满足反渗透进水的要求。苏金坡等用HYDRA技术资料由西安莱特莱德水处理公司提供\ncap60超滤膜处理河津热电厂的循环冷却水，研究结果表明，超滤膜对CODCr的去除率在65%～85%之间，出水的CODCr小于15mg/L;对余氯的去除率60%～90%之间，出水的余氯小于0.04mg/L;出水浊度可稳定在0.07～0.11NTU之间，产水的SDI保持在2以下，完全满足反渗透复合膜进水要求。倪明等用HYDRAcap60超滤膜对某火电厂污水站消毒池出水进行了为期30d的中试研究，研究结果表明，进CODCr在30～80mg/L之间，出水小于35mg/L，平均去除率在40%左右;原水含油量有一定波动，而出水含油量均保持为0，去除率达到100%;出水浊度和SDI分别在1NTU和3以下，可作为反渗透的进水。　　2.7微污染水源水　　随着水源污染的日趋严重和人们对饮用水质量要求的不断提高，常规饮用水处理工艺(沉淀―过滤)越来越难以适应愈加严格的水质标准，因此超滤技术开始受到了关注。尹华升等用PVC中空纤维超滤膜处理低浊微污染水库水，结果显示对浊度、病原微生物等都有非常好的去除效果，出水水质符合建设部《城市供水水质标准》(CJ/T206-2005)要求。柯水洲等[23]研究了直接用超滤法处理湘江源水制取自来水的可行性，结果表明：超滤出水细菌去除率接近100%，出水浊度1.0NTU以下，对硝酸盐氮、CODMn也有一定的去除率，可满足国内饮用净水的要求。夏圣骥等用中空纤维超滤膜处理哈尔滨附近B水库水，出水浊度小于0.2技术资料由西安莱特莱德水处理公司提供\nNTU，明显好于传统工艺的出水浊度;超滤对铁、铝、锰、色度、好氧量、总有机碳等均有较好的处理效果，分析结果显示出水完全满足饮用水水质的标准。　　2.8污水深度处理　　在水资源日益匮乏的今天,污水回用已是大家的共识。研究表明，将超滤膜技术用于城市污水的深度处理，可以完全脱除中水的细菌和大肠杆菌，有效地清除水中的SS，并在一定程度上降低BOD、COD、总氮和总磷等污染物浓度，获得稳定优异的中水水质。吴光等以高碑店污水处理厂二级出水为处理对象，建立了日产中水500t的超滤中试试验装置，该装置连续运行了约2500h，膜性能稳定，产水水质达到生活杂用水标准(CJ.25.1-89)。孙德栋等]用RS50超滤膜对山西铝厂生活污水站的出水进行深度处理，进水CODCr、SS、TP和硫化物分别为31.7mg/L、18.0mg/L、2.2mg/L和1.4mg/L，大肠菌数>230个/L，经超滤处理后的出水符合生活杂用水标准GBJXX-2001的要求。　　3.发展趋势技术资料由西安莱特莱德水处理公司提供\n　　超滤技术在废水处理中的应用越来越广泛，其今后的研究方向主要是：①廉价膜组件。现有的膜组件的价格偏高，限制了膜技术在废水处理领域的推广应用;②不污染、易清洗、长寿命膜。污染的消除可提高分离效率，减少投资,进一步拓宽应用领域;③适用于高温、高pH值和抗溶剂、抗氧化的膜。目前的有机膜对温度和pH值很敏感，抗溶剂和抗氧化能力差，不能处理某些重要的工业流体，无机膜则在这方面有可能实现突破。　　4.结语　　超滤技术具有操作简单、流程短、分离效果好、处理效率高、能耗低等特点，在废水处理中得到广泛的应用。随着超滤膜品种的不断增加，超滤设备和工艺过程的不断完善，超滤膜分离所具有的高效、节能、环保等优势将日益显露，超滤技术的应用领域必将进一步扩展。技术资料由西安莱特莱德水处理公司提供