曹書(shū)嶺，莫曉媛

（杭州水處理技術(shù)研究開(kāi)發(fā)中心有限公司，浙江杭州 310012）

1 化工廢水處理中膜技術(shù)概述

1.1 化工廢水處理中膜技術(shù)的原理

在化工廢水處理中所使用的膜，主要指的是一種具有選擇透過(guò)性的膜，也就是在兩種或兩種以上的物質(zhì)經(jīng)過(guò)時(shí)，它可以按照這些物質(zhì)的一些性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，將這些物質(zhì)進(jìn)行分離、提純、濃縮，從而保證產(chǎn)品的品質(zhì)。通過(guò)有關(guān)資料的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前在企業(yè)中使用的膜可以被劃分成固相、液相、氣相三種類型。而在膜技術(shù)中，膜結(jié)構(gòu)既可以是均質(zhì)的，也可以是非均質(zhì)的，這對(duì)企業(yè)膜技術(shù)的分離效果造成的影響可以說(shuō)是微乎其微，但是為了最大限度地提升膜技術(shù)的分離品質(zhì)和分離效率，在膜技術(shù)中使用到的膜一定要具備選擇透過(guò)性。膜分離技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中，其工作原理主要包括以下兩個(gè)方面：一方面，此項(xiàng)技術(shù)是以兩種或兩種以上混合物質(zhì)質(zhì)量、體積、大小、密度及幾何形態(tài)的差異為依據(jù)，可以通過(guò)過(guò)篩的方式對(duì)其進(jìn)行分離。同時(shí)，該方法也可以依據(jù)混合液中各種物質(zhì)的化學(xué)特性，采用有效的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)它們的分離。通常情況下，混合物的溶解速度在某種程度上與物質(zhì)進(jìn)入膜的速度和擴(kuò)散速度有關(guān)，也就是說(shuō)，被分離物與膜材料的化學(xué)性質(zhì)越接近，差異越小，物質(zhì)的溶解速度就越快，而混合物中物質(zhì)的擴(kuò)散速度除了與物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)之外，還與物質(zhì)的分子量有關(guān)，分子量越大，物質(zhì)的擴(kuò)散速度越快，穿透膜所需的時(shí)間就越短，分離效率就越高。在實(shí)際應(yīng)用中，這種方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定體系中的有機(jī)或無(wú)機(jī)雜質(zhì)的選擇性分離。在此基礎(chǔ)上，利用膜分離技術(shù)中的強(qiáng)滲透特性，可以對(duì)某一種雜質(zhì)進(jìn)行分離。將某一種特殊的溶劑引入到已有的膜分離器中，在其與膜面的接觸過(guò)程中，因其滲透率的差別，達(dá)到對(duì)某一種雜質(zhì)進(jìn)行分離與過(guò)濾的目的。但在實(shí)踐中，外源能量可作為一種助推器，對(duì)組分進(jìn)行分離和濃縮，并對(duì)其進(jìn)行提純。

1.2 化工廢水處理中膜技術(shù)的特點(diǎn)

膜技術(shù)主要指的是使用高分子薄膜（人工合成或者天然），通過(guò)膜兩側(cè)的壓力差、溶液的濃度差、電勢(shì)差或者溫度差，來(lái)分離、濃縮或純化兩組及以上的溶液。膜技術(shù)具有如下特征：①膜分離是一種物理過(guò)程，不會(huì)改變材料的性能，不會(huì)生成新的材料，所以整個(gè)分離過(guò)程的能耗很低；②其應(yīng)用領(lǐng)域很廣，從顆粒級(jí)，微生物級(jí)，一直到離子級(jí)的物質(zhì)，都能用它來(lái)分離；③膜法工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，易于操作。膜分離技術(shù)是一種基于膜材料機(jī)械截留效應(yīng)的新型技術(shù)，其分離效率優(yōu)于二次沉淀池，且不會(huì)因?yàn)槲勰嗯蛎浂鴮?dǎo)致出水水質(zhì)超標(biāo)。目前，化學(xué)工業(yè)中應(yīng)用較為廣泛的有微濾、納濾、超濾、反滲透、電滲析、滲透汽化、氣體分離、乳化膜等。膜技術(shù)具有裝置簡(jiǎn)單，操作方便，分離效果好、消耗能量少、無(wú)相變、無(wú)污染、分離后的產(chǎn)品可循環(huán)使用、分離過(guò)程具有較高的自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，因此，它在很多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。

1.3 膜技術(shù)的基本分類

研究表明，膜分離技術(shù)是20世紀(jì)60年代末快速發(fā)展起來(lái)的一種新的分離技術(shù)，其相對(duì)于傳統(tǒng)的分離技術(shù)，性能上都有顯著的提高，因而在21世紀(jì)的工業(yè)技術(shù)變革中起著舉足輕重的作用。隨著我國(guó)科技水平的提高，膜技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)也有了新的突破，其技術(shù)類型和應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋了行業(yè)的各個(gè)方面。所以，全面系統(tǒng)地理解、分類膜技術(shù)，是保證公司長(zhǎng)遠(yuǎn)穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)鍵。一般來(lái)說(shuō)，如果按照膜結(jié)構(gòu)來(lái)劃分，在化工污水處理中，膜可被劃分成兩種類型，一種是固膜，另一種是液膜，其中，固膜可以被劃分成對(duì)稱膜和不對(duì)稱膜，液膜可以被劃分成兩種類型，一種是存在于固體多孔支撐層中的液膜，另一種是以乳液形式存在的液膜。如果按照化學(xué)成分來(lái)劃分的話，在化工廢水處理中所使用的各類膜的性能也是不同的，而在這些膜中，化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、機(jī)械性能和親和性能都是膜材料化學(xué)成分分類的主要依據(jù)。如果按照幾何形狀來(lái)劃分，化學(xué)廢水處理中的膜構(gòu)成結(jié)構(gòu)可以劃分為板框式、圓管式、螺旋卷式和空纖維式四種類型，并且在應(yīng)用膜技術(shù)時(shí)，這四種膜組件都是膜分離設(shè)備最基本的分離單元。

2 化工廢水處理中膜技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

首先，膜法是一項(xiàng)新興的污水處理技術(shù)，它具有耗時(shí)短、技術(shù)含量高等優(yōu)點(diǎn)。目前，我國(guó)大部分化工企業(yè)在這方面的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)都比較欠缺。這就導(dǎo)致了在實(shí)際操作中，各種問(wèn)題層出不窮，很難取得理想的效果。薄膜利用率低，壽命短。長(zhǎng)久以來(lái)，由于膜技術(shù)的應(yīng)用潛力未被充分挖掘，使得有關(guān)企業(yè)對(duì)膜技術(shù)的污水處理能力持懷疑態(tài)度，極大地制約了膜技術(shù)在化工污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用。其次，膜分離技術(shù)因其自身的優(yōu)越性而被廣泛應(yīng)用于各行業(yè)。今后，隨著薄膜技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，薄膜技術(shù)必將融入更多產(chǎn)業(yè)。所以，在國(guó)內(nèi)，膜分離技術(shù)有著廣闊的發(fā)展前景。歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家都認(rèn)識(shí)到了中國(guó)巨大的市場(chǎng)潛力，一直以來(lái)都在密切關(guān)注著這一領(lǐng)域的發(fā)展。有些公司為更好地服務(wù)本土廠商，已經(jīng)在中國(guó)建立了生產(chǎn)基地。但在國(guó)內(nèi)，受國(guó)外技術(shù)封鎖的制約，目前仍處于較低水平。我國(guó)很多高端薄膜仍然依賴于進(jìn)口，而自主開(kāi)發(fā)的滯后已成為制約我國(guó)其他產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的重要因素。

3 膜技術(shù)在化學(xué)污水處理中的應(yīng)用分析

3.1 超濾膜的技術(shù)原理及應(yīng)用分析

薄膜技術(shù)的原理，通過(guò)對(duì)化工廢水的分離、凈化和集中處理，可以將污染物分離出來(lái)。其優(yōu)勢(shì)是可以提高廢水處理的效率和品質(zhì)。超濾膜技術(shù)主要以有效地去除或殺死水中的真菌、藻類和其他細(xì)菌，并且可以避免超濾膜技術(shù)對(duì)微生物的影響，這會(huì)影響到這些物質(zhì)的氧化物，也可有效地抑制生長(zhǎng)微生物。超濾處理的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是改善工業(yè)廢水的污染。許多雜質(zhì)會(huì)阻礙光線的照射，從而影響污水的處理效果。超濾技術(shù)是解決該問(wèn)題、提高污水水質(zhì)的有效方法。在化工污水處理方面，利用超濾技術(shù)進(jìn)行污水處理，其污水處理效果顯著優(yōu)于常規(guī)污水處理技術(shù)，且可有效地降低化學(xué)藥劑用量，提高了對(duì)廢水的化學(xué)處理效果，防止了二次污染。此外，超濾膜還具有抗酸性和堿性，不會(huì)被化學(xué)物降解等特點(diǎn)。該方法能對(duì)懸浮物中的大部分膠體細(xì)菌進(jìn)行高效過(guò)濾。所以，對(duì)污水中的一些有機(jī)污染物，可以采用升華法處理。相對(duì)于傳統(tǒng)的污水處理方法，污水處理費(fèi)用相對(duì)較低。同時(shí)，將超濾膜技術(shù)應(yīng)用于化工污水的處理，對(duì)污水的處理技術(shù)提出了更高的要求。因此，在我國(guó)污水處理中，尤其是在飲用水、造紙等行業(yè)中，應(yīng)采用超濾膜技術(shù)。

3.2 反滲透膜分離技術(shù)應(yīng)用分析

這種膜是目前最先進(jìn)的，也是最環(huán)保的，同時(shí)也是最有效的。分析其原理，主要是利用了溶液滲透壓的原理，使某些物質(zhì)不能有效地透過(guò)半透膜，從而與水進(jìn)行有效地分離。反滲透復(fù)合膜以芳族聚酞胺為主要原料，采用海水淡化的方法獲得可用于日常生活的飲用水，將原有的二次流程提升到一次流程，使其綜合性能大幅提升。反滲透膜設(shè)備運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)后，必須將其放置在5～38℃的溫度下，并保證其通風(fēng)效果。該設(shè)備運(yùn)抵工地后，必須在30 d 之內(nèi)安裝完畢，才能投入使用。要想對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作和使用，必須安排專門(mén)的人員，這樣才能盡量減少誤操作和設(shè)備故障的發(fā)生，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

3.3 微濾膜的原理及應(yīng)用分析

微濾膜是一種被廣泛用于化工污水處理的新型膜材料，可有效去除水中重要顆粒物（如膠體和部分懸浮物），但其去除難度很大。對(duì)于污水的深度處理，目前普遍認(rèn)為微濾膜并不是最基礎(chǔ)的技術(shù)，但是它也有一定的預(yù)處理作用。微濾技術(shù)由于其成本較低且易于控制，被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體材料；而膜技術(shù)則可被應(yīng)用于污水處理，以實(shí)現(xiàn)對(duì)阻力的優(yōu)化。此外，大孔微濾膜還可以與污水的物理化學(xué)預(yù)處理相結(jié)合，進(jìn)一步提升污水處理效果，促進(jìn)污水處理工藝的推廣應(yīng)用。同時(shí)，也可在后續(xù)的膜加工中，防止其他孔隙的膜堵塞，這會(huì)使污水處理的效果變差。

3.4 造紙廢水的處理應(yīng)用

在人類文明的發(fā)展進(jìn)程中，紙起著舉足輕重的作用，它存在于各行各業(yè)。但是，造紙工業(yè)不但耗材很多，而且還會(huì)排放很多污水。這些廢水中包含了大量的木質(zhì)素、堿性物質(zhì)等，如果沒(méi)有針對(duì)性地處理，會(huì)嚴(yán)重影響到污水處理工藝的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，從而對(duì)生態(tài)環(huán)境造成危害。將超濾膜技術(shù)應(yīng)用于造紙廢水的處理，既能夠?qū)U水中的雜質(zhì)進(jìn)行徹底凈化，又能夠?qū)垵{進(jìn)行高效的分離，分離后的紙漿能夠進(jìn)行回收和再利用。并且，經(jīng)過(guò)超濾膜過(guò)濾后的廢水可以再回收到造紙生產(chǎn)中，既可以保護(hù)生態(tài)環(huán)境，又可以大幅降低企業(yè)的用水成本，有利于提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)被超濾膜過(guò)濾攔截下來(lái)的雜質(zhì)，可以采用物理化學(xué)方法進(jìn)行處理，并將有用的物質(zhì)提取出來(lái)再利用。同時(shí)，對(duì)剩余的有害物質(zhì)進(jìn)行無(wú)害化處置，從而達(dá)到對(duì)造紙工業(yè)廢水進(jìn)行高效治理，促進(jìn)造紙工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目的。

3.5 用于處理工業(yè)電鍍廢水

因?yàn)殡婂児I(yè)的特殊性，它在國(guó)家工業(yè)結(jié)構(gòu)體系中相當(dāng)重要，但是它也具有高排放、高消耗的特征，會(huì)消耗大量的水資源，而且電鍍廢水的處理也比較困難。與其他行業(yè)相比，電鍍行業(yè)具有一定的特殊性，它的廢水中所包含的污染物具有很強(qiáng)的毒性，其中比較常見(jiàn)的有鎘、鎳等，這些污染物很容易對(duì)農(nóng)作物以及人體造成危害，因此，對(duì)電鍍廢水時(shí)，必須進(jìn)行有效的處理，才能將其排放出去。這些污染物大多具有較低的生物化學(xué)性質(zhì)，一般不會(huì)被微生物直接處理和吸附。所以，在對(duì)污水進(jìn)行處理時(shí)，如果采用傳統(tǒng)的電解方法，工作效率往往不盡如人意，需要耗費(fèi)大量的人力和物力，這對(duì)電鍍企業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展是不利的。在電鍍處理過(guò)程中，將反滲膜技術(shù)與超濾膜技術(shù)相結(jié)合，可以很好地解決上述問(wèn)題。它可以對(duì)至少85%的有機(jī)碳進(jìn)行處理，從而極大地減少了有害化學(xué)物質(zhì)的含量，避免對(duì)周圍環(huán)境造成嚴(yán)重污染，從而推動(dòng)電鍍工業(yè)的發(fā)展。

3.6 活性炭預(yù)處理的應(yīng)用

使用具有大表面積的吸附能力的活性炭（GAC或 PAC）和吸附劑，能夠被用來(lái)吸收溶解性有機(jī)物，去除原水中的雜質(zhì)，提升超濾膜滲透水通量，減少不必要的阻力，確保飲水的可行性。董秉志等利用粉狀活性炭及超濾法對(duì)黃浦江的原水進(jìn)行了處理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，加入粉狀活性炭后，對(duì)有機(jī)污染物的去除效果明顯；粉狀活性炭不會(huì)增大膜的過(guò)濾阻力，能夠很好地去除膜表面的污垢，從而提高了膜的過(guò)濾效率。研究表明，由于疏水性物質(zhì)的存在，導(dǎo)致了膜通量的降低。所以，PAC 對(duì)膜的去除效果并不明顯?；钚蕴吭谀み^(guò)濾中的作用主要表現(xiàn)在：吸附了大量易被污染的膜，減少了過(guò)濾阻力，增加了膜透性的有機(jī)物；缺點(diǎn)是對(duì)有機(jī)物質(zhì)的去除也有一些局限性；同時(shí)，由于活性炭長(zhǎng)期停留在膜的表面，很有可能在活性炭的內(nèi)部形成微生物，從而對(duì)膜造成污染。

4 結(jié)束語(yǔ)

膜法是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ男滦突瘜W(xué)廢水處理技術(shù)。盡管目前在膜材料的選擇、膜的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，以及膜的運(yùn)行條件上仍存在一定的挑戰(zhàn)與困難，但隨著技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)逐漸得到解決。隨著時(shí)間的推移，這種新型的膜分離技術(shù)必將得到進(jìn)一步的發(fā)展，從而為工業(yè)廢水的治理提供一種更有效、更環(huán)保的方法。本項(xiàng)目的實(shí)施，只是其中的一小部分，仍需對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的研究，以尋求其新的應(yīng)用與發(fā)展方向，促進(jìn)環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展。目前，膜分離技術(shù)在化工污水處理領(lǐng)域仍存在膜污染、膜性能穩(wěn)定、能耗高等問(wèn)題。要使該技術(shù)得到更廣泛的應(yīng)用，就必須對(duì)其進(jìn)行更深層次的研究，并在此基礎(chǔ)上對(duì)該技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使其在分離過(guò)程中具有更好的穩(wěn)定性。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)復(fù)合、混合等新型膜技術(shù)的應(yīng)用方式，提升其對(duì)化工污水的綜合處理效果。本項(xiàng)目的實(shí)施，將為工業(yè)廢水高效、環(huán)境友好的生物降解技術(shù)的發(fā)展提供新的思路和方法。在未來(lái)的時(shí)間里，膜分離技術(shù)必將在各個(gè)方面起到越來(lái)越大的作用，為環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展作出更大的貢獻(xiàn)。