基于化工废水处理中纳滤膜的应用研究

基于化工废水处理中纳滤膜的应用研究张萍仙桃市环境保护科学研究所433000摘要：纳滤膜技术具有独特的优异分离性能,不仅处理效果好、低耗能,同时还可以有效回收处理液中的有用物质,是化工废水处理的有效方法之一。本文简要分析了膜过滤技术与纳滤分离特点,并对其在化工废水处理中应用进行了概述。关键词：纳滤膜；化工废水；废水处理中图分类号：X703献标识码：A一、膜过滤技术与纳滤分离特点膜过滤技术是一种高效、低能耗和易操作的液体分离技术,同传统的水处理方法相比具有处理效果好、可实现废水的循环利用和对有用物质回收等优点。膜技术一般包括微滤、超滤、纳滤和反渗透,其中纳滤(nanofiltration,NF)是目前国内外膜分离领域研究的热点之一。它是一种介于反渗透与超滤之间的一种压力驱动型膜分离技术,由于其自身独特的性能使它在许多领域具有其它膜技术无法替代的地位,在工业废水处理中得到了广泛的应用,并显示出了广阔的发展前景。纳滤技术在化工废水处理方面有以下特点:①纳滤膜的孔径接近于1nm,截留相对分子量在150—1000之间,适宜于分离相对分子量在150以上、分子大小约为1nm的溶解组分。②操作压力低,一般在0.3—1.0MPa之间。由于操作压力较低,对设备要求较低。因此,基建费用和运行费用低,便于运行管理。③对物质的分离具有选择性。这一方面是由于其孔径范围较窄,另一方面是由于膜表面或膜材料中常带有荷电基团,这些基团通过静电作用可产生Donnan效应,从而实现不同价态离子的分离,故有时纳滤也被称为“选择性反渗透”(SelectiveRO)。大部分纳滤膜带有电荷,因此它可用于对有机物和无机物及带不同电荷的粒子的分离。④纳滤的分离原理主要基于筛分效应和电荷效应,在处理过程中不需添加化学试剂,也不引起二次污染。⑤可分离回收有用物质,实现工业废水的资源化和回用,进一步降低处理成本。二、电镀废水的纳滤膜处理技术电镀废水中存在多种致癌、致畸、致突变或剧毒物质，如重金属离子或氰化物等，对环境与人类危害极大，必须加以严格治理，人们开发了许多工艺和方法用于处理电镀废水，主要有：化学沉淀、吸附、生物、电解、离子交换和膜分离等．膜分离、离子交换或其结合工艺在电镀废水的处理应用中，通常可以实现在线回收，并且回用水的水质较高。然而，由于生产规模、镀件基材、镀层材料、电镀工艺、管理控制水平以及电镀场建设历史等诸多较为复杂的原因，许多现有电镀企业或电镀生产线上实行完全意义上的全循环(电镀金属和水)仍然是难以实现的。因此，研究开发适合于末端处理电镀废水的工艺技术，最大程度地处理、回用水资源，实现废水的零排放或微量排放仍然具有实际意义。交互平衡式膜分离--化学沉淀工艺(IBMS—CP)是将纳滤系统嵌入化学沉淀过程中，并使化学沉淀和膜过程交互循环并达到动态平衡的工艺过程(图1)如图1所示，图1在IBMS—CP工艺中，经化学沉淀处理的废水，经过多级沉降池去除沉淀后与含有重金属的废水在综合调节池中混合，再进入膜分离单元进行浓缩分离．视回用水质的要求，膜分离单元的透过液，或直接回用，或经进一步处理而回用。而浓缩液则回到化学沉淀单元进入下一个循环处理过程。一般此处的膜分离单元采用纳滤系统，其原因在于：纳滤可以较好地截留浓缩二价和高价重金属离子，同时使一价盐进入透过液，从而避免一价盐在IBMS—CP循环过程中的积累，由于纳滤膜对一价盐的透过率将随其浓度上升而增大，因此，在IBMS—CP工艺中，进入和透出IBMS—CP系统的一价盐将在其到达某浓度时自动达成动态平衡状态，从而使一价盐在表观上“穿过”IBMS—CP循环。同时，该过程的产水被“软化”，这是lBMS—CP工艺的特点，也是其能够运行的关键。另外，由于纳滤过程提高了多价离子的浓度并大幅减少了废水总量，因此将使化学沉淀设备的容量显著减小且反应沉淀过程更迅速、完全，IBMS-CP工艺是一个使得化学沉淀和膜过程有机结合且相互促进、强化的过程。三、膜分离技术在石油化工废水处理方面的应用石油工业废水主要包括石油开采和炼制过程中产生的含各种无机盐和有机物的废水，其成分复杂，处理难度大，一般方法难以取得理想的处理效果。膜技术可有效处理废水及回收有用物质。含酚的石油工业废水毒性很大，必须脱除后才能排放，若采用纳滤技术，不仅酚的脱除率可达95%以上，且在较低压力下就能高效地将废水中的镍、汞等重金属高价离子脱除，其费用比反渗透等方法低得多。Ohya等成功地制备出一种聚酰亚胺纳滤膜，该纳滤膜具有高通量并耐高压、高温及耐有机溶剂的特点，截留相对分子质量为170～400，能有效地分离汽油和煤油。张裕卿等研制出聚砜-A10，复合膜超滤技术，并用该复合膜对华北油田北大站外排水砂滤后水样进行了超滤处理，原水油的质量浓度为640mg／L，处理后油质量浓度小于0.5mg／L