陶瓷微滤在工业废水处理中的应用 4页

第２４卷第４期常州大学学报(自然科学版)Vol?２４No?４２０１２年１２月JournalofChangzhouUniversity(NaturalScienceEdition)Dec?２０１２文章编号:２０９５－０４１１(２０１２)０４－００８９－０４∗陶瓷微滤在工业废水处理中的应用王丽娟,王岚,王龙耀,何明阳,陈群(常州大学石油化工学院,江苏常州２１３１６４)摘要:工业废水具有水量大、污染程度高和处理困难的特点,对企业的可持续发展和人类的生存环境有着直接而深远的影响.本文针对陶瓷微滤膜及其应用特点,综述了陶瓷微滤膜在印染、汽车涂装及油田等废水处理过程中的研究概况,结合工业废水的特点对集成陶瓷膜微滤技术的可行途径进行了分析,并对未来的应用研究趋势进行了展望.关键词:陶瓷膜;微滤;工业废水;水处理中图分类号:X７０３?１;TQ０２８?８文献标识码:AApplicationsofCeramicMembraneintheProcessesofIndustryWastewaterTreatmentWANGLi－juan,WANGLan,WANGLong－yao,HEMing－yang,CHENQun(SchoolofPetrochemicalEngineering,ChangzhouUniversity,Changzhou２１３１６４,China)Abstract:Mostindustrialwastewaterisdifficulttobetreated,andthewastewaterpollutedthelivingenviＧronmentofpeople．Inthispaper,theapplicationsofceramicmicrofiltrationinthetreatmentprocessesofwastewaterfromdyeing,automobilepaintingandoilindustryhavebeenreviewed．ThetechnologyproＧgressandtheproblemsexistingintheresearcharealsodiscussed,andthedevelopmentprospectinthefuＧturehasbeenpointedout．Keywords:ceramicmembrane;microfiltration(MF);industrywastewater;watertreatment工业废水具有成分复杂、水质水量变化大、毒不断得到拓展,其中工业废水处理成为微滤陶瓷膜害作用强等特点,往往会对环境造成严重的污染.应用的一个重要方向.随着环保要求的日益严格,探寻高效、低成本且无二次污染的处理办法,已经成为工业废水处理领域１陶瓷微滤膜及其应用特点[１]亟待解决的难题.作为应用最广的膜产品,微滤膜特别适用于非均相物系的处理过程,能够实现对１?１陶瓷微滤膜及其结构特点[２]料液的过滤澄清或对其中悬浮组分的高效回收.一般说来,陶瓷膜元件是由支撑体和膜层两部在各种材质的无机膜中,陶瓷膜的研究和应用最为分构成的,膜层附着在支撑体表面上,有时在两者[３][４]广泛,占到了无机膜商品化市场的８０％以上.中间还存在过渡层.无机膜最常用的支撑体材料近年来,随着陶瓷膜设备成本的降低,其应用领域是Al２O３,其它还有SiO２、SiC、不锈钢等;常用∗收稿日期:２０１２－０９－２６基金项目:江苏高校优势学科建设工程资助项目(PAAD２０１２－０８)作者简介:王丽娟(１９８９－),女,江苏南通人,硕士生;通讯联系人:王龙耀.n王丽娟等?陶瓷微滤在工业废水处理中的应用?９３?的膜层材料则主要是Al２O３,TiO２,ZrO２等.陶水、农药废水、含油废水等.通过对污染物具体组瓷微滤膜元件的支撑体和膜层都是多孔材料,通常成及废水来源工序的分析,工业废水还可细化为更通过堆积粒子烧结法制得,目前用于工业生产的陶多类型.此外,由于生产的工艺、工序及方式的不瓷微滤膜孔径通常＞５０nm.与常规过滤介质相比,同,工业废水的水量和污染物组成、浓度等水质会陶瓷微滤膜具有孔径均匀、过滤精度高、膜层薄、有很大差异.无需助滤剂等特点.废水处理的目的是脱除其中的污染物,使之符在同等膜材料制备技术条件下,膜元件的构型合排放或回用要求,并充分资源化或妥善处理所分是改变膜元件渗透性能的最直接和有效的途径.为离出的污染物.出于经济效益的考虑,工业废水处获得良好的膜元件性能,有关膜元件生产厂家分别理过程往往都会受到处理成本的限制.面对复杂的设计并生产出了样式繁多的多通道膜元件.从构型废水组成和明确的处理目标,单一的膜法往往难以上分,陶瓷膜元件主要有单通道管式、多通道管适应处理要求,此时往往需与预处理方法(沉淀、[５]式、板式和中空纤维式等形式.其中由于在保证絮凝等)、转化途径(高级氧化、化学反应、生化[１１－１２]支撑体强度的同时提供了高的装填面积,管式多通处理等)、分离手段(萃取、吸附、离子交换[１３]道构型膜元件成为了工业应用的主要产品形式.此等)等相结合,形成集成膜法的组合工艺.与外,为有效提高膜渗透效率,其内部通道断面也有传统的物化/生化方法相比,应用集成膜法的处理[６]圆形、多边形和花瓣型等区别.工艺可以实现提高处理效率、降低处理成本和提高处理深度等目标.１?２陶瓷微滤膜的应用性能特点微滤属于压力驱动分离膜技术,陶瓷微滤膜分３集成陶瓷微滤膜的工业废水处理离过程的驱动力为膜两侧流体的压力差.一般操作压差＜０?５MPa,其主要通过择形分离对特定组分３?１印染废水的色度与COD物质脱除[７]实现筛分截留.从印染的生产工艺来看,印染废水包括退浆废与有机膜或液膜相比,无机陶瓷微滤膜具有一水、煮练废水、漂白废水、丝光废水、染色废水、些显著的优点,如极好的耐热性,可以在４００℃下印花废水、整理废水以及碱减量废水.印染废水占[８][１４]稳定使用;高的化学稳定性,能够耐有机溶剂、全部纺织废水的８０％,是工业废水的一个重要强氧化及酸碱侵蚀;机械强度大,具有较高的结构来源,其具有水质、水量变化大、可生化性差、碱稳定性;具有强的抗污染性能,易于清洗再生等.性强及难脱色等特点,传统的处理方法很难达到理由于材料自身的特点,陶瓷微滤膜可适用于高温及想的效果,是一种知名的行业难处理废水.目前,强腐蚀等恶劣环境下物系的分离.此外,这也使得国内大多数采用的是物理化学＋生化的工艺,但是[１５]陶瓷微滤膜能够在宽范围内采取再生措施,从而更该工艺一般难以达到综合污水的排放一级标准.有效而彻底地恢复通量,延长膜的使用寿命.当为此,对印染废水的深入处理显得尤其重要.[１６]然,陶瓷微滤膜同时也具有无机材料固有的缺张毅等利用孔径＜１μm的ZrO２动态陶瓷[９]点,如韧性差易脆裂,膜层需要刚性撑体支撑,膜处理了PVA退浆废水,在错流速度０?２５m/s、装填面积小,高温下无机陶瓷膜的密封较困难,材温度４０℃操作条件下,滤出液的COD值＜料制备成本高等.受到膜污染后再生通量恢复率的１８０mg/L,水质达到了«纺织染整工业水污染物排[１７]限制,对于难清洗的高污染体系的分离过程,采用放标准»(GB４２８７－９２)二级标准.用粉煤灰[１８]陶瓷膜将会大大增加膜元件的更换费用.制成的陶瓷微滤膜平均孔径为０?２５μm,稳定通量为１００L?m－２?h－１,用其处理印染废水,COD２工业废水及其处理途径和颜色的去除率达到了７５％和９０％.马春燕[１４]采工业生产是一个复杂的系统工程,其产生的废用６０００目的高岭土,在错流速度１?０m/s、压差水往往具有多样性.从不同角度出发,其可被分为０?２MPa、涂膜液质量浓度０?３g/L下,制得效果[１０]不同的类别,如从所含的主要污染物组成出发,较好的动态陶瓷膜,将其应用于经过厌氧－生物接可分为无机废水、有机废水和混合废水等;从废水触氧化－沉淀后的印染废水,在跨膜压差为来源出发,可分为纺织废水、造纸废水、涂装废０?１MPa、流速为１?５m/s条件下,COD的去除率n?９４?常州大学学报(自然科学版)２０１２年可达５３?７％,渗透通量为２２７L?m－２?h－１.与传考虑到油田废水的特殊性和无机膜的优势,[２７]统的生化好氧法相比,集成陶瓷微滤膜对印染废水M．Ebrahimi采用陶瓷膜微滤与气浮结合的工[１９]的COD脱除率提高了２０％－３０％.艺,在膜孔径０?２μm、TMP０?１MPa的膜操作条此外,陶瓷微滤膜还能够脱除废水中的染料件下,经９０min处理,油类的去除率达到了９３％.(如表１)以降低废水的色度,但其脱除效果受到但是值得注意的是,延长处理时间到１２０min,油[２０]类的去除率只有７４％.因此,选择恰当的处理条染料种类的显著影响.[２８]表１陶瓷膜对废水中染料的脱除效果件对处理效果有着至关重要的作用.P．MittalTable１Removaleffectofdyefromwastewaterbyceramicmembrane利用高岭土制备的陶瓷动态膜,利用神经网络的方序号染料种类色度去除率/％法筛选出最佳的膜过滤条件.在TMP１３８kPa条１直接染料８６－９９件下对含油废水进行处理,油类去除率达到了２黄酸１００[２９]３无表面活性剂可溶染料１４－６２９３％,并较好地降低了处理成本.ShuLi等采４有表面活性剂可溶染料９６－９８用ZrO２陶瓷膜和辅助超声技术来处理含油废水油５不溶性染料９８类的去除率达到９９?９％,并且缩短了处理膜污染的时间.无机陶瓷微滤膜在含油废水处理中表现出３?２汽车涂装废水中的磷与COD物质脱除了脱油率高、通量大、抗污染性强等明显优势,显正在中国快速发展的汽车工业也带来急剧增长现了良好的工业化应用价值.的难处理工业废水,其中涂装环节是汽车工业废水的一个主要来源.涂装废水包括脱脂废水、磷化废３?４在其他废水中的应用水、电泳废水和喷漆废水,其中主要含有高分子树除了以上工业废水,膜法还在其它工业废水处脂、磷酸盐、重金属离子、油脂、氨氮、固体悬浮[３０]理过程中得到了应用,例如造纸废水的治理.[２１]物以及有机溶剂等污染物.COD值高和磷浓度造纸废水中的较多小分子含氯化合物对废水的高是影响涂装废水的主要问题,很多研究团队都提COD贡献很大,因此微滤膜一般只作为造纸废水[２２－２３]出了用物化和生物结合的方法处理此类废水,深度处理的预处理.R．Ordonez[３１]使用MF和UF但处理的结果普遍难以满足回用或排放的要求.张作为RO的预处理.研究表明,盐的去除率达到[２４]进等将化学沉淀与陶瓷微滤膜结合使用时,在－１.并且渗９９％,COD的质量浓度小于５mg?L跨膜压差０?０７８MPa、温度１８－３３℃、错流速率透液可以作为生产的循环水.４?９m/s条件下,COD的去除率达到９６?９％,在食品行业,陶瓷微滤膜也被用于料液的澄PO３－去除率９９?８％.该工艺耗时短,且占地面积[３２]４清.MeishengLi等使用２００nm的ZrO２陶瓷微小,工艺简单,实现了常规方法与膜技术的有效结滤膜澄清米酒,在０?１MPa,１?９８m?s－１的流速合.随着膜技术的不断研究,应用膜技术来深度处下,通量达到５４L?m－２?h－１,浊度降低了９０％,理涂装废水是一个重要的方向.但目前,对于废水颜色去除率达到了３８％.Almandoz[３３]等应用微滤高预算的预处理以及昂贵的维修和清洗费,仍是制陶瓷膜澄清糖浆,研究表明孔径为０?５μm的陶瓷约膜技术广泛应用的主要原因.膜比孔径为０?７５μm和０?１４μm的陶瓷膜能够实现更好地截留效果.在压差为１０３?４２kPa,流速为３?３在油田含油废水中的应用２?３１m/s时,膜通量能够达到１１８L?m－２?h－１.油田废水是一类含有气、液、固多相组分的废在浊度降低和蛋白质截留等食品工业的废水处理水,其主要源自油田采出水、钻井污水、三采污水中,陶瓷微滤膜较传统的真空过滤表现出了优势.以及清洗过高盐原油的污水.油田废水所含的主要污染物有浮油、分散油、乳化油和溶解油,处理后４结论的出水一般进行回注、回用或外排,其中外排水的工业废水具有水量大、污程度高和处理困难的[２５]达标率不到５０％.在传统的“老三套”处理方特点,直接影响着企业和人类的生存环境.随着环[２６]法(隔油、浮选、过滤)基础上,吸附、萃取和境问题的日益突出,工业废水的处理要求将会越来有机膜超滤技术被先后引入该类废水的处理,但均越严格.面对复杂的工业废水体系和污染物种类,出现了工艺复杂、成本高和二次污染严重等问题.针对特定废水的自身特点,在原有污水处理工艺基n王丽娟等?陶瓷微滤在工业废水处理中的应用?９５?础上引入先进处理技术,建立起系统有效的处理方物排放标准[S]?北京:中国标准出版社,１９９２．[１８]JedidiI,KhemakhemS,SaidiS,etal．Preparationofanew法,将成为工业废水治理的主要途径.ceramicmicrofiltrationmembranefrommineralcoalflyash:作为新型分离技术的代表,无机陶瓷微滤膜在Applicationtothetreatmentofthetextiledyingeffluents[J]．工业废水处理领域已经开始得到应用.其耐侵蚀、PowderTechnology,２０１１,２０８(２):４２７－４３２．抗污染、长寿命和高效率的产品优势不断得到挖[１９]江凯,于水利,周奉林,等?物化－生化组合工艺处理大型掘,装备的应用成本持续得到降低.在节能减排的综合印染废水中试研究[J]?给水排水,２０１２,３８(３):６７可持续发展大背景下,进一步开发和优化具有工业－７０．[２０]张丽?无机陶瓷膜的制备及其在废水处理中的应用[J]?环化价值的处理工艺,成为陶瓷微滤膜在工业废水处境科学与技术,２００１(４):２７－３０．理中应用研究的主流.[２１]韦东,沈致和?汽车涂装废水处理工程实践[J]?工业用水与废水,２０１１,４２(２):７２－７５．参考文献:[２２]SotirchosD,OliveiraD,PrinholatoA,etal．AnSBBRapＧpliedtothetreatmentofwastewaterfromapersonalcareindusＧ[１]徐南平,王龙耀,刑卫红,等?一种多通道膜管及其应用:中try:Effectoforganicloadfilltime[J]．JournalofEnvironＧ国,CN２００６１００３９３２４?１[P]?２００６－１１－２２．mentalManagement,２００９,９０:３０７０－３０８１．[２]LongyaoWang,GangYang,WeihongXing,etal．MathＧ[２３]MudliarR,UmareS,RamtekeS,etal．Energyefficient－ematicmodeloftheyieldfordiafiltrationprocesses[J]．SepaＧAdvancedoxidationprocessfortreatmentofcyanidecontainingrationandPurificationTechnology,２００８,５９(２):２０６－２１３．automobileindustrywastewater[J]．JournalofHazardous[３]孟广耀,陈初升,刘卫,等?陶瓷膜分离技术发展３０年回顾Materials,２００９,１６４(２－３):１４７４－１４７９．与发展[J]?膜科学与技术,２０１１,３１(３):８６－９５．[２４]张进,董强,刘杏芹,等?陶瓷膜处理汽车涂装废水∥第一[４]徐南平?面向应用过程的陶瓷膜材料设计、制备与应用[M]届全国化学工程与生物化工年会[C]?南京:化学工业出版?１版?北京:科学出版社,２００５．社,２００４:４３９－４４５．[５]IBMEM．IndustrialBiotechMembranes[EB/OL]．[２００６－５[２５]蔡钊荣?油田含油污水处理及回用技术[D]?青岛:中国海－１５]．http:∥www．Membrane－guide．com/firmenlisten/洋大学,２００６．produket/ceramic－membranes－europe．htm．[２６]张文?油田污水处理技术现状及发展趋势[J]?油气地质与[６]GrangeonA,LescocheP．MultichannelInorganicElementfor采收率,２０１０,１７(２):１０８－１１０．FilteringaFluid:US,５６０７５８６[P]．１９９７－０３－０４．[２７]EbrahimiM,WillershausenD,AshaghiS,etal．InvestigaＧ[７]王龙耀,杨刚,刑卫红,等?头孢菌素C发酵液膜陶瓷膜过tionsontheuseofdifferentceramicmembranesfoeefficientoil滤过程中的影响因素研究[J]?高校化学工程学报,２００７,－fieldproducedwatertreatment[J]．Desalination,２０１０,２１(４):６０４－６０９．２５０(３):９９１－９９６．[８]高松平?用陶瓷膜对含有超细颗粒的乳化悬浮液净化处理研究[２８]MittalP,JanaS,MohantyK．Synthesisoflow－costhydroＧ[D]?太原:中北大学,２００９．philicceramic－polymericcompositemembranefortreatmentof[９]邢卫红,王龙耀,徐南平?一种浸入式膜组件及其膜过滤装oilywastewater[J]．Desalination,２０１１,２８２(１):５４－６２．置:中国,CN２００６１００４０５５２?０[P]?２００６－０５－２４．[２９]SHULi,XINGWeihong,XUNanping．Effectofultrasound[１０]刘平,王超,魏源送,等?技术进步和结构调整对天津市工onthetreatmentofemulsificationwastewaterbyceramicmemＧ业废水排放变化贡献分析[J]?环境科学学报,２０１１,３１branes[J]．ChinaJournalChemicalEngineering,２００７,１５(５):１０９８－１１０４．(６):８５５－８６０．[１１]王有志?复合厌氧－接触氧化处理油脂工业废水[J]?工业[３０]程兆鹏?膜分离法处理造纸漂白废水[J]?江苏造纸,２０１０水处理,２００６,２６(１):７９－８０．(４):４６－４８．[１２]冯俊生,翁平,陆全?化学沉淀－电解联用处理高盐冶金废[３１]OrdonezR,HermosillaD,IgnacioS,etal．Evaluationof水[J]?常州大学学报:自然科学版,２０１１,２３(２):６０－MFandUFaspretreatmentspriortoROappliedtoreclaim６３．municipalwastewaterforfreshwatersubstitutioninapaper[１３]任松洁,丛纬,张国亮,等?印染工业废水处理与回用技术mill:Apracticalexperience[J]．ChemicalEngineeringJourＧ的研究[J]?水处理技术,２００９,３５(８):１４－１８．nal,２０１１,１６６(１):８８－９８．[１４]马春燕?陶瓷膜对废水中染料的脱除效果[D]?上海:东华[３２]LiMeisheng,ZhaoYijiang,ZhouShouyong,etal．ClarificaＧ大学,２００７．tionofrawricewinebyceramicmicrofiltrationmembranesand[１５]邱仁荣,赵颖,姚曙光,等?印染废水深度处理及回用技术membranefoulinganalysis[J]．Desalination,２０１０,２５６(１－的研究现状[J]?工业水处理,２００７,２７(９):１１－１４．３):１６６－１７３．[１６]张毅,顾润南?动态陶瓷膜处理PVA退浆废水的工艺[J]?[３３]AlmandozC,PaglieroC,OchoaA,etal．CornsyrupclarifiＧ东华大学报,２００７,３２(２):２３６－２３８．cationbymicrofiltrationwithceramicmembranes[J]．Journal[１７]中国纺织大学环境研究院?GB４２８７－９２纺织染整工业水污染ofMembraneScience,２０１１,３６３(１－２):８７－９５．