纳滤膜在废水处理中的应用-中国科技论文在线 4页

中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn2005年第3期　　　　　　　　　　　内蒙古石油化工11纳滤膜在废水处理中的应用包峰松,张永锋,李利军,崔景东(内蒙古工业大学化工学院,内蒙古呼和浩特　010062)　　摘　要　本文着重介绍了纳滤膜在国内外废水处理中的应用及研究进展。纳滤膜技术与传统的废水处理方法相比具有处理效果好,可实现废水回用和有用物质的回收等特点。并展望了将纳滤膜技术应用与废水处理,膜技术的集成以及与传统的废水处理过程相结合均将产生较大的社会效益和经济效益。关键词　纳滤膜;废水处理1　前言驱动型膜分离技术.纳滤膜的操作压差一般为0.5膜分离技术是一项新型的高效分离技术,它具～2.0MPa,在达到同样的渗透通量时,所必须施加有过程简单,经济性较好,往往没有相变,分离系数的压差比用反渗透膜低0.5～3MPa,故NF膜过滤[1]较大,节能,高效,无二次污染,可在常温下连续操作又被称为“疏松型RO”或“低压RO”。等特点,在各工业领域和科学研究中得到了广泛的纳滤膜对水中的分子量为数百的有机小分子具应用。纳滤膜作为80年代末期问世的一种新型分离有分离特性,其截留相对分子量界限约为200～膜,在水处理中有着广泛的用途。1000,一般适用于分子大小约为1nm的溶解组分纳滤膜的平均孔径在10～30
之间,它是介于的分离.此外纳滤膜具有离子选择性,对于单价离子反渗透(1～10
)和超滤(>30
)之间的一种压力的截流率较低,一般认为一价离子渗透,相反对多价离池有充足的补给卤水。产品在卤水中结晶成块状结构产出,避免了　　表6结晶池卤水的控制指标风吹雨淋造成的损失,无环境污染。卤水浓度温度水深2-指数2+指数SO4Mg!所得产品质量纯度较高,达到了污水硫酸钠项目(Be')(℃)(cm)(%)(%)国家标准GB6009-85三级品标准,符合硫化碱生指标≥25°≥17.920cm≤h≤40cm≥25%≤15%产的要求。　　从5月开始,蒸发池的卤水输入结晶池,进行参考文献2-2+蒸发结晶,定期化验,当SO4指数≤25%或Mg指数≥15%时,排出卤水;重新补充蒸发池液体,控[1]　李恪.化工热力学[M].第一版.北京石油工业出版社,1985:264-290.制液位在20～40cm之间。10月份水温低于17.9℃[2]　朱自强.化工热力学[M].第一版.化学工业出版社,时,直接排出结晶池卤水,产出池底的无水硫酸钠。1980:160-164.7　结论[3]Smith,J.M.,VanNess,H.C.Intro-芒硝矿区卤水直接生产无水硫酸钠工艺,是对ductiontoChemicalEngineeringThermody-+2+-2-Na、Mg//CI、SO4-H2O的四元水盐体系进namics[M].3rdedMcGraw-Hill1975.行详细的理论分析后,对工艺过程多次实验,结果表[4]Sandler,S.I.ChemicalandEngineeringThermody-明:namics[M].firsted.McGraw-Hill1977.
该工艺技术流程短,设备合理,技术可靠,技作者简介:杨成德,男,1969.12出生,90年毕业于石油大术线路合理,减少生产工序,经济效益显著。学,讲师,长期从事化工教学与科研工作。Tel:0931-7941861.Email:yangchd1226@sina.com.cn或yangchd1226充分利用矿区自然气象条件与夏季连续蒸发@yahoo.com.cnyuli5@sohu.com.cn结晶,冬季一次性产出产品,生产过程简单能耗低,收稿日期:2005年1月10日有效地降低了产品成本。转载n中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn12包峰松等　纳滤膜在废水处理中的应用　　　　　2005年第3期　子的截流率却较高,这是由于NF膜大多为荷电膜,谷,盐化污水的含硒量已达到4200mg/L。湿地环境对于不同价态的阴离子存在Donnan效应所造成受到该污水的污染,表现出硒中毒从而引起高比率[6]的。的水鸟胚胎畸形和死亡。Kharaka等人指出,纳滤2　水的软化作为最新的膜分离技术,对于加利福尼亚州San纳滤膜在水的软化处理中应用广泛.在锅炉、印Joaquin谷的重度污染污水,可以截留95%以上的染、医药等很多领域需要大量的软化水.目前常用的硒和90%以上的其它多价阴离子。纳滤膜可以处理软化方法主要有石灰软化法、离子交换法、电渗析以大量污水且所需的压力低,预处理步骤较少从而成及这些方法的组合,这些水处理过程工艺繁琐,效率本低于传统的反渗透膜。纳滤膜对处理来自农业的低,费用高。纳滤膜法水软化的优点是无污染,无需含硒排水和其它含硒污水提供了突破性的处理方再生,工艺简单,并能在低压下实现水的软化及脱法。盐。在金属加工和电镀工业中清洗水和电镀液中常[2]张显球等人采用小型纳滤装置对长江水源的含有浓度较高的重金属离子,如铜,镉,镍,铁等,采南京市自来水进行了软化处理的试验研究。试验结用纳滤膜通常可使这些金属离子浓缩10倍,并能回果表明在较宽的操作压力和温度范围内,硬度的去收90%以上的废水.利用某些金属离子在一定氯离除率在90%以上,产水的总硬度在0.3mmol/L以子浓度下可形成荷电和非荷电络合物的性质,用荷下,满足热水锅炉的用水要求。NF90膜对硬度的去电纳滤膜可将它们分离开,如镉和镍在氯化纳浓度除率接近100%,产水总硬度在0.01mmol/L以下,为0.5mo1/L时,前者以电中性络合物的形式存在,满足中、低压蒸汽锅炉用水要求。而后者形成荷正电络合物,于是带正电的纳滤膜则[7]3　造纸工业废水可截留镍离子,实现两种离子的分离。近几年,造纸工业为了减少造纸厂的用水量进5　纺织印染废水行了很多的技术改进,尤其是在膜处理技术方面.膜纺织工业废水的特点是含有很深的颜色和高浓处理技术主要应用在生产废水的净化中,使其能够度的有机碳等。通常脱色所采用的方法是臭氧化,但[8][3][4]费用很高,应用膜技术可以避免这一缺点。回用,如用作冲洗水。Manttari等人开发了纸厂纳滤膜对纺织厂废水中的疏水性染料和亲水性水循环系统,使用一步法纳滤过程,并同超滤法处理染料都有很好的分离效果,对高价离子和微污染物过程进行比较,发现采用纳滤技术处理后得到的水质等都有很高的去除率,因此尤其适用于纺织废水不仅透明、无色、不含阴离子废物,而且将透过水的[9]的深度处理和染料的提纯。研究表明,纳滤膜对纺COD、总碳和无机盐含量的去除由超滤法的50%-织废水中的COD去除率在90%以上,脱色率在60%提高到80%以上;他们同时提出了利用纳滤膜99%以上。处理过的水可以被重新用于染色。减少处理牛皮纸浆厂的碱性漂白污水,它能够分离有机水的消耗,节约能量并且减少废水排放量等均表现金属和低分子量的有机金属-氯化化合物。出了纳滤膜处理纺织厂废水的潜在经济价值。造纸厂冲洗废水中含有大量污染物,纳滤膜可香港的漂白和印染工业通过纳滤膜分离方法来以替代吸收和电化学方法除去深色木质素和来自木处理脱浆废水.两种棕色的有色废水COD值分别浆漂白过程中产生的氯化木质素,因为污染物中的为14,000和5430mg/L。当pH值是10.2时废水的COD去除率为85%,当pH值是5.5时废水的许多有机物都是带负电性的,它们很容易被带正电COD去除率为80-85%,且处理中纳滤膜不易被性的纳滤膜截留,并且对膜不产生大的污染。例如用污染.由于两种废水的组成差别导致了处理两种废纳滤膜对木材制浆碱萃取阶段所形成废液进行脱水所获得的结果不同,但处理过的水质全部高于香色,废液中的带色物质,木质素和氯化木质素可被截[10]港的下水道污水的排放标准。留,其中不需截留的一价钠离子可透过膜而重新用6　放射性废水[5]于萃取,膜的脱色率达98%。纳滤膜可以处理来自轴矿加工厂的含有放射性4　重金属离子废水元素如镭、轴等的弱辐射性洗涤废水,从而显示出了[11]在世界范围内含硒的农业排放废水已成为一个纳滤在核工业中的潜能。首先在弱辐射性洗涤废新的污染源.在美国加利福尼亚州的SanJoaquin水中加入H2O2并在紫外光下照射,然后将该水的n中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn2005年第3期　　　　　　　　　　　内蒙古石油化工13全部或部分经纳滤处理.该方法可以防止二次污染较高的钡离子,钡离子极易与海水中的硫酸根离子的产生且处理过的水可以直接排放。结合生成硫酸钡沉淀,堵塞油井渗油层的渗油管[12][18]据Gaubert等人报道,结合使用纳滤和络合道。纳滤膜能选择性地除去硫酸根离子,防止沉方法可以应用在核污水的处理当中。Prabhakar等淀物的形成。同时纳滤膜还可以处理含油海水,去除[13]人分别用反渗透膜、纳滤膜、超滤膜等来净化重排放海水中的有机物。铀酸铵污水,试验中反渗透膜和纳滤膜将大约含有9　垃圾沥出液4%的硝酸铵的微居里/公升放射性污水,净化为毫填埋垃圾沥出液是一种严重的污染物。垃圾沥微居里/公升放射性污水。超滤膜不能提供理想的净出液中包含很多种危险的废物,它们能够污染土壤化效果因此不适用于上述污水的净化。由于硝酸铵或地下水。因此,必须要重视对填埋垃圾沥出液的处溶质在反渗透过程中被截留,因此反渗透膜的渗透理。[19]通量较低。然而,由于纳滤膜对硝酸铵的截留特性较Trebouet等人指出相对于反渗透处理填埋差从而导致了稳定的渗透通量。这项研究表明纳滤垃圾沥出液,纳滤是一种更好的选择。填埋垃圾沥出膜具有处理重铀酸铵废水的开发潜能。液经纳滤膜处理后,其COD值低于环境排放标准。7　食品工业废水但填埋垃圾沥出液中的某些成分吸附在膜上可以造[20]使用膜分离方法可以处理来自豆腐制造厂的废成不可逆膜污染。Elke等人将电子照射技术与膜水。纳滤是处理这种废水的一项可行技术.该废水的技术结合起来解决了纳滤膜污染的问题。他们的工COD值大约为10,000mg/L,经纳滤膜处理后透过艺是:将工业填埋垃圾沥出液或高度污染的地下水液可以重新用于豆类加工且浓缩物可以返回生产首先调整其pH值到3-6之间,然后用电子束照射[14]线.香港一家豆腐制造厂已经采用了这种方法。废水,直到可以被吸收的有机卤素被降低到0mg/[15]Fahnrich等人开发了使用纳滤和吸附结合L。再将废水通过纳滤膜处理一般均可达到排放标的方法,用来处理肉包装工业满载细菌的废水。通过准。那些截留物要被蒸发成不对土地构成危害的干研究活性碳和聚合吸附剂的吸附性能,发现活性碳燥固体废物,蒸发过程中的蒸汽被凝结并且加到起的吸附性能较好.在纳滤和吸附之前,废水的预处理始的废水中。即除去脂肪,悬浮颗粒和胶体是必要的。通过纳滤和10　展望吸附相结合处理的肉包装工业废水,经测试已经达纳滤膜由于其独特的分离特性及优良的性能,到了饮用水标准。使得它在水处理领域有着其它膜技术无法代替的地[16]Koyuncu等人使用低压纳滤膜处理乳品工位。在水资源日益紧张的今天,以废水回用和物质回业废水使其再生利用,取得了极好的截留性能。此法收为目的的纳滤技术,将随着膜分离理论的不断完处理乳品厂废水时可以再生接近90%的废水并使善和应用的深入研究在水处理领域中得到更大的发其能够重新使用。该法对重金属的去除率也很高。并展。利用几个膜过程或者将膜分离技术与其它分离且膜不易被污染。技术集成起来,各尽所长,达到最好的处理效果与最8　石化工业废水佳的经济效益,也是今后发展的重点之一。石油工业废水主要包括石油开采和炼制过程中参考文献产生的含各种无机盐和有机物的废水,其成分非常复杂,处理难度大。采用纳滤膜法与其他方法相结[1]　王湛,等.膜分离技术基础,北京,化学工业出版社,合,既可有效处理废水还可回收有用物质。例如,先2000.用纳滤膜将原油废水分离成富油的水相和无油的盐[2]　张显球,等:纳滤软化锅炉用水的试验研究.南京师范水相。然后把富油相加入到新鲜的供水中再进人洗大学学报(工程技术版),Vol.4No.22004.油工序,这样既回收了原油又节约了用水。石油工业[3]Nuortila-Jokinen,Jutta;Nystroem,Marianne.的含酚废水的毒性很大,必须脱除后才能排放,若采Comparisonofmembraneseparationprocessesinthe用纳滤技术,不仅酚的脱除率可达95%以上,而且internalpurificationofpapermillwater.J.Membr.在较低压力下就能高效地将废水产生的镍、汞等重Sci.,119(1),99-115.金属高价离子脱除,其费用比反渗透等方法低得[4]ManttariM,Nuorila-JokinerJ,NystromM.Evalu-[17]多。ationofnanofiltrationmembranesforfiltrationofpa-海上石油开采过程中通常需要往油井中灌注海permilltotaleffluent[J].Filtr.Sep,1997,34(3):水以提高原油的产量。但在某些海域中,原油中含有275-280.n中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn14包峰松等　纳滤膜在废水处理中的应用　　　　　2005年第3期　[5]　阎光明,等.纳滤膜在水处理中的应用.环境工程,Vol.Nanofiltration(NF)MembranesofrtheDecontami-19No.12001.nationofAmmoniumDiuranateEffluents.Sep.Sci.[6]Kharaka,YousifK.;Ambats,Gil;Presser,TheresaTechnol.,31(4),533-544.S.;Davis,RoyA..Removalofseleniumfromcon-[14]Chai,Xijun;Mi,Yongli;Yue,Po-Lock;Chen,taminatedagriculturaldrainagewaterbynanofiltrationGuohua.Beancurdwastewatertreatmentbymem-membranes.Appl.Geochem.,11(6),797-802.braneseparation.Sep.Purif.Technol.,15(2),175[7]　李文俊,薛培华.纳滤膜及其在水处理中的应用.净水-180.技术.Vol.23No.22004.[15]Fahnrich,Armin;Mavrov,Valko;Chmiel,Horst.[8]F.Gahr,F.Hermanutz,andW.Oppermann,"O-Processingofweaklyloadedprocesswastewaterszonation-AnImportantTechniquetoComplywithfromthefoodindustry.Chem.-Ing.-Tech.,69NewGermanLawforTextileWasterwaterTreat-(8),1147-1148(German).ment,"WaterSci.Technol.,30,255-263.[16]Koyuncu,M.Turan,D.TopacikandA.Ates.Ap-[9]Schaefer,Thomas;Gross,Rogerio;Janitza,Juer-plicationoflowpressurenanofiltrationmembranesgen;Trauter,Joachim.Nanofiltrationofdyefortherecoveryandreuseofdairyindustryefflu-wastewater.F&SFiltr.Sep.,13(1),9-16(Ger-ents.WaterScienceandTechnologyvol41No1ppman).213-221.[10]Chen,Guohua;Chai,Xijun;Yue,Po-Lock;Mi,[17]　何毅,等.纳滤膜分离机理及其在水处理中的应用,净Yongli.Treatmentoftextiledesizingwastewaterby水技术,Vol,22No,52003.pilotscalenanofiltrationmembraneseparation.J.[18]　陈益棠,等.纳滤膜及其应用,中国有色金属学报,Membr.Sci.,127(1),93-99.Vol.14S12004.[11]H.P.StermannandE.W.Boje,StudiesonthePu-[19]Trebouet,D.;Schlumpf,J.P.;Jaouen,P.;Male-rificationofWasteWaterwithinaConceptforRecla-riat,J.P.;Quemeneur,F..EffectofoperatingmationoftheClosedUranium:MillCrossenofconditionsonthenanofiltrationoflandfillleachates:SDAGWISMUT-FinalReport,INIS-mf-1407;pilot-scalestudies.Environ.Technol.,20(6),587cf.INIS-23-038966.-596.[12]Gaubert,E.;Barnier,H.;Maurel,A.;Foos,J.;[20]Wichterey,Elke;Klos,Dieter.TreatmentofGuy,A.;Bardot,C.;Lemaire,M..Selectivewastewaterscontaininginorganicandorganicpol-strontiumremovalfromasodiumnitrateaqueouslutants.DE19605580(Germany).mediumbynanofiltration-complexation.Sep.Sci.作者简介:包峰松,男,1979年生,内蒙古工业大学化工学院Technol.,32(1-4),585-597.2002级硕士研究生.联系人:内蒙古工业大学研究生公寓[13]S.Prabhakar,C.Balasubramaniyan,etal.Perfor-201室(邮编:010062),电话:0471-6592574manceEvaluationofReverseOsmosis(RO)and收稿日期:2005年1月20日ApplicationofNanofiltrationMembranetoWastewaterTreatmentBAOFeng-songZHANGYong-fengLILi-junCUIJing-dong(InnerMongoliaUniversityofTechnology,Huhhot,China,010062)Abstract:ApplicationandstudyprogressofNanofiltrationmembranetowastewatertreatmentathomeandabroadwerebrieflyintroducedinthispaper.TheNanofiltrationmembraneappliedtowastewatertreatmentcomparedtothetraditionalmethodscannotonlyachievebettertreatingefficiencybutalsoreuseandrecoveryforwastewater.ItprospectedthatapplicationofNanofiltrationmembranetechnologytowastewatertreatment,especiallythehybridmembranetechnologyandthecombinationwithtraditionalmethodsforwastewatertreatmentmaybringgreatersocialandeconomicbenefits.Keywords:NanofiltraionMembraneWastewaterTreatment