膜离技术在废水处理中的应用 5页

膜分离技术在废水处理及分析化学中的应用摘要针对日益恶化的环境问题，论述微滤、超滤、纳滤、渗透汽化等膜分离技术及特点，介绍膜分离技术在废水处理及分析化学中的应用，并对其发展前景作出展望。关键词膜分离；废水处理；分析化学膜分离技术是近年来在全球迅速崛起的一项新技术，近半个世纪以来，膜分离技术得到了迅猛的发展。膜分离技术作为新的分离净化和浓缩方法与传统的分离操作相比，具有能耗低、分离效率高、无二次污染、工艺简单的优点【1】。因此在生产生活的各个领域得到了广泛应用。本文将介绍一些膜分离技术在废水处理及分析化学中的应用。1.膜分离的定义及特点膜分离就是用天然的或人工合成膜，以外界能量或化学位差作为推动力，对双组分或多组分溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。膜分离过程具有装置简单、操作容易、易于自动控制，维修方便等特点，但是，由于膜材质价格高，大多数膜工艺运行费用昂贵。2.膜分离在废水处理中的应用2．1微滤微滤常用于各种废水的预处理，以降低浊度、悬浮物，满足后处理进水要求。微滤的过滤方式有死端过滤和全量过滤两种方式【1】。死端过滤是一种低能耗、高产出的过滤方式，但滤饼层随着过滤时间的增加逐渐增厚，溶液的透过量降低，因此如何及时清洗滤饼、恢复水通量成为死端过滤的关键【2】。2.2超滤超滤是依靠膜表面的微孔结构对物质进行选择分离的，超滤分离可以实现大小分子的分离、浓缩及净化【3】。超滤膜应用的主要问题是膜通量随运行时间的延长而降低、膜污染和浓差极化严重，价格高、需要复杂的预处理是其应用的主要障碍【4】。2.3纳滤纳滤广泛应用于河水及地下水中含三卤甲烷中间体THM、低分子有机物、农药、异味、硝酸盐、硫酸盐、氟、硼、砷等有害物质的去除，废水的脱色，废水中不同有机物的分级浓缩【5】。5n2.4渗透汽化PV的应用包括有机物脱水，水中回收贵重有机物、有机-有机体系分离三方面。其中有机物脱水尤其是醇类的脱水研究得最为广泛并部分获得工业化应用。渗透汽化在环境工程的应用主要在化工、航天、食品工业等领域，如啤酒脱醇，处理有机物(如含芳烃和卤代烃)的废水，在宇宙飞行中处理实验室废水等【6】。3.膜分离技术的应用实例3.1在废水处理中的应用3.1印染废水美国SaraLee纺织厂主要使用活性染料进行羊毛染色，印染废水活性染料的浓度很高。大部分工业废水色度为5000-7000(稀释倍数法以倍计)颜色很深的废水同时包含了大量的氯化钠，该公司选择超滤和纳滤技术去除色度和其他悬浮固体，并将氯化钠和处理水在染色工艺中再用，废水处理能力为7.5-350t，通过溶质回收，每年节省约35万美元，其中包括盐水回收的24.5万美元和废水回用的10万美元。美国Newjersey州Ciba公司染料化工厂对水溶性废水只需RO或NF处理后，每天可回收染料230kg左右，50％～75％的水实现回用，废水处理费用大幅度降低【7】。3.2含酚废水万印华等研究了液膜法处理高浓度含酚废水的工艺条件，考查了不同因素对除酚的影响。实验结果表明，对含10—47g/L的工业废水。经2-3级液膜处理，出口水中酚浓度可降至0.5mg/L以下，除酚率大于99.99％，内相富集酚达270g/L以上，可回收酚。秦非等采用混合型表面活性剂处理某染料化工厂含酚废水。在最佳条件下，除酚率可达99％以上。3.3电镀废水电镀废水主要包括电镀漂洗废水、钝化废水、镀件酸洗废水、刷洗地坪和极板的废水以及由于操作或管理不善引起的“跑、冒、滴、漏”产生的废水，另外还有废水处理过程中自用水的排放以及化验室的排水等口【8】。楼永通等在中试基础上建立1200m3/d电镀镍漂洗水膜法回收工程，采用三级膜分离技术浓缩电镀废水并回收水和镍，第一级膜过程为纳滤，处理量50m3/h5n，浓缩1O倍；第二级为反渗透，对纳滤浓缩液进行处理，处理量5m3/h，浓缩5倍；第三级为反渗透，对第二级反渗透浓缩液进行处理，处理量1m3/h，浓缩2倍以上，共浓缩100倍以上。一级膜分离系统对镍的截留率为98％；二级、三级膜分离系统对镍截留率均在99％以上，整个系统运行良好，基本上实现了电镀废水的资源化【9】。ZhiWang采用DL、DK和NTR-7450三种纳滤膜处理含Cu、Cr的电镀废水，DL和DK膜对Cr的平均去除率分别为96．65％和94．7％，对Cu的平均去除率分别为90.0％和82.8％；NTR-7450膜对Cr和Cu的去除率低于70％【10】。Z．V．P．Murthy等采用纳滤膜，处理Ni2+抖质量浓度为5mg/L和250mg/L废水，镍的最大去除率分别为98％和92％【11】。AlkaG．Boricha采用纳滤膜对重金属去除率在93％以上，对SS和TDS去除率近100％【12】。3.2膜分离技术在分析化学中的应用3.2.1在多糖分离纯化研究中的应用司丹丹等【13】用截留Mr200的UF膜浓缩黄芪提取液，并在生药用量和提取条件相同的情况下，比较了UF浓缩和蒸发浓缩后浓缩液醇沉的结果。与蒸发浓缩相比，UF浓缩醇沉淀总蒸干物少9.7％，蒸干物颜色更白，蒸干物中多糖百分含量高于蒸发浓缩，醇沉后上清液中总糖比蒸发浓缩多1.9％。但对其它组分的影响尚需进一步研究。朱圣东等【14】在自制的高压反渗透评价池内研究了R0处理微生物多糖发酵废水的过程，并建立了描述此过程的数字模型，其模拟结果能与实验结果较好的吻合。3.2.2在有机酸的分离与纯化中的应用张太龙将单宁酸溶液通过改性活性炭柱进行预处理，以膜通量和单宁酸含量为考察目标，确定了单宁酸溶液的浓度和膜的截留相对分子质量，同时考察了料液浓度、温度和操作压力对膜分离效果的影响。在最佳工艺参数条件下，精制后的单宁酸的含量达到995n％以上。沈亮等运用膜分离法从当归水浸取液中分离、纯化阿魏酸。研究表明，经高速离心预处理后，超滤法的回收率和杂质去除率均高于醇沉法；而纳滤膜对阿魏酸几乎没有截留效果，反渗透适用于浓缩阿魏酸。吴正奇采用微滤．超滤．纳滤组合的膜分离过程，在金银花提取液中除去了固体微粒和大分子物质，纳滤浓缩液的固形物主要是绿原酸、黄酮、鞣质、皂苷、二糖、三糖和无机盐等小分子物质，绿原酸的总回收率达到87．6％【15】。展望：我国的膜技术在环保领域的应用与世界先进水平尚有较大差距，开发、制造高强度、长寿命、抗污染、高通量的膜材料，对于不同的污染源采用不同的膜技术及相应的配套工艺，以达到降低投资和运行成本，更好的推广膜分离技术在环保领域的应用。在膜使用中着重解决膜污染、浓差极化及清洗等关键问题。因此，膜分离技术将在21世纪的环境工程和分析化学中发挥极其重要的作用。参考文献：[1]苏金坡，尹连庆，张亚琴，檀素丽.膜分离技术在环境工程中的应用[M].环境科学与技术2004.95n[2]王建梨，计建炳，徐又一．膜分离技术在水处理领域的应用[J]．膜科学与技术2003，23(5)：65—68．[3]李春，魏玉君，黄俊.膜分离技术在印染废水中的应用[M]纺织科技进展2009.4[4]雷晓东，熊蓉春，魏刚.膜分离法污水处理技术[J]．工业水处理，2002，22(2)：1—3．[5]李秀芬，负学启．压力驱动膜过程在饮用水处理中的应用[J]．净水技术，2002，21(3)：31—34[6]陈镇，秦培勇，陈翠仙．渗透汽化和蒸汽渗透技术的研究应用现状及发展[J]．工业水处理，2003，23(4)：103—109．[7]任建新．膜分离技术及其应用[M]．北京：化学工业出版社，2002．[8]贾金平，谢少艾，陈虹锦．电镀废水处理技术及工程实例[M]．化学工业出版社，2003．6[9]楼永通，宋伟华，罗菊芬，等，1200m3／d电镀废水膜法回收工程[J]．膜科学与技术，2004，24(5).[10]ZhiWang,GuangchunLiu,ZhifengFan,etc.Experimentalstudyontreatmentofelectroplatingwastewaterbynanofiltration[J].JournalofMembraneScience,2007(305):185～195[11]Z.V.P.Murthy,LateshB．Chaudhari.Applicationofnanofiltrationfortherejectionofnickelionsfromaqueoussolutionsandestimationofmembranetransportparameters[J].JournalofHazardousMaterials,2008(160):70～77.[12]AlkaG.Boricha,Z.V.P.Murthy.Preparation,characterizationandperformanceofnanofihrationmembranesforthetreatmentofelectroplatingindustryeffluent[J].SeparationandPurificationTechnology,2008(10)[13]司丹丹，顾正荣，徐伟．黄芪提取液纳滤浓缩的实验研究[J]．中成药，2007，29(12)：1854-l857．[14]朱圣东，雷云周．反渗透膜法处理多糖发酵废水的过程模拟[J]．膜科学与技术，1992，12(2)：44．51．[15]膜分离技术在植物有效成分分离与纯化中的应用进展[J].化学工程与装备2009.6(6).5