膜技术在工业废水处理方面应用概述

1、图一 按孔径分类的分离膜及摸过程示意图 二、超滤 超滤分子截留范围在1000-30000之间，其分离机理被认 为是物理帅分过程，超滤膜是有孔膜，主要用于截留溶液中 胶体、蛋白质、悬浮固体、微生物等物质。容许水、无机盐、 小分子物质通过，超滤过程一般通量较高，而溶质耳朵扩散 系数较低，因此受浓差极化的影响较大，所遇到的污染问题 也常与浓差极化有关。 超滤在水处理领域的应用很广泛，凡涉及到溶液有大分 子物质与小分子的物质的分离过程时，大部分都可以用超滤 去处理，在水处理领域，超滤技术凭借其对颗粒、悬浮固体、 胶体浊度物质、蛋白质、微生物等优良的去除能力，在高纯 水制备，工业废水深度处理等诸多方面有

2、着较为广泛的应用。 1、超滤在高纯水制备领域的应用 2、超滤在工业废水领域的应用 三、反渗透 反渗透是渗透的逆过程，即溶剂从浓溶液通过膜想 稀溶液中流动，反渗透被认为是最精密的膜法液体分离 技术，他对溶解性盐截留率很高但容许水分子通过，反 渗透技术因为通量较低和传质系数比较大，在实用过程 受浓差极化影响较小，而溶质在膜表面的吸附和沉淀被 认为是膜污染的主要原因。其技术特点：无相变、能耗 低、膜选择性高、装置结构紧凑、操作简单以维护不污 染环境。 给水预处理对反渗透安全运行至关重要，一般对进水得 水标都有要求，进水指标主要有：淤泥密度指数、pH、 碱度、温度、铁锰含量、硫酸盐、硬度、余氯、总有机

3、 氮。 主要应用在：苦咸水的净化、高盐水的处理、海水淡化。 纳滤 纳滤是一种介于超滤和反渗透之间的压力驱动的膜 分离过程，纳滤对特定的溶质有高脱除率，对二价离子 和低分子量有机化合物的截留率很高，容许水分子和单 价离子通过，纳滤膜的另一个显著特征是荷电膜，由于 膜本身有带有电荷，溶质与膜表面之间的静电效应也会 对纳滤过程的膜污染产生影响，浓差极化、膜表面吸附、 粒子沉积作用是污染纳滤膜污染的主要因素。 纳滤在水处理领域的重要应用之一是水的软化，与 药剂软化与离子交换法相比，纳滤膜软化有特定的优点， 纳滤膜对二价离子有相当高的脱除率，用纳滤膜进行水 的软化可以完全除去悬浮物及大量有机物。 渗析

4、电渗析膜技术的关键是要采用离子交换膜，是一种电场 力推动的膜分离方法。它是一种有离子交换基团的网状立体 结构的高分子膜，离子可以有选择地透过，即阴离子膜仅允 许阴离子通过，而阳离子膜则仅允许阳离子通过。在分离或 提纯时，溶液中的离子在直流电场的作用下，以电位差为动 力，透过膜作定向运动，从而达到分离或浓缩的目的。 电渗析技术特点是:对分离组分选择性高，对预处理要求 较低，能量消耗低，装置设备与系统应用灵活、操作维修方 便、装置使用寿命长、原水回收率高和不污染环境等。目前 电渗析膜技术已达很高水平。它首先用于海水和苦咸水淡化， 以后又用于海水制盐和工业给水与废水的处理。近年来我国 在制碱和锅炉给

5、水处理中推广应用电渗析膜，获得显著成效。 集成膜技术在水处理领域的应用 任何水处理技术都有它的适用范围，膜技术在水处理领 域的应用也存在这种制约。在一些情况下，往往使用某一种膜 技术并不一定能够解决各种水处理问题，因此在实际应用中， 为了达到某一具体分离目标，往往需要综合几个膜过程(或将 膜过程与其它处理方法相结合)，使之各尽所长，这样能获得 最佳的分离效果，取得最佳的经济效益。 在水处理技术的应用中，常常需要将各种处理方法集成使 用。例如膜法与化学反应器、蒸发单元、离子交换单元的集成 在一些工业过程中得到应用，各种方法发挥各自的特点，取得 很大的技术和经济效果。 对于大量水质差、污染物复杂的

6、废水水源，传统预处理 不能满足要求。特别是随着脱盐工艺中酸碱的使用所带来的 排污问题的日益突出，水处理领域需要发展效率更高、效果 更好、更经济的新技术，全膜法集成膜技术正是可以用来解 决以上问题的有效方法之一。对于全膜法集成膜技术，用膜 法处理如工业废水等高污染源水而言，现在是重新评估微滤 和超滤作为反渗透和纳滤预处理的投入成本和操作优势的时 代。在RO/NF膜前采用MF几JF膜设计的系统构成全膜法集 成系统。 水处理系统中全膜法与RO/NF传统预处理方法相比具有 以下重要优势: （1）)MF和UF渗透液质量好，随污泥密度指数SDI和浊度的 减少，RO/NF的胶体污染负荷大大减少 （2）MF和

7、UF渗透液质量保持更为恒定，尤其是对 源水质量快速波动的地表水或工业废水; （3） RO和NF清洗频率大大降低; （4）MF和UF系统比传统过滤工艺启动快、易于操 作，尤其适合易于变化的系统; （5）MF和UF浓缩液比传统化学预处理液易于处理; （6）安装尺寸小，对较大处理系统，其规模仅相当 于传统预处理系统的1/5; （7）后续技改扩建易于设计，投资费用和操作成本 可与传统过滤浓缩工艺竞争。 膜污染研究 尽管膜分离技术由于其独特的优越性在诸多领域得到越 来越广泛的应用，但是在实际工程应用中，膜分离技术在发 挥其特征技术潜力的同时还存在着一定程度的制约因素。 所谓膜污染是指被处理物料中的微粒、

8、胶体粒子和溶质 分子由于与膜存在物理化学或机械作用而引起膜表面或膜孔 内吸附、堵塞使膜产生透过通量与分离特性的不可逆变化的 现象。 膜污染的存在不仅会降低膜的透水通量，还会导致膜使用 寿命的缩短，分离性能的恶化，进而导致目标产品的收率降 低，极大地影响膜分离技术的实际应用。 膜污染物分类 无机物类的污染一般在电渗析、纳滤、反渗透中较常见。 无机污染物主要是碳酸钙及钙、铭、钡的硫酸盐、硅酸盐等 结垢物质，其中以碳酸钙、硫酸钙最为常见。纳滤在水软化 领域应用过程中的主要问题就是由于结垢导致的纳滤膜污染。 有机污染物主要包括蛋白质、脂肪类、多糖等大分子物质。 有机物类污染是膜过程中的常见现象，也是影

9、响膜过程发挥 自身技术特点的主要瓶颈之一。 研究认为：纳滤膜的有机污染物主要表现为两性有机物， 是由氢键作用、色散力吸附和疏水作用引起的。对于含有机 物的水溶液体系，有机物质在膜表面的吸附是主要的污染机 制。 微生物污染是由于细菌粘附于膜表面形成菌群，而菌群 的分泌物又促使其它有机物的粘附而形成菌膜，导致膜污染， 这种污染在大多数膜分离过程中都是比较常见的。 膜污染的情况不仅取决于原水中污染物的类型和浓度， 还取决于膜表面的流体力学性质，膜组件的构型同样会影响 膜受污染的程度。 影响膜污染的因素 1、膜性质 膜性质主要包括膜材料的化学组成，膜表面性质如表面 荷电性、亲疏水性、表面张力，膜表面形

10、态如孔隙率、孔径 及其分布和表面粗糙度等方面。膜表面形态是影响膜污染的 另一个重要因素。超滤膜的物理性能，包括表面粗糙度、孔 径分布及孔隙率等能显著影响其污染情况。大量研究表明， 膜面光滑和孔径分布窄的膜较抗污染。 料液性质 料液性质包括料液中各主要组分的物理、化学性质，如 料液浓度、粘度、pH值和溶质种类、粒子大小、分子结构形 态等。 一般而言，料液浓度会对污染造成较大影响，浓度增大 会导致膜透水通量衰减，膜污染加重。 料液溶质的粒径是影响膜过滤性能的另一个重要因素。 料液pH值在一些膜过程中对膜污染有很大的影响。 操作条件 操作条件主要指压力、温度及膜面流速等外界因素。 压力升高一方面会增

11、大透水通量，另一方面会导致浓差 极化的加剧，造成较严重的污染，并且在长时间运行情 况下，高压时的通量可能下降到比低压时的通量还低的 程度。因此，欲使膜过程保持相对稳定，选择一个较佳 的操作压力是必要的。 一般来说，膜面料液流速对膜污染有很大影响。膜 面流速高或剪切力大，料液湍流程度高，有利于降低浓 差极化层和膜表面沉积层，减轻膜污染。 渗析 电渗析膜技术的关键是要采用离子交换膜，是一种电场 力推动的膜分离方法。它是一种有离子交换基团的网状立体 结构的高分子膜，离子可以有选择地透过，即阴离子膜仅允 许阴离子通过，而阳离子膜则仅允许阳离子通过。在分离或 提纯时，溶液中的离子在直流电场的作用下，以电

12、位差为动 力，透过膜作定向运动，从而达到分离或浓缩的目的。 电渗析技术特点是:对分离组分选择性高，对预处理要求 较低，能量消耗低，装置设备与系统应用灵活、操作维修方 便、装置使用寿命长、原水回收率高和不污染环境等。目前 电渗析膜技术已达很高水平。它首先用于海水和苦咸水淡化， 以后又用于海水制盐和工业给水与废水的处理。近年来我国 在制碱和锅炉给水处理中推广应用电渗析膜，获得显著成效。 对于大量水质差、污染物复杂的废水水源，传统预处理 不能满足要求。特别是随着脱盐工艺中酸碱的使用所带来的 排污问题的日益突出，水处理领域需要发展效率更高、效果 更好、更经济的新技术，全膜法集成膜技术正是可以用来解 决以上问题的有效方法之一。对于全膜法集成膜技术，用膜 法处理如工业废水等高污染源水而言，现在是重新评估微滤 和超滤作为反渗透和纳滤预处理的投入成本和操作优势的时 代。在RO/NF膜前采用MF几JF膜设计的系统构成全膜法集 成系统。 水处理系统中全膜法与RO/NF传统预处理方法相比具有 以下重要优势: （1）)MF和UF渗透液质量好，随污泥密度指数SDI和浊度的 减少，RO/NF的胶体污染负荷大大减少 （2）MF