微滤膜技术在淡水资源回收利用领域的应用

2019-09-25朱伟浩

山东化工 2019年17期

朱伟浩，肖阳

(郑州航天电子技术有限公司，河南郑州 450042)

近些年来，随着我国化工、印染、制药、造纸、电镀、精细化工等行业的不断发展，各地淡水资源的消耗速度也与日俱增[1-3]，尤其各地工业园区，是淡水资源消耗重点集聚地。相比于普通城市生活污水，工业废水具有污染程度高、处理工艺复杂的特点，简单处理后直接排放，在长期运行过程中，不仅会造成大量淡水资源浪费，同时可能有污染外排、造成环保事故的风险，随着我国各地的环保政策不断收紧加严以及淡水资源的消耗加剧，工业园区及企业应当树立“工业污水不等于废水”的环保概念，重视淡水资源回收利用技术的研究与应用。

在工业污水净化及淡水资源回收领域，膜分离技术是重要的一种处理手段，其材质多样，不同膜结构其分离用途各有不同，在空气分离、石化产品生产、燃料生产及工业污水处理等领域均有广泛应用。

1 膜材料及膜分离技术介绍

膜材料的分类方式有多种，按来源分为合成膜和生物膜，前者分为液膜和固体膜，其中固体膜又分为有机膜和无机膜，前者有多孔膜和无孔膜两种，后者为多孔膜，按照形态结构分类，无孔膜为不对称膜，多孔膜分为对称膜和不对称膜，按照制造方法分类，不对称膜分为复合膜和转化膜。

膜分离过程可分为微滤(MF/Microfiltration)、超滤(UF/Ultrafiltration)、反渗透(RO/Reverse Osmosis)、渗析(D/Dialysis)、电渗析(ED/Electrodialysis)、气体分离(GP/Gas Permeation)、渗透汽化(PV/Pervaporation)、液膜(L/Liquid Membrane)，其材质包括纤维素(CDA/CTA/CN/CN-CA/EC)、聚酰胺(NY-6/NY-66/PI/PPP/PSA)、聚砜(PS/PES)、含氟材料(PVDF/PTFE)、聚烯烃(PP)、聚碳酸酯、无机材料。

膜分离技术特点是：(1)分离效率高；(2)无相变过程，能耗低；(3)膜分离无运动部件，操作温度压力不高，可频繁启停，可靠性高；(4)其性能不受处理量大小影响，即单位生产能力与分离效率、设备单价及操作费用关系不大，规模可任意变化。

2 微滤MF技术在工业污水净化领域的现场应用

2.1 微滤技术介绍

微滤(MF/Microfiltration)膜为对称细孔高分子膜，孔径为0.03～10 nm，主要功能为滤除直径大于50 nm的颗粒，推动力一般为小于0.1 MPa的压差，其原理为在压力差的作用下，利用膜孔径的大小对微粒进行机械筛分和截留，而吸附截留的作用相对较小，常见的膜材料为醋酸纤维素和硝酸纤维素等混合组成，其他也有再生纤维素膜、聚氯乙烯膜、聚偏氟乙烯膜、聚酰胺膜或陶瓷膜等，工业上主要用于无菌液体、超纯水的生产和空气过滤等领域。

2.2 管式微滤膜的结构及系统特点

微滤(MF)为过滤方式的一种，其是依靠膜(Membrane)将固体从溶液中分离出的低压(0.7～7 bar，10～100 psig)分离工艺，其依靠流过膜表面的溶液施加压力而实现分离，流经膜表面的水流能将截下来的颗粒物带走，从而不积聚于膜表面，其作用过程见图1。

图1 微滤膜过滤错流示意图

管式微滤膜组件包括膜层管、支撑结构、排气口、产水口、反洗以及化学清洗单元等，可以保证膜组件的日常运行，其多应用于工业废水的处理、焚烧冲洗水的处理、污染的地下水及渗滤液处理、工艺水的处理、冷却塔排水的回收等，其能够有效去除重金属离子(Ni/Cu/Cd/Cr等)、砷(As)、氟(F)、颜料、染料等污染物、降低SO4、BOD、COD、TOC、硬度等、也可以应用于淡水资源回用的预处理环节，用途广泛，效果明显。

2.3 微滤膜技术现场应用

现场采用的聚偏氟乙烯(PVDF)材质薄层多孔膜为过滤系统的核心单元，其化学稳定好、耐高温，外层包覆有高强度网状支撑层，由四根膜管组成套管(见图2)，管内循环1%～5%的固体污泥，因本处理系统前端多处环节采用石灰作为pH调节剂及化学沉淀剂，因此进入微滤管内的水中可以维持一定的固含量，有助于水压的保持以及产出水的生成质量。

图2 管式微滤膜的组件结构

图3 管式微滤膜现场应用图

工业污水经前期化学处理后，利用管式微滤膜替代传统重力沉降(砂滤池)，再经配套的离子交换树脂和活性炭处理，再采用反渗透膜和蒸发器进行进一步处理，可以极大提高产出水的质量，实现淡水资源回用，从而达到近零排放的效果，管式微滤膜的现场应用如图3所示。

取车间生产期间同月份不同批次的产出水作为分析对象，将经过不同水处理方式后的产水检测结果进行对比，以重金属Ni离子污染物含量为指标，测试仪器为哈希水质分析检测仪，结果如表1所示。

表1 传统重力沉降方式与管式微滤膜处理效果对比

结果显示，利用管式微滤膜进行水处理，同时系统末端加配离子交换树脂和活性炭过滤后，产出水中重金属Ni离子明显降低，最高降幅达到80.0%，且远远低于GB21900-2008《电镀污染物排放标准》表2标准(0.5 mg/L)，不仅可以降低环保事故发生的风险概率，而且出水水质明显改善，可用于工业污水深度净化和淡水资源回收利用。