无机膜在工业废水处理中的应用与展望

杜秋菊

摘要：对无机膜在工业废水处理领域的技术进展和应用现状进行了较全面的综述.由于材料特性所决定,无机膜将在苛刻条件下的废水处理领域中发挥重要的作用,无机膜集成技术的应用也将受到重视。

关键词：无机膜；工业废水；处理技术；应用；特点；发展

1 无机膜的特点

无机膜分离技术是一种新型分离技术，已广泛应用于气体分离和液体分离，开始于上世纪40年代并快速发展为产业化新技术。根据推动力不同,膜分离可以分为浓度差动力、电位差动力和压力差动力:根据孔径大小可分为纳滤、超滤和微滤膜。无机膜一般采用陶瓷、金属及其氧化物、玻璃等无机材料制做。它包括金属膜、沸石分子筛膜、陶瓷膜(氧化铝、氧化锆、氧化钛制作等)、碳分子筛膜和金属陶瓷复.合膜等。和有机膜相比，无机膜具有许多突出的优点(1)热稳定性好:和有机膜相比，无机膜在高温下(300°C至1000C)使用，其结构，性能，材料能保持完好稳定。(2)化学性质稳定好:对于机溶剂、强酸和强碱溶液有-定耐受性。(3)机械强度大，能在很高的操作压力下工作。(4)使用寿命较长，不会出现老化现象，可长期使用。(5)操作使用过程中不会产生二次污染，不会对分离出来的物料形成污染。(6)工作原理、简单，能耗低，操作运转方便简洁。无.机膜制备主要涉及材料领域，常用的制备技术有固态烧结法,溶胶凝胶法，分相法等等。烧结法主要用来制备微孔过滤膜，常见的例如氧化铝膜，烧结法制作的无机膜孔径分布好，粒径均一，现在制备工艺已发展较为成熟。溶胶凝胶法发展时间较短，目前还在研究中，相比于烧结法，溶胶凝胶法制备的无机膜孔径更小，处理能力强。除此之外还有化学气相沉淀法，能制作出厚度更薄的膜，在特殊领域具有很广的应用空间。

2 无机膜分离技术在工业废水处理中的应用

2.1 无机陶瓷膜分离技术处理印染废水

印染废水的成分较复杂，其中含有各种浆料、COD、残留漂白剂等污染物质，而无机陶瓷膜的的渗透性强，机械性能好，可以较好地分离过滤印染废水中的污染物质。

新疆芳婷纺织有限公司的一套废水处理设备进行改造，用无机陶瓷膜深度处理针织印染废水。轻污染水经陶瓷膜处理后，每天约有300m3浓水回到浓污水部分处理，实际达标排放废水550m3/d,回用水量450m3/d，回用率达到45%，每吨的综合能耗为0.8kWh，药剂费每吨平均0.4元。回用水达到回用水质要求。广东佛陶集团金刚新材料有限公司提供的陶瓷膜管为研究对象，研究了多孔陶瓷微滤膜对印染废水的过滤效果，对操作压力、错流速度和运行时间等参数进行筛选。结果表明，当操作压力为0.275MPa，错流速度为每秒2.5m，原水水质的COD含量为50~80mg·L-1，原水水质的NH3-N含量为5~15mg·L-1时，运行20min后，COD去除率为30%，NH3-N的去除率为20%等等案例。总的来说，无机陶瓷膜具有渗透性强、机械性能好及耐腐性等特点，但是其主要缺点是制作过程复杂和运输困难。

2.2 无机陶瓷膜分离技术处理造纸废水

造纸废水中的造纸黑液碱性大、浓度高，主要含有木质素、钠盐等碱性物质，其对分离膜的性能要求比较高，而无机陶瓷膜的耐酸碱性和耐高温性可以较好地处理造纸废液。

在温度为53℃，压力为0.2MPa的条件下，采用QH-型无机陶瓷膜装置对源于山东省某造纸厂的造纸废水进行分离，并对分离液中的木质素等物质进行了分析对比。草浆黑液的pH=10~11，温度为60℃，木质素质量浓度为23.13g/L，固体物质量浓度为83.3g/L。处理后，原液中COD的分离率达到60%以上，木质素的分离率达到85%以上，分离过滤3.5h后，木质素的浓缩比为2.4左右。利用汶瑞机械有限公司制造的膜错流过滤实验装置，对碱法草浆黑液二次出水进行试验，并且对比了黑液原液和分离液的COD等参数。结果表明：黑液原液中的COD含量从326mg·L-1降到了225mg·L-1，色度和浊度的分离率达到30%以上，固形物的截留率高达90%以上。总的来说，无机陶瓷膜这一项新的技术用于造纸废水处理，相比于一般处理方法，它具有耐酸碱性，安全性能较好等特点，但是无机陶瓷也具有成本高，价格昂贵和膜通量小等缺点。

2.3 无机陶瓷膜分离技术处理冶金废水

在冶金生产过程中，会产生重金属污水，含油污水以及采矿污水等冶金废水。无机陶瓷膜在分离过滤冶金废水时可以保持比较高的膜通量，处理过废水的无机陶瓷膜经过清洗和再生后，膜通量可以恢复，满足工业连续生产的要求。

用TCM-SY-52A型实验设备对工业碳酸钠溶液、含草酸钴水溶液以及硫酸镍溶液等冶金废水进行处理。实验结果表明：经过无机陶瓷膜分离过滤后的溶液较为清澈透明，肉眼可见杂质及沉淀物和颗粒状杂质的去除率高达95%以上，有价金属离子的含量和含油量也有很大幅度的降低，分离过滤后的溶液可达到工业生产的标准。用某过滤系统有限公司提供的重力式过滤纸带提供的陶瓷膜对乳化液进行了处理。在操作压力为0136MPa，膜面流速为41.66m/s，温度为60℃的最优条件下，分离过滤系统运行8h以上，油的去除率高达99.7%以上，COD的去除率达到99%以上，处理后的水可以达到一级排放标准。用无机陶瓷膜对轧钢所产生的乳化油进行了实验处理。实验结果表明：当压力为0.16MPa，陶瓷膜的平均通量为272L/(m2·h)时，处理20h后，乳化油中的油分去除率可以高达99%以上。总的来说，无机陶瓷膜分离过滤器具有结构简单、占地面积较小、安装方便、使用寿命长且容易插入现有的工艺系统的优点，但是具有陶瓷管在运输过程中易碎，且质量较重。

2.4 无机陶瓷膜分离技术处理采油废水

在石油开采过程中，由于油田地质条件不同、注水水质不同等原因，采油废水的成分较为复杂，除了含有原油、重金属外还含有化学添加剂等污染物。无机陶瓷膜在分离过滤过程中不会产生难以处理的污泥，油的回收较容易，所以无机陶瓷膜是处理采油污水的发展趋势。

用江苏久吾高科技股份有限公司所生产的陶瓷膜对取自胜利油田某污水处理站的采油废水进行了处理。经过无机陶瓷膜处理过的采油废水的出水含油量均稳定在1.0mg/L以下，出水平均含油量为0.18mg/L，去除率高达95%以上，平均去除率为97.44%，出水悬浮物稳定在1.0mg/L以下，去除率在85%以上。用非对称结构复合陶瓷膜对大庆油田二厂聚南八污水处理站的出水进行了处理。经过无机陶瓷膜处理过的采油废水的水质较为稳定，原油和悬浮物的含量均在1mg/L以下，去除率分别为98%和94%，浊度小于1NTU，去除率为97%，且对细菌的去除能力更强，几乎达到100%。经过无机陶瓷膜分离过滤的水质可以达到A1级的要求。总的来说，虽然无机陶瓷膜去除采油废水中的油污效果不错，有很广阔的发展应用前景，但是试验所用的设备及无机陶瓷膜系统的成本过高，运用化学试剂对无机陶瓷膜的清洗也会带来二次污染，以及膜通量较小等，这些缺点都是阻碍无机陶瓷膜在处理采油废水过程中广泛应用的原因，若想在油田推广使用仍需要进行大量的研究工作。

结语

液体的分离与净化是目前无机膜技术应用最广泛的领域,且已相当成熟。工业废水污染严重,待处理水量大,且不同行业排放的废水水质差别大、成分复杂,一般生化法难以处理,废水处理不达标会对生态环境造成巨大危害。无机膜因其耐高温、耐酸碱腐蚀、抗微生物污染和降解等特性,在工业废水的处理中具有明显的优势。目前无机膜分离技术在化工石化含油废水、生活污水、纺织废水、放射性污水处理上发挥重要作用

参考文献

[1]徐宏亮.膜技术在工业废水处理中的应用[J].四川水泥，2015，10：155.

[2]孙晓明，乔琦，刘景洋.膜技术在工业废水原位再生中的应用[A].中国膜工业协会、中国环境科学研究院2015：7.

[3]王宁宁.浅谈膜分离技术在石油炼化循环氢提纯中的应用[J].化工管理,2019,第31期

[4]刘才.陶瓷膜在污水处理中的应用[J].化工管理,2019,第30期