膜技术在化工废水处理中的应用

一、化工废水处理中膜技术概述

1.化工废水处理中膜技术的原理

在化工废水处理中所使用的膜，主要指的是一种具有选择透过性的膜，也就是在两种或两种以上的物质经过时，它可以按照这些物质的一些性质和结构,将这些物质进行分离、提纯、浓缩，从而保证产品的品质。通过有关资料的调查发现，目前在企业中使用的膜可以被划分成固相、液相、气相三种类型。而在膜技术中，膜结构既可以是均质的，也可以是非均质的，这对企业膜技术的分离效果造成的影响可以说是微乎其微，但是为了最大限度地提升膜技术的分离品质和分离效率，在膜技术中使用到的膜一定要具备选择透过性。膜分离技术在应用的过程中，其工作原理主要包括以下两个方面:一方面，此项技术是以两或两种以上混合物质质量、体积、大小、密度及几何形态的差异为依据，可以通过过筛的方式对其进行分离。同时，该方法也可以依据混合液中各种物质的化学特性，采用有效的方法来实现它们的分离。通常情况下，混合物的溶解速度在某种程度上与物质进入膜的速度和扩散速度有关，也就是说，被分离物与膜材料的化学性质越接近，差异越小，物质的溶解速度就越快，而混合物中物质的扩散速度除了与物质的化学性质有关之外，还与物质的分子量有关，分子量越大，物质的扩散速度越快，穿透膜所需的时间就越短，分离效率就越高。在实际应用中，这种方法可以实现对特定体系中的有机或无机杂质的选择性分离。在此基础上，利用膜分离技术中的强渗透特性，可以对某一种杂质进行分离。将某一种特殊的溶剂引入到已有的膜分离器中，在其与膜面的接触过程中，因其渗透率的差别，达到对某一种杂质进行分离与过滤的目的。但在实践中，外源能量可作为一种助推器，对组分进行分离和浓缩，并对其进行提纯。

2.化工废水处理中膜技术的特点

膜技术主要指的是使用高分子薄膜 (人工合成或者天然)，通过膜两侧的压力差、溶液的浓度差、电势差或者温度差，来分离、浓缩或纯化两组及以上的溶液。膜技术具有如下特征:

①膜分离是一种物理过程，不会改变材料的性能，不会生成新的材料，所以整个分离过程的能耗很低 ;

②其应用领域很广，从颗粒级，微生物级，一直到离子级的物质，都能用它来分离;

③膜法工艺设备简单，易于操作。膜分离技术是一种基于膜材料机械截留效应的新型技术，其分离效率优于二次沉淀池，且不会因为污泥膨胀而导致出水水质超标。目前，化学工业中应用较为广泛的有微滤、纳滤、超滤、反渗透、电渗析、渗透汽化、气体分离、乳化膜等。膜技术具有装置简单，操作方便分离效果好、消耗能量少、无相变、无污染、分离后的产品可循环使用、分离过程具有较高的自动化等优点，因此，它在很多领域都得到了广泛的应用。

3.膜技术的基本分类

研究表明，膜分离技术是 20 世纪 60年代末快速发展起来的一种新的分离技术，其相对于传统的分离技术，性能上都有显著的提高，因而在21世纪的工业技术变革中起着举足轻重的作用。随着我国科技水平的提高，膜技术的研究与开发也有了新的突破，其技术类型和应用领域涵盖了行业的各个方面。所以，全面系统地理解、分类膜技术，是保证公司长远稳定发展的关键。一般来说，如果按照膜结构来划分，在化工污水处理中，膜可被划分成两种类型，一种是固膜，另一种是液膜，其中，固膜可以被划分成对称膜和不对称膜，液膜可以被划分成两种类型，一种是存在于固体多孔支撑层中的液膜，另一种是以乳液形式存在的液膜。如果按照化学成分来划分的话，在化工废水处理中所使用的各类膜的性能也是不同的，而在这些膜中，化学稳定性、热稳定性、机械性能和亲和性能都是膜材料化学成分分类的主要依据。如果按照几何形状来划分，化学废水处理中的膜构成结构可以划分为板框式、圆管式、螺旋卷式和中空纤维式四种类型，并且在应用膜技术时，这四种膜组件都是膜分离设备最基本的分离单元。

二、化工废水处理中膜技术的应用现状

首先，膜法是一项新兴的污水处理技术，它具有耗时短、技术含量高等优点。目前，我国大部分化工企业在这方面的技术和经验都比较欠缺。这就导致了在实际操作中，各种问题层出不穷，很难取得理想的效果。薄膜利用率低，寿命短。长久以来，由于膜技术的应用潜力未被充分挖掘，使得有关企业对膜技术的污水处理能力持怀疑态度，极大地制约了膜技术在化工污水处理领域的应用。其次，膜分离技术因其自身的优越性而被广泛应用于各行业。今后，随着薄膜技术的进一步发展，薄膜技术必将融入更多产业。所以，在国内，膜分离技术有着广阔的发展前景。欧美等发达国家都认识到了中国巨大的市场潜力，一直以来都在密切关注着这一领域的发展。有些公司为更好地服务本土厂商，已经在中国建立了生产基地。但在国内，受国外技术封锁的制约，目前仍处于较低水平我国很多高端薄膜仍然依赖于进口，而自主开发的滞后已成为制约我国其他产业健康发展的重要因素。

三、膜技术在化学污水处理中的应用分析

1.超滤膜的技术原理及应用分析

薄膜技术的原理，通过对化工废水的分离、净化和集中处理，可以将污染物分离出来。其优势是可以提高废水处理的效率和品质。超滤膜技术主要以有效地去除或杀死水中的真菌、藻类和其他细菌，并且可以避免超滤膜技术对微生物的影响，这会影响到这些物质的氧化物，也可有效地抑制生长微生物。超滤处理的另一个优势是改善工业废水的污染。许多杂质会阻碍光线的照射，从而影响污水的处理效果。超滤技术是解决该问题、提高污水水质的有效方法。在化工污水处理方面，利用超滤技术进行污水处理，其污水处理效果显著优于常规污水处理技术，且可有效地降低化学药剂用量，提高了对废水的化学处理效果，防止了二次污染。此外，超滤膜还具有抗酸性和碱性不会被化学物降解等特点。该方法能对悬浮物中的大部分胶体细菌进行高效过滤。所以，对污水中的一些有机污染物，可以采用升华法处理。相对于传统的污水处理方法，污水处理费用相对较低。同时，将超滤膜技术应用于化工污水的处理，对污水的处理技术提出了更高的要求。因此，在我国污水处理中，尤其是在饮用水、造纸等行业中，应采用超滤膜技术。

2.反渗透膜分离技术应用分析

这种膜是目前最先进的，也是最环保的，同时也是最有效的。分析其原理，主要是利用了溶液渗透压的原理，使某些物质不能有效地透过半透膜，从而与水进行有效地分离。反渗透复合膜以芳族聚酰胺为主要原料，采用海水淡化的方法获得可用于日常生活的饮用水，将原有的二次流程提升到一次流程，使其综合性能大幅提升。反渗透膜设备运到现场后，必须将其放置在5~38C的温度下，并保证其通风效果。该设备运抵工地后，必须在30d 之内安装完毕，才能投入使用。要想对设备进行操作和使用，必须安排专门的人员，这样才能尽量减少误操作和设备故障的发生，延长设备的使用寿命。

3.微滤膜的原理及应用分析

微滤膜是一种被广泛用于化工污水处理的新型膜材料，可有效去除水中重要颗粒物(如胶体和部分悬浮物)，但其去除难度很大。对于污水的深度处理目前普遍认为微滤膜并不是最基础的技术，但是它也有一定的预处理作用。微滤技术由于其成本较低且易于控制，被广泛应用于半导体材料;而膜技术则可被应用于污水处理，以实现对阻力的优化。此外，大孔微滤膜还可以与污水的物理化学预处理相结合，进一步提升污水处理效果,促进污水处理工艺的推广应用。司时，也可在后续的膜加工中，防止其他孔隙的膜堵塞，这会使污水处理的效果变差。

4.造纸废水的处理应用

在人类文明的发展进程中，纸起着举足轻重的作用,它存在于各行各业。但是,造纸工业不但耗材很多，而且还会排放很多污水。这些废水中包含了大量的木质素、碱性物质等，如果没有针对性地处理，会严重影响到污水处理工艺的正常运转，从而对生态环境造成危害。将超滤膜技术应用于造纸废水的处理，既能够对废水中的杂质进行彻底净化，又能够对纸浆进行高效的分离，分离后的纸浆能够进行回收和再利用并且，经过超滤膜过滤后的废水可以再回收到造纸生产中，既可以保护生态环境，又可以大幅降低企业的用水成本，有利于提高企业的经济效益。对被超滤膜过滤拦截下来的杂质，可以采用物理化学方法进行处理，并将有用的物质提取出来再利用。同时，对剩余的有害物质进行无害化处置，从而达到对造纸工业废水进行高效治理，促进造纸工业可持续发展的目的。

5.用于处理工业电镀废水

因为电镀工业的特殊性，它在国家工业结构体系中相当重要，但是它也具有高排放、高消耗的特征，会消耗大量的水资源，而且电镀废水的处理也比较困难。与其他行业相比，电镀行业具有一定的特殊性，它的废水中所包含的污染物具有很强的毒性，其中比较常见的有镐、镍等，这些污染物很容易对农作物以及人体造成危害，因此，对电镀废水时，必须进行有效的处理，才能将其排放出去。这些污染物大多具有较低的生物化学性质，一般不会被微生物直接处理和吸附。所以，在对污水进行处理时，如果采用传统的电解方法，工作效率往往不尽如人意，需要耗费大量的人力和物力，这对电镀企业的稳定发展是不利的在电镀处理过程中，将反渗膜技术与超滤膜技术相结合，可以很好地解决上述问题。它可以对至少85%的有机碳进行处理，从而极大地减少了有害化学物质的含量，避免对周围环境造成严重污染，从而推动电镀工业的发展。

6.活性炭预处理的应用

使用具有大表面积的吸附能力的活性炭(GAC或PAC)和吸附剂，能够被用来吸收溶解性有机物去除原水中的杂质，提升超滤膜渗透水通量，减少不必要的阻力，确保饮水的可行性。董秉志等利用粉状活性炭及超滤法对黄浦江的原水进行了处理。实验结果显示，加入粉状活性炭后，对有机污染物的去除效果明显; 粉状活性炭不会增大膜的过滤阻力，能够很好地去除膜表面的污垢，从而提高了膜的过滤效率研究表明，由于疏水性物质的存在，导致了膜通量的降低。所以，PAC对膜的去除效果并不明显。活性炭在膜过滤中的作用主要表现在:吸附了大量易被污染的膜，减少了过滤阻力，增加了膜透性的有机物:缺点是对有机物质的去除也有一些局限性;同时，由于活性炭长期停留在膜的表面，很有可能在活性炭的内部形成微生物，从而对膜造成污染。

4结束语

膜法是一种极具发展潜力的新型化学废水处理技术。尽管目前在膜材料的选择、膜的结构与性质，以及膜的运行条件上仍存在一定的挑战与困难，但随着技术的发展，将会逐渐得到解决。随着时间的推移，这种新型的膜分离技术必将得到进一步的发展，从而为工业废水的治理提供一种更有效、更环保的方法。本项目的实施，只是其中的一小部分，仍需对其进行进一步的研究，以寻求其新的应用与发展方向，促进环境保护与可持续发展。目前，膜分离技术在化工污水处理领域仍存在膜污染、膜性能稳定、能耗高等问题。要使该技术得到更广泛的应用，就必须对其进行更深层次的研究，并在此基础上对该技术进行优化，使其在分离过程中具有更好的稳定性。在此基础上,进一步开发复合、混合等新型膜技术的应用方式，提升其对化工污水的综合处理效果。本项目的实施，将为工业废水高效、环境友好的生物降解技术的发展提供新的思路和方法。在未来的时间里，膜分离技术必将在各个方面起到越来越大的作用，为环境保护和可持续发展作出更大的贡献。