膜技術在工業用水處理及廢水處理的應用

曹 陽，李遵龍

（1 遼寧大唐國際阜新煤制天然氣有限責任公司，遼寧阜新123000；2 遼寧省煤制天然氣工程技術研究中心，遼寧阜新123000；3 遼寧省煤制天然氣工程研究中心，123000；4 遼寧大唐國際阜新煤制天然氣有限責任公司企業博士后科研基地，遼寧阜新123000）

在過去水處理技術不很發達的時候，各行業很少選擇地表水作為水源，因為地表水懸浮物高、污染程度大。對于地表水這種存在較大波動性的水體，單純的使用傳統的水處理工藝得到的產品水已經不能滿足用戶的要求［1］。幾年來我國硫酸工業發展迅猛，鍋爐用水、工藝用水和各種生產、生活用水的需求量明顯增加，用水質量要求也明顯提高。在水資源緊張、環境污染嚴重的今天，只有采用新工藝和技術進行水處理，才能滿足硫酸企業要求。下面以幾個典型的企業為例討論一下膜技術在鍋爐給水和廢水處理方面的應用。

1 一級反滲透膜技術處理鍋爐補給水

1999年山東紅日阿康化工股份有限公司400 kt／a硫磺制酸裝置投入運行。該裝置利用工藝過程產生的熱能，通過廢熱鍋爐生產蒸汽，供12 MW抽凝式發電機組發電，并抽出部分低壓蒸汽供給管網，實現熱電綜合利用。為解決廢熱鍋爐及廠區生產生活用水問題，公司在廠區打井多口，井水水質見表1［2］。

表1 紅日阿康化工股份有限公司井水水質分析結果

廢熱鍋爐補給水的水質要求硬度為0，電導率小于10μS／cm，SiO2濃度小于0.1 mg／L，因此必須對井水進行處理。經方案論證和經濟比較，設計方案采用反滲透－離子交換聯合工藝，工藝流程見圖1。

圖1 反滲透－離子交換聯合工藝流程

該聯合除鹽系統于2000年投用，12年來運行情況如下。

（1）機械過濾器和保安過濾器為原水與處理設備，機械過濾器5～7天反洗一次，保安過濾器內裝纏繞濾芯7～8個月更換一次。在系統水投加絮凝劑、殺菌劑、阻垢劑情況下，可以保證出水污染指數小于4。當出水污染指數大于4時，對濾芯進行空氣擦洗和反沖洗。

（2）反滲透設3臺主機6個機組，配6臺高壓泵，每個機組產水30 m3／h。6個機組可單獨運行，也可以同時運行。反滲透設備初始脫鹽率在98%以上，自第二年起緩慢下降到96%左右趨于穩定。該機組每年清洗一次，當反滲透原件的脫鹽率、水通量出現明顯下降，經化學清洗難以得到明顯恢復時，分批更換原件。原件的使用壽命大多在5.5～6.0年。平均約5.7年。

（3）8年來井水電導率為1400～1700μS／cm，反滲透產水電導率為30～50μS／cm。把反滲透水作為陰、陽離子交換床的進水，離子交換床的工作周期可增加數十倍，陽離子交換床的工作周期在360 h以上，陰離子交換床的工作周期在160 h以上。陰離子交換床出水電導率穩定在5～7μS／cm，脫鹽水的硬度、電導率、二氧化硅含量全部達到鍋爐補給水指標要求，12年來設備運行穩定安全可靠。

12年來的實際運行表明，與傳統全離子交換工藝相比，該反滲透－離子交聯合工藝具有以下優點。

（1）再生酸堿廢液減少95%以上，大大減少了污染，改善了環境。

（2）反滲透脫鹽系統使用上微機操作控制，自動化程度高，工藝先進，大大降低了人工的勞動強度，設備運行穩定，產水質量好，確保了鍋爐和汽輪機的安全可靠運行。

2 膜技術在廢水處理方面的應用

2.1 膜技術處理高氨氮廢水［3］

氨氮是多種工業廢水的主要成分，如化工、化肥、煉油、制藥等，我公司生產過程中產出的廢水中氨氮的含量也將不在少數。這些氨氮廢水的排放造成環境污染、地表水富營養化，是湖泊藻類污染、港灣海水發生赤潮的罪魁禍首，嚴重危害著人們的健康和生存環境。經過多年的研究開發，用膜技術處理高氨氮廢水已經取得了重大突破，經在山東淄博、濱州有關企業使用，取得了令人滿意的效果。

用分離膜技術處理高氨氮廢水，首先對廢液進行微波催化氧化，以改變廢水中的有機物的形態，強化絮凝以提高過濾效果。經過濾的氨氮廢水進入膜分離設備以后，氨氮透過膜進入吸收室，被酸性吸收生成銨鹽，回收利用。廢水中氨氮被去除99%以后，殘留氨氮可降低到25 mg／L以下達標排放，也可以經進一步處理作為中水回用。與傳統的高溫蒸汽吹脫法相比膜法處理是將廢水中的氨氮轉移吸收，處理成本大幅降低，產水水質明顯提高，大大減少對環境的污染，還有效回收了氨氮資源，變廢為寶，這是一種全新的處理方法和工藝。

山東包鋼靈芝高科技有限公司在稀土加工過程中每天有600 t廢水排出，水中氨氮含量在3～11 g／L波動。2005年10月該企業上馬了分離膜氨氮處理設備，廢水經多級吸收分離處理，氨氮去除率在99%以上，出水中殘余氨氮低于25 mg／L，透過的氨氮被酸吸收作為肥料回用。該設備至今運行良好。

山東海明化工集團在發泡劑生產過程中每天有300 t廢水排出，廢水不但氨氮含量高，鹽含量更高。據分析，氨氮含量在6～8 g／L，而鹽含量高達180～200 g／L，是海水鹽含量的6倍左右，處理相當困難。2007年1月該企業上馬了分離膜氨氮處理設備，廢水經過多級分離吸收，氨氮的去除率達到99%以上，除水中殘余氨氮低于10 mg／L，廢水達標排放，分離出的氨氮同樣被回收利用。

此外，在化肥、石油化工高氨氮廢水處理中，分離膜技術也得到成功應用，同樣發揮了無可比擬的優越性和獨特的技術優勢。

2.2 膜技術從廢液中回收酸

在鋼鐵、濕法煉銅、電鍍、稀土、鈦材及鈦白粉生產等過程中，往往產生含金屬離子的酸性廢液，如果排放會嚴重污染環境。擴散滲析器就是近年來針對這種情況開發的廢酸回收設備，主要用于酸與金屬鹽類混合液的分離。擴散滲析器回收廢酸以濃度差作為推動力，裝置由數十個或數百個膜對組成，組裝膜對單元的多少由處理水量的大小確定。設備中的每個單元包括滲析室 （A）和擴散室（B），在陰離子均相膜兩側分別通入廢酸液及接受液 （自來水），因廢液側的酸和鹽的濃度遠高于水的一側，在濃度梯度的作用下，酸和鹽有向B室滲透的趨勢。但陰膜具有選擇透過性，吸引帶負電荷的水化離子，而排斥帶正電荷的水化離子，故在濃度差的作用下，廢酸側的陰離子被吸收透過膜孔道進入水的一側，同時根據電中性要求，也會夾帶正電荷的離子。由于氫離子的水化離子半徑比較小，而金屬鹽的水化離子半徑較大且高價，因此氫離子優先通過，這樣廢液中的酸就被分離出來了。由于兩種溶液采用逆流操作，在廢液出口處，在廢液出口處，廢酸液中的酸因擴散濃度降到最低，但仍比剛進入設備的水中酸濃度高，從而有效實現酸和鹽的分離。

在硫酸法鈦白粉生產中，酸性溶液排放量非常大，酸液中含有質量分數為5%～10%的水合TiO2、10%～30%的硫酸，以及FeSO4、V、Mn、Se等，可用擴散回收設備進行廢酸回收。擴散滲析回收80%酸返回初始工序加配濃酸使用、不僅可節約部分酸的消耗。而且可從滲析后的殘液中回收綠礬等產品，又大大減輕了對環境的污染。

此外，在鋼材制品酸洗液、點解貧銅液，鈦材加工酸洗液，化成箔行業廢酸的回收中應用擴散滲析液取得了成功，回收了部分資源，減輕了環境污染。

3 結 語

膜技術已經被廣泛應用于各行各業水處理中。文中實例表明如下。

（1）使用膜技術與離子交換法相結合處理鍋爐補給水，與傳統的全離子交換工藝相比，排污量減少95%以上，高效節能，其經濟效益是顯著的。

（2）對于在生產過程中排放的酸性廢液、氨氮廢液，也可以使用模技術進行處理，回收80%的酸和99%的氨氮。

（3）在有色金屬濕法冶煉工藝中，可以用膜技術對廢水進行濃縮、分離及回收有價金屬。

［1］ 劉高飛.膜技術在工業水處理領域的發展前景 ［C］／／第八屆（2011）中國鋼鐵年會論文集，2011.

［2］胡昕.膜技術在工業水處理中的應用［J］.硫酸工業，2008（3）：32－36.

［3］ 劉乾亮，馬軍，王爭輝，等.直接接觸式膜蒸餾工藝處理高氨氮廢水的影響研究［J］.給水排水，2011（s1）：322－324.