無機(jī)陶瓷膜在水處理中應(yīng)用研究綜述

劉棟梁

（曲阜師范大學(xué)，山東曲阜 271365）

無機(jī)陶瓷膜在水處理中應(yīng)用研究綜述

劉棟梁

（曲阜師范大學(xué)，山東曲阜 271365）

對(duì)無機(jī)陶瓷膜分離技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要剖析，從結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、分離原理等方面分析其具有優(yōu)良分離性能的原因，并對(duì)其在各領(lǐng)域的應(yīng)用研究及進(jìn)展進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。最后，對(duì)無機(jī)陶瓷膜技術(shù)在水處理中存在問題及未來發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了討論。

陶瓷膜過濾；廢水處理；廢水應(yīng)用

隨著科技的日新月異，人類對(duì)環(huán)境的影響也越來越大，使得現(xiàn)有水源不可避免地受到污染。因此，人們對(duì)新型水處理技術(shù)的關(guān)注越來越多，其中，膜分離技術(shù)因分離效率高、操作方便、設(shè)備緊湊、無相變等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛應(yīng)用[1]。由于無機(jī)陶瓷膜具有較好的性能，如∶耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度好、可清洗性較好、可用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)[2]。使得它在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，本文就該技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要探究與論述。

1 陶瓷膜結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

陶瓷膜是固態(tài)膜的一種，是無機(jī)原料均勻混合添加劑反應(yīng)成型后，高溫鍛燒而成的產(chǎn)物，內(nèi)部含有大量氣孔，氣孔間相互連通，孔隙率大于30%，平均孔徑一般在1～10μm[3]。是一種以多孔陶瓷為載體支持體、以微孔陶瓷膜為過濾層的陶瓷質(zhì)過濾分離材料，主要是由Al2O3、ZrO2、TiO2等無機(jī)材料構(gòu)成。

陶瓷膜的主要特點(diǎn)為，優(yōu)點(diǎn)∶①耐酸堿能力強(qiáng)，化學(xué)穩(wěn)定性好；②熱穩(wěn)定性好，耐高溫；③機(jī)械強(qiáng)度好，不易破損；④使用壽命長(zhǎng)，節(jié)約成本；⑤孔徑分布窄，分離效果好；缺點(diǎn)∶①制作成本較高；②脆性大，不易操作；③膜污染，無法避免的膜污染會(huì)影響陶瓷膜的繼續(xù)使用，造成浪費(fèi)等[4]。

2 陶瓷膜過濾原理

陶瓷膜過濾大致分為兩類∶①篩分作用∶由于一定的膜孔徑范圍內(nèi)滲透的物質(zhì)分子直徑不同，小分子物質(zhì)或液體透過膜，大分子物質(zhì)或固體無法透過，達(dá)到分離的目的；②吸附作用∶在化學(xué)鍵、范德華力、靜電力等作用下，污染物被吸附在膜上，達(dá)到分離目的[5]。

3 陶瓷膜在廢水處理中應(yīng)用

3.1 處理含油廢水應(yīng)用

含油廢水難降解、易乳化且污染嚴(yán)重，常規(guī)方法很難進(jìn)行處理。采用無機(jī)陶瓷膜方法進(jìn)行處理，具有通量高，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。Hun等[6]利用復(fù)合陶瓷膜過濾技術(shù)，對(duì)濃度為（600～11 000）×10-6乳化液進(jìn)行了油水分離，發(fā)現(xiàn)油的去除率高達(dá)95%以上。許多學(xué)者進(jìn)行了大量研究，結(jié)果表明∶與其他分離技術(shù)相比，陶瓷膜技術(shù)處理效果更佳，處理后水質(zhì)均能達(dá)到國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 處理紡織廢水應(yīng)用

紡織行業(yè)用水量較大，且所產(chǎn)生的廢水含有∶懸浮物、BOD、COD染料、重金屬物質(zhì)、漂白劑等物質(zhì)，污染成分多，處理十分困難。Soma等[7]采用氧化鋁微濾膜處理紡織廢水，研究發(fā)現(xiàn)，懸浮物、有機(jī)物的去除效果很好，其中不溶性染料去除率大于98%，同時(shí)通過加入一些表面活性劑可使可溶性染料的去除率大于97%。研究表明∶陶瓷膜處理紡織廢水效果較好，使得去除率顯著提升。

3.3 處理化工廢水應(yīng)用

化工廢水成分復(fù)雜，產(chǎn)生的廢水通常含有強(qiáng)酸、強(qiáng)堿類物質(zhì)，常規(guī)方法處理難度較大，而陶瓷膜技術(shù)對(duì)該類廢水的處理效果較好。NGK公司采用氧化鉻陶瓷膜從鹽酸溶液中回收ZiO2細(xì)微粒子，用去離子水進(jìn)行洗滌，以除去產(chǎn)品中的酸根，經(jīng)過處理，洗滌水的電導(dǎo)率從200ms/cm下降到0.5ms/cm[8]。

3.4 處理生活廢水應(yīng)用

傳統(tǒng)活性污泥法對(duì)生活污水的處理存在許多不足，污水處理效率較低。而無機(jī)陶瓷膜分離技術(shù)因其良好的凈化效果受到廣泛關(guān)注。徐農(nóng)等[9]以管式陶瓷膜生物反應(yīng)器處理生活污水，研究發(fā)現(xiàn)∶CODCr的去除率達(dá)到99.5%，氨氮和懸浮固體的去除率高達(dá)99.9%和100%，處理后污水水質(zhì)完全符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)束語

無機(jī)陶瓷膜過濾技術(shù)是一種新型分離技術(shù)，應(yīng)用前景廣闊，受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。已在化學(xué)、石油化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。但仍存在許多問題需要解決∶①如何降低成本問題；②如何有效改善膜污染問題；③如何提高膜的透過率及選擇性等問題。

在我國，水污染問題已經(jīng)受到各界的廣泛關(guān)注，相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，無機(jī)陶瓷膜過濾技術(shù)會(huì)越來越完善，同時(shí)也會(huì)得到廣泛的應(yīng)用。

[1] 邱運(yùn)仁，張啟修.超濾過程膜污染控制技術(shù)研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代化工，2002，22（2）∶18-21.

[2] 任伯幟.城市設(shè)計(jì)暴雨及雨水徑流計(jì)算模擬研究[D].重慶∶重慶大學(xué)，2004.

[3] 周永潮.水力模型在城市排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)與管理中的應(yīng)用研究[D].上海∶同濟(jì)大學(xué)，2008.

[4] 秦偉偉，宋永會(huì)，肖書虎，等.陶瓷膜在水處理中的發(fā)展與應(yīng)用[J].工業(yè)水處理，2011，31（10）∶15-19.

[5] 成小翔，梁恒.陶瓷膜飲用水處理技術(shù)發(fā)展與展望[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，48（8）∶1-10.

[6] Sang H.Hyun， Gye T.Kim.Sythesis of ceramic microfiltration membranes for oil/water separation[J].Sep，Sce，Tech，1997，32（18）∶2927-2943.

[7] Soma C，Rumeau M，Sergent C.Use of mineral membranes in the treatment of textile effluents[C].Montpellier∶Proc.1st Intl.Conf. Membranes，1989∶523-526.

[8] 陳如海，方振東.無機(jī)陶瓷膜在水處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望[J].重慶工業(yè)高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2004，19（2）∶1-6.

[9] 崔佳，王鶴立，龍佳.無機(jī)陶瓷膜在水處理中的研究進(jìn)展[J].工業(yè)水處理，2011，31（2）∶13-16.

Application of Inorganic Ceramic Membrane in Water Treatment

Liu Dong-liang

The analysis of inorganic ceramic membrane separation technology is carried out.The reason of excellent separation performance is analyzed from the aspects of structure，characteristics and separation principle，and its application and progress in various fields are briefly introduced.Finally，the problems and future development trend of inorganic ceramic membrane technology in water treatment are discussed.

ceramic membrane filtration；wastewater treatment；wastewater application

X703

B

1003-6490（2017）02-0107-01

2017-02-06

劉棟梁（1995—），男，山東泰安人，本科在讀，主要研究方向?yàn)闊o機(jī)化學(xué)。