微濾膜技術在淡水資源回收利用領域的應用

朱偉浩，肖 陽

(鄭州航天電子技術有限公司，河南 鄭州 450042)

近些年來，隨著我國化工、印染、制藥、造紙、電鍍、精細化工等行業的不斷發展，各地淡水資源的消耗速度也與日俱增[1-3]，尤其各地工業園區，是淡水資源消耗重點集聚地。相比于普通城市生活污水，工業廢水具有污染程度高、處理工藝復雜的特點，簡單處理后直接排放，在長期運行過程中，不僅會造成大量淡水資源浪費，同時可能有污染外排、造成環保事故的風險，隨著我國各地的環保政策不斷收緊加嚴以及淡水資源的消耗加劇，工業園區及企業應當樹立“工業污水不等于廢水”的環保概念，重視淡水資源回收利用技術的研究與應用。

在工業污水凈化及淡水資源回收領域，膜分離技術是重要的一種處理手段，其材質多樣，不同膜結構其分離用途各有不同，在空氣分離、石化產品生產、燃料生產及工業污水處理等領域均有廣泛應用。

1 膜材料及膜分離技術介紹

膜材料的分類方式有多種，按來源分為合成膜和生物膜，前者分為液膜和固體膜，其中固體膜又分為有機膜和無機膜，前者有多孔膜和無孔膜兩種，后者為多孔膜，按照形態結構分類，無孔膜為不對稱膜，多孔膜分為對稱膜和不對稱膜，按照制造方法分類，不對稱膜分為復合膜和轉化膜。

膜分離過程可分為微濾(MF/Microfiltration)、超濾(UF/Ultrafiltration)、反滲透(RO/Reverse Osmosis)、滲析(D/Dialysis)、電滲析(ED/Electrodialysis)、氣體分離(GP/Gas Permeation)、滲透汽化(PV/Pervaporation)、液膜(L/Liquid Membrane)，其材質包括纖維素(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)、聚烯烴(PP)、聚碳酸酯、無機材料。

膜分離技術特點是：(1)分離效率高；(2)無相變過程，能耗低；(3)膜分離無運動部件，操作溫度壓力不高，可頻繁啟停，可靠性高；(4)其性能不受處理量大小影響，即單位生產能力與分離效率、設備單價及操作費用關系不大，規模可任意變化。

2 微濾MF技術在工業污水凈化領域的現場應用

2.1 微濾技術介紹

微濾(MF/Microfiltration)膜為對稱細孔高分子膜，孔徑為0.03～10 nm，主要功能為濾除直徑大于50 nm的顆粒，推動力一般為小于0.1 MPa的壓差，其原理為在壓力差的作用下，利用膜孔徑的大小對微粒進行機械篩分和截留，而吸附截留的作用相對較小，常見的膜材料為醋酸纖維素和硝酸纖維素等混合組成，其他也有再生纖維素膜、聚氯乙烯膜、聚偏氟乙烯膜、聚酰胺膜或陶瓷膜等，工業上主要用于無菌液體、超純水的生產和空氣過濾等領域。

2.2 管式微濾膜的結構及系統特點

微濾(MF)為過濾方式的一種，其是依靠膜(Membrane)將固體從溶液中分離出的低壓(0.7～7 bar，10～100 psig)分離工藝，其依靠流過膜表面的溶液施加壓力而實現分離，流經膜表面的水流能將截下來的顆粒物帶走，從而不積聚于膜表面，其作用過程見圖1。

圖1 微濾膜過濾錯流示意圖

管式微濾膜組件包括膜層管、支撐結構、排氣口、產水口、反洗以及化學清洗單元等，可以保證膜組件的日常運行，其多應用于工業廢水的處理、焚燒沖洗水的處理、污染的地下水及滲濾液處理、工藝水的處理、冷卻塔排水的回收等，其能夠有效去除重金屬離子(Ni/Cu/Cd/Cr等)、砷(As)、氟(F)、顏料、染料等污染物、降低SO4、BOD、COD、TOC、硬度等、也可以應用于淡水資源回用的預處理環節，用途廣泛，效果明顯。

2.3 微濾膜技術現場應用

現場采用的聚偏氟乙烯(PVDF)材質薄層多孔膜為過濾系統的核心單元，其化學穩定好、耐高溫，外層包覆有高強度網狀支撐層，由四根膜管組成套管(見圖2)，管內循環1%～5%的固體污泥，因本處理系統前端多處環節采用石灰作為pH調節劑及化學沉淀劑，因此進入微濾管內的水中可以維持一定的固含量，有助于水壓的保持以及產出水的生成質量。

圖2 管式微濾膜的組件結構

圖3 管式微濾膜現場應用圖

工業污水經前期化學處理后，利用管式微濾膜替代傳統重力沉降(砂濾池)，再經配套的離子交換樹脂和活性炭處理，再采用反滲透膜和蒸發器進行進一步處理，可以極大提高產出水的質量，實現淡水資源回用，從而達到近零排放的效果，管式微濾膜的現場應用如圖3所示。

取車間生產期間同月份不同批次的產出水作為分析對象，將經過不同水處理方式后的產水檢測結果進行對比，以重金屬Ni離子污染物含量為指標，測試儀器為哈希水質分析檢測儀，結果如表1所示。

表1 傳統重力沉降方式與管式微濾膜處理效果對比

結果顯示，利用管式微濾膜進行水處理，同時系統末端加配離子交換樹脂和活性炭過濾后，產出水中重金屬Ni離子明顯降低，最高降幅達到80.0%，且遠遠低于GB21900-2008《電鍍污染物排放標準》表2標準(0.5 mg/L)，不僅可以降低環保事故發生的風險概率，而且出水水質明顯改善，可用于工業污水深度凈化和淡水資源回收利用。

3 結論

結合MF微濾膜的特點，采用管式微濾膜系統替代傳統重力沉降砂濾方式，同時系統末端加配離子交換樹脂和活性炭過濾后，產出水中重金屬離子Ni含量大幅降低，最高降幅達到80%，效果顯著，可以有效應用于工業污水凈化與淡水資源回收利用。