化工污水處理中膜技術的應用

王 廣，張雪梅，張志豪

（1.寧夏百川新材料有限公司，寧夏銀川 750409；2.延安大學 化學與化工學院，陜西延安 716000；3.四川博約環境工程有限公司江蘇分公司，江蘇南京 210000）

當污水處理不達標時，將會對社會的發展造成極大影響，還會導致污染物不斷滲透到環境中，因此采用科學的方法高效處理化工污水，確保污水達標排放顯得極其重要。當前，污水處理技術與方法較多，膜技術屬于常用污水處理技術。在處理化工污水時，結合活性污泥法與膜技術除去污水內的毒害物質，達到提標排放和中水回用的目的。

1 化工污水的危害

化工污水主要是化工生產期間，產生的工藝廢水、廢氣洗滌水、循環水、濃水排污等。當上述水體沒有進行有效處理，直接排放至外界環境中，將會污染外部環境及水體。化工污水多具有氣味難聞，揮發氣體毒害危害大的特點，不僅會危害身體健康，如處理不當，還會對化工、農業生產造成危害。若化工污水流入至河流、湖泊，將會導致地表水污染，同時可會滲透到地下水源中，造成惡性環境污染事件；若化工污水污染物超標時，將會加劇水生動植物死亡；若化工污水肆意漫流，還會侵蝕周邊土壤，導致土壤被污染或重金屬、毒害物質超標，嚴重影響生物的生長發育。

2 膜技術應用與現狀分析

2.1 膜技術概述

膜技術采用高分子薄膜，通過膜兩側壓力差、溶液濃度差、電位差，純化、濃縮和分離多組溶液。膜技術的特點如下：

（1）膜分離為物理過程，不會影響物質性質，且不會產生新物質，能夠降低分離過程的能源消耗。

（2）膜技術應用范圍廣，可以達到離子級、微粒級、微生物菌體，均能夠通過膜技術分離。

（3）膜技術系統裝置簡單，便于操作。膜分離技術應用膜材料機械攔截機制，分離效果明顯高于二沉池，同時在廢水處理中，不會因污泥膨脹導致出水惡化。

目前，化工行業常用微濾、反滲透、鈉濾等方式，同時聯合乳化液膜、氣體分離等操作。膜技術的裝置結構簡單，便于操作，具備良好分離效果。在分離處理后，能夠回收利用產物，分離過程的自動化水平高，因此被廣泛應用到各領域。

2.2 技術應用現狀

膜技術多利用電位差、濃度梯度原理對混合物進行純化與分離處理。在污水處理中，膜分離技術得到了廣泛應用，且技術也得到了很大的改進。化工污水處理應用膜技術時，可以在室溫條件下持續運行，不會造成二次污染，目前多數中水回用和“零排放”裝置膜技術得到了廣泛的認可。但需要注意的是，當化工污水毒害物質的理化性質接近時，采用常規技術與方法在處理化工污水時，無法達到理想化效果，通過膜技術處理化工廢水，可有效彌補傳統技術方法的不足，全面提高廢水處理效果。化工污水通常具有水質成分復雜、污染物較多的特點，處理難度較大，在污水處理中，單膜技術一般達不到預期處理效果，處理時多采用多種技術結合的方法，全面提高污水處理效果。

3 化工污水處理中的常見膜技術

3.1 微濾膜技術

微濾膜技術最早出現在20世紀70年代，隨著技術成熟度逐漸提升，該項技術的應用發展也比較大。微濾膜技術通過微孔過濾技術，去除化工廢水中的細菌與微粒，技術優勢在于膜內孔分布均勻，可以攔截大微粒。此外，膜微粒技術具備良好的化學穩定性、且過濾速度快，多是由于微濾膜為高分子多孔體，不會產生纖維、碎屑脫落問題。通過微濾膜技術，可以將大微粒攔截在外，加劇濾膜兩側壓力，也不會影響微濾膜攔截效果。在使用微濾膜技術時，無須額外添加污水處理機，操作便捷，且系統穩定性非常高，不會占用較多面積。

3.2 超濾膜技術

超濾是一種按分子量大小進行分離的壓力驅動膜過程，根據膜孔徑大小可以去除顆粒、懸浮物、細菌、病毒、原生動物、膠體物質、高分子有機物等。因此被廣泛應用到化工、食品與醫藥領域。

由于化工生產中包含大量污水，根據化工廢水的相關性質，采用超濾膜技術進行處理，超濾常應用于化工廢水生化廢水、循環廢水的回用處理，以及除鹽水工藝的預處理。隨著超濾膜制造技術的提高和使用工藝的不斷完善，其性能可靠性高、抗污染能力強、透水性大、占地面積小、操作簡便、出水水質優異且穩定、使用壽命長等優點，使得超濾膜技術在化工廢水處理領域應用的范圍逐漸得到推廣。

3.3 反滲透膜分離技術

反滲透分離技術屬于新型膜分離技術，具備良好的節能效果，適用范圍廣。反滲透膜分離技術，借助于溶液滲透壓作用，其他物質無法透過半透膜，從而達到分離物質的目的。反滲透復合膜材料為芳香族聚酰胺，在處理化工污水時，將二級流程轉化為一級流程，轉變反滲透復合膜性能。

3.4 電滲析技術

在應用電滲析技術時，多通過水處理技術、膜分離設備的結合，可以有效處理化工污水。電滲析過程是電化學過程和滲析擴散過程的結合；在外加直流電場的驅動下，利用離子交換膜的選擇透過性（即陽離子可以透過陽離子交換膜，陰離子可以透過陰離子交換膜），陰、陽離子分別向陽極和陰極移動。離子遷移過程中，若膜的固定電荷與離子的電荷相反，則離子可以通過；如果它們的電荷相同，則離子被排斥，從而實現溶液淡化、濃縮、精制或純化等目的。該技術雖然一次投資較大，但運行能耗低，具有很好的節能效果。

3.5 納濾膜技術

納濾膜技術可以有效彌補反滲透膜技術、超濾膜技術的應用缺陷。在處理化工污水中，納濾膜技術能夠消除污水的色度、硬度、異味。在食品加工中，涉及脫色、雜質解除、濃縮等工序，可以應用納濾膜實現酵母再生，應用鈉濾膜技術，回收和利用發酵液內的有機酸。在應用納濾膜技術時，可選擇性利用納濾膜生物反應器，可以有效作用于半連續生產工業。

3.6 膜生物反應器

膜生物反應器處理污水處理能力比較強，被廣泛應用于污水處理中。該項技術是在原有生物污水處理技術和膜分離技術基礎上發展起來的，可以有效結合膜分離與生物處理技術的優勢，全面提升污水處理效果和轉化率，相比于傳統處理方式，膜生物反應技術的處理能力比較高。按照生物膜的不同放置方式，可以將膜生物反應器劃分為一體式和分體式。按照需要情況可以劃分為厭氧型和耗氧型。膜生物反應技術在膜污染放置過程、污泥產生量等方面具備顯著優勢。通過應用膜生物反應技術，可以減少能源與資源利用率，整個處理過程的成本耗費比較低，因此可以實現大規模生產。膜生物反應技術不再依賴污泥沉降性能，可以有效代替二沉池，除菌效果比較顯著。膜生物反應技術在處理廢污水后，出水水質比較高，且反應器的占地面積比較小，因此被廣泛應用于廢水回收和污水處理中，應用前景廣闊。

4 工業廢水中膜技術應用

4.1 含油工業廢水處理技術

在工業油田作業過程中，采用水、冷軋乳化液、金屬切削操作時，需要應用到清洗液處理該工業廢水，廢水中含油污比較大，去除難度高。由于油脂多為乳化油、浮油、分散油，乳化油的形式存在，處理難度非常大。在處理工業廢水時，通常采用膜技術，可以降低處理費用與成本。若采用電解、化學法會產生較高費用。膜技術處理成本低，且采用膜技術能夠高效處理含油廢水，經處理的濃縮液可以回收利用，全面提升能源資源利用率。

4.2 造紙廢水處理技術

（1）造紙廢水處理。針對造紙產業來說，造紙廢水中含有毒害物質，必須經過處理后才可以排放。通過長期實踐可知，造紙廢水由于紙漿成分、造紙工藝的差異，從而產生不同的污染成分。在處理該工藝廢水時，必須明確造紙紙漿成分、技術工藝，從而選擇科學的處理技術。例如藥物沉淀法、化學沉淀法、氣浮法、活性污泥等工藝，均屬于造紙廢水的常見處理技術。然而單一的處理技術無法達到理想的產水效果，極易受到外界因素干擾。所以在污水處理技術研發中，膜技術的應用成為處理工業廢水的一個重要環節，其中最具有代表性的就是滲透膜。

（2）造紙廢水膜法處理。在處理造紙廢水時，必須合理選擇膜、優化設計膜系統，合理的設計會對后期水處理水質指標影響較大。由于造紙廢水溫度比較高，因此在選擇膜材料時，必須選擇耐溫化學高分子膜。由于廢水成分較復雜，且濃度高，在選擇設備時，還應當考慮到流動性能，優先選擇板式、管式設備。

4.3 染料廢水的膜處理技術

在染料工業加工中，產生的廢水中的色度、鹽度非常高，針對廢水的鹽分，必須做好脫鹽處理。通過卷式納濾膜鹽度、濃縮處理方式，在壓力作用下開展納濾膜處理，可以降低鹽分濃度，且廢水中截留率較高。對于廢水的洗滌廢液，也必須做好科學化處理。采用醋酸纖維素納濾膜，可以高效處理染料廢水，對活性艷紅、水溶液會有很好的處理效果。

4.4 化工濃水膜處理技術

在化工污水處理的過程中，通過中水回用裝置，會產生一定量的濃水，這些污水的處理也多采用膜技術對廢水進行提濃和減量化處理，最后達到“零排放”的目的。前期工藝采用高密池+高強度膜的澄清、過濾工藝，代替了常規澄清+濾池+超濾的工藝，工藝流程縮短，處理效率提高，減小了占地面積和投資，而且高強度膜過濾精度高、出水濁度低，便于反洗維護；采用二級脫鹽工藝，將TDS 的濃縮分段實現，中壓GTR3 膜到30 000mg/L 以上、高壓GTR4 膜到60 000mg/L 以上，有利于平衡膜效率和降低能耗；一級、二級特種脫鹽組合膜工藝實現了回收率＞80%；為解決有機物對膜的生物污堵問題，在工藝處理過程中最大限度地去除水體中的COD；通過石灰、純堿+離子交換雙級軟化，保證水體軟化效果，能有效降低出水硬度，降低后續膜處理的結垢風險。

特種GTR 系列膜比標準抗污染膜流道寬，更耐污堵；GTR 膜片更牢固，已在高污染鋼鐵高鹽水零排放中試和煤化工高鹽水零排放實際項目上得到驗證，可保證在高污染、高濃縮倍率下的穩定運行，降低膜清洗頻率，延長膜的高性能和壽命。

5 結束語

在處理化工污水時，對技術工藝的要求比較高，不同化工污水處理技術的差異較大，單一污水處理技術無法達到標準要求。所以在處理化工污水時，應當聯合實際情況，聯合多膜技術處理污水。全面應用技術優勢與不足，體現技術應用價值，全面提升化工污水處理效果。