韓洪晶，劉 鑫

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納濾膜在化工廢水處理中的實際應(yīng)用

韓洪晶，劉 鑫

（東北石油大學(xué)， 黑龍江 大慶 163301）

隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，化工業(yè)中的廢水處理水平也在逐步提高，各種新型技術(shù)被應(yīng)用到實際生產(chǎn)中，其中比較典型的就是納濾。作為一種新型的分離技術(shù)，它不僅可以有效處理化工廢水，還能將其中的有效物質(zhì)進(jìn)行回收，提高利用率，所以在化工廢水處理中的應(yīng)用范圍也越來越廣。從納濾膜分離技術(shù)的工作原理出發(fā)，以鹽化工的廢水處理為例，對納濾膜實際應(yīng)用進(jìn)行了具體分析。

化工廢水處理；納濾膜；實際應(yīng)用

隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，污水和廢水的排放量也日益變大，嚴(yán)重影響了我國水體環(huán)境的質(zhì)量，帶來了嚴(yán)重的水污染。為了減少化工廢水對水環(huán)境的污染，并對其中的可用物質(zhì)進(jìn)行回收，在廢水排放之前必須要進(jìn)行凈化處理。為了提高凈化程度，各種新型的分離技術(shù)不斷被應(yīng)用。納濾膜分離技術(shù)是最近幾十年才發(fā)展起來的一種新型的環(huán)保技術(shù)，除了可以實現(xiàn)廢水的凈化之外，還可以提高廢水中可用物質(zhì)的回收率，充分顯示了自身的優(yōu)越性，所以在廢水處理中具有廣闊的發(fā)展前景，應(yīng)用的范圍也越來越廣泛。下面，筆者以鹽化工廢水處理中陶氏NF270-4040納濾膜的應(yīng)用為例，對其處理技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)論述。

1 納濾膜的工作原理

化工廢水處理中納濾膜技術(shù)是在最近幾十年中才發(fā)展起來的一種新型技術(shù)，因為其自身的優(yōu)越性，所以在食品制藥和其他化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用［1,2］。比如說在處理染料行業(yè)的廢水時，其COD參數(shù)則為每升3 500 mg，醋酸的含量則為每升1 200 mg，色度則為80 400，若采用納濾膜技術(shù)進(jìn)行處理，去除率可以達(dá)到97%，脫色率高達(dá)99%，具有很好的脫色效果。在運行8 h之后，納濾膜在每平方米中，每小時的膜通量可以達(dá)到0.017 m3。又比如說，國外很多學(xué)者對造紙的廢水處理進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)納濾膜的膜通量會受到很多因素的影響，主要包括錯流速率、震動頻率、化學(xué)預(yù)處理和操作壓力等［3］。

納濾膜處理技術(shù)之所以可以對化工廢水進(jìn)行有效處理，主要的原理就是它本身就具有一些比較特殊的范圍孔徑控制和制備特殊化的處理方法，使得它具有了過濾和分解的功能［4］。基于這一點，納濾膜對于200~1 000質(zhì)量的分子和二價離子的有機(jī)物具有極強(qiáng)的分解能力，對小質(zhì)量分子的有機(jī)物脫出率較低。

使用納濾膜技術(shù)在對廢水進(jìn)行深度處理時，不僅可以對廢水中的污染物進(jìn)行有效分離，起到保護(hù)水環(huán)境的作用，還能回收有用物質(zhì)，提高水資源的利用率［5］。為了能讓這種技術(shù)在廢水的處理中達(dá)到最佳功效，最大程度地發(fā)揮自身的特點，筆者對鹽化工的廢水進(jìn)行了納濾膜處理的相關(guān)實驗，對影響納濾膜分離效果的操作壓力、進(jìn)水量和作業(yè)溫度等因素進(jìn)行了具體分析。

2 化工廢水納濾膜處理實驗

2.1 檢驗化工廢水的水質(zhì)

這次實驗選用的化工廢水是經(jīng)過二級生化處理之后，具體的水質(zhì)如下：電導(dǎo)率為28 000~35 000（μS·cm-1），pH值為6.5~7.8，渾濁度為2~10，COD為20~30 mg/L，Cl-為10 000~12 000 mg/L，SO42-為800~1 000 mL/L，NH4+-N為8~14 mg/L，Ca2+為2 000~3 000 mg/L，Mg2+為50~100 mg/L。

2.2 納濾膜元件參數(shù)

在本次實驗中是使用的納濾膜為陶氏NF270-4040，主要的材質(zhì)為聚酰胺材料，脫鹽率超過40%，操作溫度控制在25 ℃左右，氯化鈉的質(zhì)量濃度為2 000 mg/L，壓力為0.48 MPa。單支膜的參數(shù)為，面積為8 m2，最大進(jìn)水量為4 m3/h，最大的操作壓力為4.2 MPa，操作溫度為40 ℃，進(jìn)水范圍為6~16 L/min。

2.3 具體的分析項目和方法

在預(yù)定的條件之下，本次試驗主要對廢水中pH值哦、溫度、電導(dǎo)率和鈣離子等項目進(jìn)行分析。其中pH值使用精密pH計，采用電極法進(jìn)行分析；溫度需要用使用普通的酒精溫度計進(jìn)行測量；電導(dǎo)率則需使用DDS-307儀器進(jìn)行檢測；在使用TAS-968原子吸收分光光度計測量的基礎(chǔ)上，運用火焰原子吸收的方法對鈣離子進(jìn)行分析。

2.4 實驗的過程分析

本次實驗的主要過程分為實驗用水、活性炭、過濾、超濾、納濾和出水6步。具體為，先利用活性炭對試驗用水中殘留的氯離子進(jìn)行吸收，避免納濾膜受到損害；然后進(jìn)行過濾和超濾，將廢水中的雜質(zhì)和微生物去除掉，避免納濾膜發(fā)生阻塞。

3 實驗結(jié)果分析

3.1 操作流程對納濾膜處理的影響

當(dāng)水溫度為13 ℃，pH值為8，且進(jìn)水量為12 L/min的條件下，不斷增加操作壓力到1.2 MPa，將操作壓力對納濾膜截留率和膜通量的影響進(jìn)行綜合考慮，具體的實驗結(jié)果如圖1所示。

從圖1可知，操作壓力與脫鹽率和截留率是正相關(guān)關(guān)系，后二者隨著前者的增加而上升，且在壓力達(dá)到0.5 MPa之后，后二者的上升幅度明顯變小。同時，膜通量和壓力也是正相關(guān)，隨著壓力的增加呈現(xiàn)出上升的趨勢。

根據(jù)J=L(Δ-Δ)這一公式公式算出溶劑流量－操作壓力的差值，而且壓力越大，出水量越大，二者呈正相關(guān)［6］。但是在實際的應(yīng)用過程中，即便提高回收率可以在一定程序上實現(xiàn)節(jié)約成本的目的，但是卻會對水質(zhì)產(chǎn)生直接影響。

圖1 納濾膜操作壓力對截留率和通量的影響關(guān)系

另外，根據(jù)J=(1-)()MJ+Δ這一公式可知，操作壓力和鹽通量無關(guān)，而與溶質(zhì)的濃度相關(guān)［7］。膜通量會隨著操作壓力的變化而變化，但是鹽通量始終不便。正是因為如此，水的導(dǎo)電率就會直接影響脫鹽的效果，且二者為負(fù)相關(guān)，水的導(dǎo)電率越小，脫鹽的效果就越好。這樣一來，我們就可以認(rèn)為，廢水中電解質(zhì)的透過量會隨著操作壓力的增加而減小，但卻會提升脫鹽的效果。

3.2 溫度對納濾膜處理的影響

當(dāng)壓力為0.6 MPa，pH值為8，且進(jìn)水量為12 L/min的條件下，不斷對溫度進(jìn)行調(diào)整，并對溫度對納濾膜截留率和膜通量的影響進(jìn)行綜合考慮，具體的實驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 納濾膜操作溫度對截留率和通量的影響關(guān)系

從圖2可知，溫度與脫鹽率和截留率為負(fù)相關(guān)關(guān)系，即后二者會隨著前者的升高而不斷下降，其中截留率表現(xiàn)的更為明顯。同時，膜通量和溫度為正相關(guān)，即膜通量會隨著溫度的增加而呈現(xiàn)出上升趨勢，這樣就可以縮小過濾中的溶液滲透量。從這一結(jié)果我們可以得知，溫度的升高有助于提升納濾膜的膜通量。造成這種現(xiàn)象的主要原因就是粘度和溶液的密度會隨著溫度的升高而下降，但是滲透壓的參數(shù)值卻會隨著溫度的升高而增加。在這些共同因素的作用下，膜通量就會發(fā)生變化。

3.3 進(jìn)水量對納濾膜處理的影響

當(dāng)壓力為0.6 MPa，pH值為8，且溫度為15 ℃的條件下，不斷對進(jìn)水量進(jìn)行調(diào)整，并將進(jìn)水量對納濾膜截留率和膜通量的影響進(jìn)行綜合考慮，具體的實驗結(jié)果如圖3所示。

圖3 納濾膜進(jìn)水量對截留率和通量的影響關(guān)系圖

由圖3可知，在實驗過程中，進(jìn)水量的變化會影響脫鹽效率，這兩者之所以發(fā)生關(guān)聯(lián)，最重要的原因就是廢水中的離子濃度會隨著進(jìn)水量的增加而變大。同時，膜通量也會隨著進(jìn)水量的增加而變大，但是增加的幅度比較平緩，并不明顯。除此之外，進(jìn)水量的增加雖然會減少對膜面的污染，但是卻會破壞它的沿程壓力。在實際的處理過程中，如果在低壓環(huán)境下運行，不僅會對納濾膜的表面壓力產(chǎn)生直接影響，也會影響到膜通量。

3.4 進(jìn)水pH對納濾膜處理的影響

當(dāng)壓力為0.6 MPa，進(jìn)水量為12 L/min，且溫度為15 ℃的條件下，不斷對pH進(jìn)行調(diào)整，并將pH對納濾膜截留率和膜通量的影響進(jìn)行綜合考慮，具體的實驗結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，納濾膜的截留率和脫鹽率和pH 呈負(fù)相關(guān)的，換句話說，就是pH增加，前二者就會下降。在本次實驗中，納濾膜的主要材質(zhì)是聚酰胺，如果pH不超過它本身的等電點，那么它的表面就會產(chǎn)生負(fù)電，而且這些負(fù)電會隨著pH的減小而降低，二者是正相關(guān)關(guān)系。

圖4 納濾膜pH對截留率和通量的影響關(guān)系

4 結(jié)束語

綜上所述，對化工廢水進(jìn)行處理時，使用納濾膜分離技術(shù)時需要充分考慮操作壓力、溫度、進(jìn)水量和pH等因素對處理效果的影響，爭取實現(xiàn)處理效果的最大化，充分發(fā)揮出納濾膜在化工廢水處理中的作用。

［1］ 游建軍，熊珊，賀前鋒. 煤化工廢水處理技術(shù)研究及應(yīng)用分析[J].科技信息，2013，02（10）: 370-365.

［2］ 張漢銘. 基于化工廢水處理中納濾膜的應(yīng)用研究[J]. 廣東化工，2013，02（19）: 119-120; 127.

［3］ 謝柏明. 膜分離技術(shù)在化工節(jié)能減排中的應(yīng)用[J]. 中國建設(shè)信息(水工業(yè)市場)，2010，03（11）: 14-19.

［4］ 龐金釗，李景義，王倩，等. 納濾膜在鹽化工廢水處理中的應(yīng)用研究[J]. 天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2010，05（13）: 6-9.

［5］ 吳俊.長壽化工園區(qū)化工廢水處理方案比對研究[D].重慶:重慶交通大學(xué)，2013.

［6］ 張志偉. 臭氧氧化深度處理煤化工廢水的應(yīng)用研究[D]. 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2013.

［7］ 寧艷春，段巧麗，王兆花，等. 膜分離技術(shù)在廢水處理方面的應(yīng)用與進(jìn)展[J]. 化工進(jìn)展，2011，07（S1）: 828-830.

Practical Application of the Nanofiltration Membrane in Chemical Industry Wastewater Treatment

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（Northeast Petroleum University，Heilongjiang Daqing 163301，China）

Along with the advance of science and technology in our country, the wastewater treatment technology in the chemical industry is also gradually increasing, various kinds of new technologies have been applied into the actual production, especially the nanofiltration technology. As a new separation technique, it not only can effectively treat chemical wastewater, but also can recover useful materials from chemical industry wastewater, so the nanofiltration technology has been widely used in chemical industry wastewater treatment. In this article, starting from the working principle of nanofiltration membrane separation technology, taking the salt chemical industry wastewater treatment as an example, the practical application of nanofiltration membrane was analyzed.

Chemical wastewater treatment; Nanofiltration membrane; Practical application

X 703

A

1671-0460（2014）06-0985-03

2014-04-24

韓洪晶（1980-），女，黑龍江綏化人，副教授，碩士研究生，從事催化及環(huán)境化工方向的研究。