朱偉浩，肖 陽

(鄭州航天電子技術(shù)有限公司，河南 鄭州 450042)

近些年來，隨著我國(guó)化工、印染、制藥、造紙、電鍍、精細(xì)化工等行業(yè)的不斷發(fā)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(yè)園區(qū)，是淡水資源消耗重點(diǎn)集聚地。相比于普通城市生活污水，工業(yè)廢水具有污染程度高、處理工藝復(fù)雜的特點(diǎn)，簡(jiǎn)單處理后直接排放，在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，不僅會(huì)造成大量淡水資源浪費(fèi)，同時(shí)可能有污染外排、造成環(huán)保事故的風(fēng)險(xiǎn)，隨著我國(guó)各地的環(huán)保政策不斷收緊加嚴(yán)以及淡水資源的消耗加劇，工業(yè)園區(qū)及企業(yè)應(yīng)當(dāng)樹立“工業(yè)污水不等于廢水”的環(huán)保概念，重視淡水資源回收利用技術(shù)的研究與應(yīng)用。

在工業(yè)污水凈化及淡水資源回收領(lǐng)域，膜分離技術(shù)是重要的一種處理手段，其材質(zhì)多樣，不同膜結(jié)構(gòu)其分離用途各有不同，在空氣分離、石化產(chǎn)品生產(chǎn)、燃料生產(chǎn)及工業(yè)污水處理等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。

1 膜材料及膜分離技術(shù)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(jī)膜和無機(jī)膜，前者有多孔膜和無孔膜兩種，后者為多孔膜，按照形態(tài)結(jié)構(gòu)分類，無孔膜為不對(duì)稱膜，多孔膜分為對(duì)稱膜和不對(duì)稱膜，按照制造方法分類，不對(duì)稱膜分為復(fù)合膜和轉(zhuǎn)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(zhì)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(jī)材料。

膜分離技術(shù)特點(diǎn)是：(1)分離效率高；(2)無相變過程，能耗低；(3)膜分離無運(yùn)動(dòng)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(chǎn)能力與分離效率、設(shè)備單價(jià)及操作費(fèi)用關(guān)系不大，規(guī)?？扇我庾兓?/p>

2 微濾MF技術(shù)在工業(yè)污水凈化領(lǐng)域的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2.1 微濾技術(shù)介紹

微濾(MF/Microfiltration)膜為對(duì)稱細(xì)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(dòng)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(duì)微粒進(jìn)行機(jī)械篩分和截留，而吸附截留的作用相對(duì)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(yè)上主要用于無菌液體、超純水的生產(chǎn)和空氣過濾等領(lǐng)域。

2.2 管式微濾膜的結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)特點(diǎn)

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(shí)現(xiàn)分離，流經(jīng)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(cuò)流示意圖

管式微濾膜組件包括膜層管、支撐結(jié)構(gòu)、排氣口、產(chǎn)水口、反洗以及化學(xué)清洗單元等，可以保證膜組件的日常運(yùn)行，其多應(yīng)用于工業(yè)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(yīng)用于淡水資源回用的預(yù)處理環(huán)節(jié)，用途廣泛，效果明顯。

2.3 微濾膜技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

現(xiàn)場(chǎng)采用的聚偏氟乙烯(PVDF)材質(zhì)薄層多孔膜為過濾系統(tǒng)的核心單元，其化學(xué)穩(wěn)定好、耐高溫，外層包覆有高強(qiáng)度網(wǎng)狀支撐層，由四根膜管組成套管(見圖2)，管內(nèi)循環(huán)1%～5%的固體污泥，因本處理系統(tǒng)前端多處環(huán)節(jié)采用石灰作為pH調(diào)節(jié)劑及化學(xué)沉淀劑，因此進(jìn)入微濾管內(nèi)的水中可以維持一定的固含量，有助于水壓的保持以及產(chǎn)出水的生成質(zhì)量。

圖2 管式微濾膜的組件結(jié)構(gòu)

圖3 管式微濾膜現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用圖

工業(yè)污水經(jīng)前期化學(xué)處理后，利用管式微濾膜替代傳統(tǒng)重力沉降(砂濾池)，再經(jīng)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(fā)器進(jìn)行進(jìn)一步處理，可以極大提高產(chǎn)出水的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)淡水資源回用，從而達(dá)到近零排放的效果，管式微濾膜的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用如圖3所示。

取車間生產(chǎn)期間同月份不同批次的產(chǎn)出水作為分析對(duì)象，將經(jīng)過不同水處理方式后的產(chǎn)水檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以重金屬Ni離子污染物含量為指標(biāo)，測(cè)試儀器為哈希水質(zhì)分析檢測(cè)儀，結(jié)果如表1所示。

表1 傳統(tǒng)重力沉降方式與管式微濾膜處理效果對(duì)比

結(jié)果顯示，利用管式微濾膜進(jìn)行水處理，同時(shí)系統(tǒng)末端加配離子交換樹脂和活性炭過濾后，產(chǎn)出水中重金屬Ni離子明顯降低，最高降幅達(dá)到80.0%，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于GB21900-2008《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》表2標(biāo)準(zhǔn)(0.5 mg/L)，不僅可以降低環(huán)保事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)概率，而且出水水質(zhì)明顯改善，可用于工業(yè)污水深度凈化和淡水資源回收利用。

3 結(jié)論

結(jié)合MF微濾膜的特點(diǎn)，采用管式微濾膜系統(tǒng)替代傳統(tǒng)重力沉降砂濾方式，同時(shí)系統(tǒng)末端加配離子交換樹脂和活性炭過濾后，產(chǎn)出水中重金屬離子Ni含量大幅降低，最高降幅達(dá)到80%，效果顯著，可以有效應(yīng)用于工業(yè)污水凈化與淡水資源回收利用。