＊張 堅(jiān)

（中山市保美環(huán)境科技開發(fā)有限公司 廣東 528400）

廢水中含有大量的有害物質(zhì)，容易對(duì)自然環(huán)境產(chǎn)生持續(xù)性的破壞，對(duì)廢水的處理不僅可以保護(hù)環(huán)境，同時(shí)也能夠降低生產(chǎn)成本。對(duì)廢水進(jìn)行處理，首要目的是清理廢水中的各類成分和物質(zhì)，包括化學(xué)物、各種殘?jiān)?、有機(jī)物等，經(jīng)過處理后的廢水需要達(dá)到國家相關(guān)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的要求。而對(duì)廢水采取物理方法進(jìn)行處理，將大分子物質(zhì)進(jìn)行篩除，有助于完成廢水的深度處理。在工業(yè)生產(chǎn)高度發(fā)達(dá)的今天，膜分離法的出現(xiàn)對(duì)于調(diào)節(jié)工業(yè)生產(chǎn)與環(huán)境之間的矛盾具有重要意義。

1.膜分離法的基本原理

（1）膜分離法的特點(diǎn)。膜分離法主要是利用膜對(duì)廢水進(jìn)行處理，將廢水中的一些物質(zhì)選擇性地與溶液隔離開，如離子、分子和微粒等，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的凈化。膜分離法之所以被普遍使用，是因?yàn)椋耗し蛛x法在使用時(shí)，是根據(jù)廢水中各類物質(zhì)的物理性質(zhì)來進(jìn)行篩選的，在整個(gè)過程中不會(huì)產(chǎn)生新的物質(zhì)反應(yīng)，需要的輔助性工序和資源相對(duì)較少，是一種節(jié)能型技術(shù)。膜分離技術(shù)能夠在常溫下進(jìn)行，對(duì)于廢水的處理一般不需要采取深度預(yù)處理手段，尤其是能夠準(zhǔn)確地對(duì)廢水中的熱敏性物質(zhì)進(jìn)行清理，因此該技術(shù)能夠廣泛運(yùn)用于廢水中的有機(jī)物、無機(jī)物、微生物的分離，對(duì)于特殊物質(zhì)或者指定物質(zhì)，只需要選擇對(duì)應(yīng)的膜材料即可。此外，膜分離技術(shù)核心在于膜的使用，只要選擇好了對(duì)應(yīng)的材料，僅需要對(duì)應(yīng)位置加裝膜即可，操作簡單，且適用的范圍更廣、效率更高。

（2）膜分離法的類型。膜分離法的常見類型包含：①超濾，在壓差的作用下完成篩孔分離，一般膜孔的直徑規(guī)格為20-1000A°，施加壓強(qiáng)在0.1-0.5MPa，屬于多孔物理攔截模式。常見有單段間歇操作、單段連續(xù)操作、多段連續(xù)操作三種，實(shí)踐表明超濾技術(shù)對(duì)于微粒、細(xì)菌、有機(jī)質(zhì)等有良好的處理效果，但無法對(duì)無機(jī)離子進(jìn)行篩留，被廣泛使用于工業(yè)廢水、醫(yī)藥廢水等處理中。②納濾技術(shù)成型較晚，膜孔徑在數(shù)納米之間，是鑒于反滲透和超濾技術(shù)之間的壓力型膜分離技術(shù)，納濾膜自帶電荷，除了能截留納米級(jí)的物質(zhì)之外，對(duì)于較小的帶電無機(jī)離子也有明顯的作用。③反滲透（逆滲透），同樣以壓力為推動(dòng)，反滲透不需要使用吸附劑和沉淀劑等，僅依靠壓力和滲透膜即可完成物質(zhì)與滲透液的分離，過程簡單。目前反滲透技術(shù)在重金屬廢水、工業(yè)廢水、化工廢水等處理中使用較多。④微濾相較于一般膜分離技術(shù)更加精密，可以有效截留廢水中的淤泥、砂礫、細(xì)菌等成分，解決了生物性易結(jié)垢物質(zhì)過多的情況，可用于前期廢水分離處理，主要分為死端和錯(cuò)流兩種形式，死端采用一次性濾芯，用于小流量的廢水處理，而錯(cuò)流則用于大規(guī)模廢水處理，但需要周期性清潔或更換組件。

2.膜分離法對(duì)廢水中易結(jié)垢物質(zhì)的處理效果

(1)易結(jié)垢物質(zhì)處理實(shí)驗(yàn)

膜分離法對(duì)廢水中易結(jié)垢物質(zhì)的處理，在不同性質(zhì)的廢水中處理工藝略有不同，主要包含：膜性質(zhì)差異。所用膜的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、孔徑等因易結(jié)垢物質(zhì)的物理性質(zhì)差異而適用不同材料，需要綜合考慮膜的穩(wěn)定性、過濾效率、抗污能力等。操作參數(shù)差異。操作時(shí)整個(gè)流程中濾液所受的壓力、膜面流速、溫度、分離操作時(shí)長等也會(huì)因?yàn)榉蛛x的目標(biāo)易結(jié)垢物質(zhì)不同而進(jìn)行調(diào)整。其它差異。包括料液pH值、料液的預(yù)處理環(huán)節(jié)等也不盡相同。但在整體上，使用膜分離法對(duì)廢水中易結(jié)垢物質(zhì)的處理大致原理和流程基本一致?；诖?，本文在實(shí)驗(yàn)中選擇一種呈酸性的廢水作為對(duì)象，大致實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下：

①基本分析。使用電極儀、電子滴定儀、離子色譜儀、能譜分析儀、濁度儀及一系列實(shí)驗(yàn)室常用儀器對(duì)廢水進(jìn)行檢測，并建立廢水中元素及化合物含量表，確定廢水中含有Fe3+、K+、Ca2+、Si4+、SO42-等離子，結(jié)垢物質(zhì)中以CaSO4·2H2O、K2SiF6為主，即選擇K2SiF6作為主要處理對(duì)象。

②采用平衡法和動(dòng)態(tài)法，對(duì)K2SiF6在預(yù)制溶液中的溶解度和平衡時(shí)間進(jìn)行確認(rèn)，得出最佳攪拌時(shí)間為12h，即持續(xù)攪拌12h后，混合液達(dá)到平衡狀態(tài)。以此為基礎(chǔ)，使用氯化鈣作為預(yù)處理成分。

使用氯化鈣處理時(shí)，反應(yīng)原理如式組（1）所示：

本法進(jìn)行預(yù)處理，充分顯示出沉淀與pH值平衡作用，氯化鈣溶水性強(qiáng)，在反應(yīng)空間和條件充分的情況下可以有效去除廢水中K2SiF6的根離子和氟離子，考慮反應(yīng)條件的客觀限制，在投入氯化鈣時(shí)適當(dāng)增加用量，確定最佳反應(yīng)時(shí)間為6h，確定氯化鈣投入量為32.87-33.35g/L。

③實(shí)驗(yàn)室條件限制，選擇使用最為常用且效果明顯的超濾和反滲透組合工藝，因?yàn)槿绻苯邮褂梅礉B膜對(duì)預(yù)處理后的廢水溶液進(jìn)行處理，可能參與在溶液中的大量固體顆?；蚱渌镔|(zhì)會(huì)對(duì)反滲膜產(chǎn)生嚴(yán)重污染從而降低實(shí)驗(yàn)效果，因此需要在反滲膜處理之前經(jīng)超濾膜進(jìn)行過濾。

廢水中易結(jié)垢物質(zhì)K2SiF6的處理效果，即去除率D（%）和膜通量R（L·m-2·h-1）計(jì)算公式為：

其中：Cx為主溶液的濃度（mg/L）；Cy為滲透液的濃度（mg/L）。

其中：W為滲水量（mL/s）；A為膜的作用面積（m2）；T為滲透時(shí)長（h）。

④經(jīng)計(jì)算并記錄，處理后的廢水中K2SiF6分解率達(dá)99%，相關(guān)離子含量如表1所示。

表1 處理廢水中易結(jié)垢物質(zhì)實(shí)驗(yàn)效果比對(duì)

根據(jù)處理過程分析得知：A.超濾膜流通量在界值以內(nèi)，壓力越高則流通量越高，基礎(chǔ)界值為0.38-0.41MPa；流速越接近界值9L·min-1則超濾膜流通量越大；超濾膜去除廢水中懸浮物、混濁物的效果與溫度相關(guān)，溫度越高則處理效果越佳；階段性處理廢水后，經(jīng)清潔處理回收使用率可高達(dá)92%。B.反滲透膜通量隨著操作壓力的升高而升高，同時(shí)，反滲透膜的脫鹽率也隨壓力的升高而增大；膜面流速對(duì)反滲透膜通量物明顯影響；反滲透膜通量隨溫度的升高而升高，脫鹽率隨溫度的升高而降低。

(2)實(shí)踐案例

某電器公司將原3個(gè)廠整體搬遷，并對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)設(shè)備等相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行擴(kuò)建。搬遷擴(kuò)建后，建設(shè)項(xiàng)目設(shè)有五金件清洗線和氧化線5條，其所產(chǎn)生的清洗廢水收集一起處理，按照環(huán)評(píng)要求60%中水回用至生產(chǎn)線。原水特征如表2所示。

表2 某電器公司原水特征

處理后水中易結(jié)垢物的特性測定，主要采用平衡法和動(dòng)態(tài)法完成。①平衡法。向溶劑中加入過量溶質(zhì)，在一定溫度下攪拌至飽和狀態(tài)，恒溫條件下對(duì)上清液中溶質(zhì)含量進(jìn)行分析，所得數(shù)據(jù)即為該溶質(zhì)在溶劑中的溶解度。平衡法操作簡單，準(zhǔn)確度較高，但效率低，耗時(shí)長，在高溫、高壓條件下不適宜采用。本文采用等溫溶解平衡法測量氟硅酸鉀在模擬混酸溶液中的溶解度。②在一定壓力下，固定溶質(zhì)和溶劑的量，改變溫度，溶質(zhì)剛好全部溶解的溫度點(diǎn)則為該溫度下的溶解度；在固定溫度和壓力下，少量多次向溶劑中加入溶質(zhì)，長時(shí)間攪拌使溶質(zhì)溶解，根據(jù)溶質(zhì)的加入量確定該溫度下溶質(zhì)溶解度。經(jīng)處理后水質(zhì)檢測情況如表3所示。

表3 經(jīng)膜分法系統(tǒng)處理后水質(zhì)情況表

經(jīng)檢測顯示，水質(zhì)中各類物質(zhì)含量達(dá)到預(yù)期控制目標(biāo)，并且易結(jié)垢物質(zhì)的溶解性受到顯著控制。

3.總結(jié)

通過長期的實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，膜分離法對(duì)于廢水的的處理具有明顯效果，并且在整個(gè)處理過程中實(shí)現(xiàn)了對(duì)成本的控制，提高了處理的效率。但是由于膜分離技術(shù)是物理性技術(shù)，因此在大量污水處理過程中容易受到設(shè)備、材料、技術(shù)水平等因素的影響，由此想要保障膜分離法在污水處理中的功效，就必須要加強(qiáng)日常管理和維護(hù)，同時(shí)不斷總結(jié)和研究新的方式方法。