无机陶瓷膜分离技术处理工业废水

孙子涵，李 思，张金辉

（辽宁石油化工大学，辽宁 抚顺113001）

无机陶瓷膜也称CT膜，是固态膜的一种，是由高温煅烧制成的分离膜[1]。无机陶瓷膜具有分离效率高、化学性质稳定、耐酸碱、机械强度高、使用寿命长等优点，在、石油化工、冶金工业等众多领域得到了广泛的应用[2]，成为精密过滤分离新技术，一进入市场便成为膜领域发展最迅速最有发展前景的品种。经过十几年的努力，中国依靠自主创新，无机陶瓷膜技术从无到有，打破了国外的垄断与封锁，达到了国际领先水平。《国家“十二五”科学和技术发展规划》提出[3]，推动高性能膜材料技术和产业发展膜分离技术，这项新型分离技术能够解决人类能源、环境、资源等重大问题。有专家预言，21世纪膜技术与其他技术的复合技术将会很大程度上取代传统分离技术，推动人类科技的发展，促进社会可持续发展。本文介绍了无机陶瓷膜分离技术在工业废水领域中的应用，以期为相关研究提供参考。

1 无机陶瓷膜分离技术处理工业废水

1.1 无机陶瓷膜分离技术处理印染废水

印染废水的成分较复杂，其中含有各种浆料、COD、残留漂白剂等污染物质，而无机陶瓷膜的的渗透性强，机械性能好，可以较好地分离过滤印染废水中的污染物质。

孔德红[4]等人对新疆芳婷纺织有限公司的一套废水处理设备进行改造，用无机陶瓷膜深度处理针织印染废水。轻污染水经陶瓷膜处理后，每天约有300 m3浓水回到浓污水部分处理，实际达标排放废水550 m3/d, 回用水量450 m3/d，回用率达到45%，每吨的综合能耗为 0.8 kWh，药剂费每吨平均 0.4元。回用水达到回用水质要求。李炜[5]等人以广东佛陶集团金刚新材料有限公司提供的陶瓷膜管为对象，研究了多孔陶瓷微滤膜对印染废水的过滤效果，对操作压力、错流速度和运行时间等参数进行筛选。结果表明，当操作压力为0.275 MPa，错流速度为每秒2.5 m，原水水质的COD含量为50~80 mg·L-1，原水水质的NH3-N含量为5~15 mg·L-1时，运行20 min后，COD 去除率为 30%，NH3-N的去除率为20%。马春燕[6]等人以轻污染的印染漂洗水为研究对象，用陶粒和陶瓷膜过滤系统进行分离处理。研究结果显示，系统处理出水的水质较为稳定，废水中COD含量在500 mg/L左右，色度为400倍左右，该系统可以去除废水中80%的COD含量，色度去除率可达 90%以上，处理效果较为理想。吴俊[7]等人用无机陶瓷膜对取自江苏盐城华强丝绸印染厂废水池的印染废水进行了处理。在膜面流速为 4.2 m/s，操作压力为0.2 MPa，温度为30 ℃的最佳条件下，膜通量为129.64 L/(m2·h)，COD的截留率可以达到65%以上，色度的去除率高达90%以上。

总的来说，无机陶瓷膜具有渗透性强、机械性能好及耐腐性等特点，但是其主要缺点是制作过程复杂和运输困难。

1.2 无机陶瓷膜分离技术处理造纸废水

造纸废水中的造纸黑液碱性大、浓度高，主要含有木质素、钠盐等碱性物质，其对分离膜的性能要求比较高，而无机陶瓷膜的耐酸碱性和耐高温性可以较好地处理造纸废液。

黄江丽[8]等人在温度为53 ℃，压力为0.2 MPa的条件下，采用QH-型无机陶瓷膜装置对源于山东省潍坊广信造纸厂的造纸废水进行分离，并对分离液中的木质素等物质进行了分析对比。草浆黑液的pH=10~11，温度为60 ℃，木质素质量浓度为23.13 g/L，固体物质量浓度为83.3 g/L。处理后，原液中COD的分离率达到60%以上，木质素的分离率达到85%以上，分离过滤 3.5 h后，木质素的浓缩比为2.4左右。姜海龙[9]等人利用汶瑞机械有限公司制造的膜错流过滤实验装置，对碱法草浆黑液二次出水进行试验，并且对比了黑液原液和分离液的 COD等参数。结果表明：黑液原液中的COD含量从326 mg·L-1降到了 225 mg·L-1，色度和浊度的分离率达到30%以上，固形物的截留率高达90%以上。姜海龙[10]等人用无机陶瓷膜对造纸所产生的碱法草浆黑液进行了处理。在操作压力为0.2~0.3 MPa，错流速度不小于5.0 m/s，温度在55 ℃左右的最佳条件下，COD的截留率可达到60%以上，木素的分离率达到75%以上，分离过滤4 h后浓缩比为2.7。钱晓荣[11]等人用无机陶瓷膜与有机超滤膜组合工艺对江苏盐城华泰纸业再生纸生产废水进行处理。实验表明：随着分离过滤时间的增长，其膜的渗透力逐渐减弱，最终达到平衡，平衡通量为75 L/(m2·h)左右，对分离液的检测发现，COD的去除率达到84%左右，处理的废水达到了国家颁布的造纸工业的水污染排放标准。

总的来说，无机陶瓷膜这一项新的技术用于造纸废水处理，相比于一般处理方法，它具有耐酸碱性，安全性能较好等特点，但是无机陶瓷也具有成本高，价格昂贵和膜通量小等缺点。

1.3 无机陶瓷膜分离技术处理冶金废水

在冶金生产过程中，会产生重金属污水，含油污水以及采矿污水等冶金废水。无机陶瓷膜在分离过滤冶金废水时可以保持比较高的膜通量，处理过废水的无机陶瓷膜经过清洗和再生后，膜通量可以恢复，满足工业连续生产的要求。

姚志春[12]等人用 TCM-SY-52A 型实验设备对工业碳酸钠溶液、含草酸钴水溶液以及硫酸镍溶液等冶金废水进行处理。实验结果表明：经过无机陶瓷膜分离过滤后的溶液较为清澈透明，肉眼可见杂质及沉淀物和颗粒状杂质的去除率高达95%以上，有价金属离子的含量和含油量也有很大幅度的降低，分离过滤后的溶液可达到工业生产的标准。王瑛[13]等人用烟台云帆过滤系统有限公司提供的重力式过滤纸带和南京九思科技有限公司提供的陶瓷膜对乳化液进行了处理。在操作压力为0136 MPa，膜面流速为41.66 m/s，温度为60 ℃的最优条件下，分离过滤系统运行8 h以上，油的去除率高达99.7%以上，COD的去除率达到99%以上，处理后的水可以达到一级排放标准。张世光[14]等人用无机陶瓷膜对轧钢所产生的乳化油进行了实验处理。实验结果表明：当压力为0.16 MPa，陶瓷膜的平均通量为272 L/(m2·h)时，处理20 h后，乳化油中的油分去除率可以高达99%以上。冯海军[15]等人用PT963型陶瓷膜过滤器对取自安阳钢铁股份有限公司焦化厂所产生的剩余氨水、粗苯分离水和终冷水等冶金废水进行了处理。在废水温度为60 ℃、油初始浓度为200 mg/L、流量为1.0 m3/h、压差为0.2 MPa时，处理20 min后，无机陶瓷膜的除油率超过75%，经过无机陶瓷膜处理后的含油量小于50 mg/L。

总的来说，无机陶瓷膜分离过滤器具有结构简单、占地面积较小、安装方便、使用寿命长且容易插入现有的工艺系统的优点，但是具有陶瓷管在运输过程中易碎，且质量较重。

1.4 无机陶瓷膜分离技术处理采油废水

在石油开采过程中，由于油田地质条件不同、注水水质不同等原因，采油废水的成分较为复杂，除了含有原油、重金属外还含有化学添加剂等污染物。无机陶瓷膜在分离过滤过程中不会产生难以处理的污泥，油的回收较容易，所以无机陶瓷膜是处理采油污水的发展趋势[16]。

丁慧[17]等人用江苏久吾高科技股份有限公司所生产的陶瓷膜对取自胜利油田某污水处理站的采油废水进行了处理。经过无机陶瓷膜处理过的采油废水的出水含油量均稳定在1.0 mg/L以下，出水平均含油量为0.18 mg/L，去除率高达95%以上，平均去除率为97.44%，出水悬浮物稳定在1.0 mg/L以下，去除率在85%以上。徐俊[18]等人用非对称结构复合陶瓷膜对大庆油田二厂聚南八污水处理站的出水进行了处理。经过无机陶瓷膜处理过的采油废水的水质较为稳定，原油和悬浮物的含量均在1 mg/L以下，去除率分别为98%和94%，浊度小于1NTU，去除率为97%，且对细菌的去除能力更强，几乎达到 100%。经过无机陶瓷膜分离过滤的水质可以达到A1级的要求。邹启贤[19]等人用无机陶瓷膜对某油田废水厂的采油废水进行处理。无机陶瓷膜主要通过截留、 惯性冲撞和扩散的机理处理采油废水中的COD。在操作压力为0.1 MPa下，无机陶瓷膜的膜通量为0.23，采油废水经过无机陶瓷膜的分离过滤处理后，COD的含量下降了100~120 mg/L。谷玉洪[20]等人用无机陶瓷膜对辽河油田茨榆沱采油厂注水站砂滤罐的出水进行了处理。实验的分析结果表明无机陶瓷膜可以较好地处理采油过程中产生的含油污水，经过无机陶瓷膜处理后的采油废水含油量小于3 mg/L，悬浮物含量小于1 mg/L，固体颗粒直径小于1 μm，满足油田注水水质的要求。

总的来说，虽然无机陶瓷膜去除采油废水中的油污效果不错，有很广阔的发展应用前景，但是试验所用的设备及无机陶瓷膜系统的成本过高，运用化学试剂对无机陶瓷膜的清洗也会带来二次污染，以及膜通量较小等，这些缺点都是阻碍无机陶瓷膜在处理采油废水过程中广泛应用的原因，若想在油田推广使用仍需要进行大量的研究工作。

2 结 论

无机陶瓷膜是膜领域发展最迅速的品种。本文对近几年无机陶瓷膜处理工业废水的研究进行了综述。我国要在无机陶瓷膜领域得到更大的发展，应该将研究方向集中于以下几个方面：第一，如何解决陶瓷膜在运输过程中的困难，如易碎、质量大等。第二，无机陶瓷膜是热的不良导体，容易出现传热不均匀的现象，在直接受热面温度达到235 ℃、两侧温差超过100 ℃的情况下，无机陶瓷膜会出现裂缝，因此，陶瓷膜的再生以及如何解决膜污染问题是今后研究的重点。第三，陶瓷膜的制作工艺较为复杂，成本相对高，且膜通量较小，这些都是限制陶瓷膜技术广泛应用的因素。

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