化工污水处理中膜技术的应用

王 广，张雪梅，张志豪

（1.宁夏百川新材料有限公司，宁夏银川 750409；2.延安大学 化学与化工学院，陕西延安 716000；3.四川博约环境工程有限公司江苏分公司，江苏南京 210000）

当污水处理不达标时，将会对社会的发展造成极大影响，还会导致污染物不断渗透到环境中，因此采用科学的方法高效处理化工污水，确保污水达标排放显得极其重要。当前，污水处理技术与方法较多，膜技术属于常用污水处理技术。在处理化工污水时，结合活性污泥法与膜技术除去污水内的毒害物质，达到提标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产期间，产生的工艺废水、废气洗涤水、循环水、浓水排污等。当上述水体没有进行有效处理，直接排放至外界环境中，将会污染外部环境及水体。化工污水多具有气味难闻，挥发气体毒害危害大的特点，不仅会危害身体健康，如处理不当，还会对化工、农业生产造成危害。若化工污水流入至河流、湖泊，将会导致地表水污染，同时可会渗透到地下水源中，造成恶性环境污染事件；若化工污水污染物超标时，将会加剧水生动植物死亡；若化工污水肆意漫流，还会侵蚀周边土壤，导致土壤被污染或重金属、毒害物质超标，严重影响生物的生长发育。

2 膜技术应用与现状分析

2.1 膜技术概述

膜技术采用高分子薄膜，通过膜两侧压力差、溶液浓度差、电位差，纯化、浓缩和分离多组溶液。膜技术的特点如下：

（1）膜分离为物理过程，不会影响物质性质，且不会产生新物质，能够降低分离过程的能源消耗。

（2）膜技术应用范围广，可以达到离子级、微粒级、微生物菌体，均能够通过膜技术分离。

（3）膜技术系统装置简单，便于操作。膜分离技术应用膜材料机械拦截机制，分离效果明显高于二沉池，同时在废水处理中，不会因污泥膨胀导致出水恶化。

目前，化工行业常用微滤、反渗透、钠滤等方式，同时联合乳化液膜、气体分离等操作。膜技术的装置结构简单，便于操作，具备良好分离效果。在分离处理后，能够回收利用产物，分离过程的自动化水平高，因此被广泛应用到各领域。

2.2 技术应用现状

膜技术多利用电位差、浓度梯度原理对混合物进行纯化与分离处理。在污水处理中，膜分离技术得到了广泛应用，且技术也得到了很大的改进。化工污水处理应用膜技术时，可以在室温条件下持续运行，不会造成二次污染，目前多数中水回用和“零排放”装置膜技术得到了广泛的认可。但需要注意的是，当化工污水毒害物质的理化性质接近时，采用常规技术与方法在处理化工污水时，无法达到理想化效果，通过膜技术处理化工废水，可有效弥补传统技术方法的不足，全面提高废水处理效果。化工污水通常具有水质成分复杂、污染物较多的特点，处理难度较大，在污水处理中，单膜技术一般达不到预期处理效果，处理时多采用多种技术结合的方法，全面提高污水处理效果。

3 化工污水处理中的常见膜技术

3.1 微滤膜技术

微滤膜技术最早出现在20世纪70年代，随着技术成熟度逐渐提升，该项技术的应用发展也比较大。微滤膜技术通过微孔过滤技术，去除化工废水中的细菌与微粒，技术优势在于膜内孔分布均匀，可以拦截大微粒。此外，膜微粒技术具备良好的化学稳定性、且过滤速度快，多是由于微滤膜为高分子多孔体，不会产生纤维、碎屑脱落问题。通过微滤膜技术，可以将大微粒拦截在外，加剧滤膜两侧压力，也不会影响微滤膜拦截效果。在使用微滤膜技术时，无须额外添加污水处理机，操作便捷，且系统稳定性非常高，不会占用较多面积。

3.2 超滤膜技术

超滤是一种按分子量大小进行分离的压力驱动膜过程，根据膜孔径大小可以去除颗粒、悬浮物、细菌、病毒、原生动物、胶体物质、高分子有机物等。因此被广泛应用到化工、食品与医药领域。

由于化工生产中包含大量污水，根据化工废水的相关性质，采用超滤膜技术进行处理，超滤常应用于化工废水生化废水、循环废水的回用处理，以及除盐水工艺的预处理。随着超滤膜制造技术的提高和使用工艺的不断完善，其性能可靠性高、抗污染能力强、透水性大、占地面积小、操作简便、出水水质优异且稳定、使用寿命长等优点，使得超滤膜技术在化工废水处理领域应用的范围逐渐得到推广。

3.3 反渗透膜分离技术

反渗透分离技术属于新型膜分离技术，具备良好的节能效果，适用范围广。反渗透膜分离技术，借助于溶液渗透压作用，其他物质无法透过半透膜，从而达到分离物质的目的。反渗透复合膜材料为芳香族聚酰胺，在处理化工污水时，将二级流程转化为一级流程，转变反渗透复合膜性能。

3.4 电渗析技术

在应用电渗析技术时，多通过水处理技术、膜分离设备的结合，可以有效处理化工污水。电渗析过程是电化学过程和渗析扩散过程的结合；在外加直流电场的驱动下，利用离子交换膜的选择透过性（即阳离子可以透过阳离子交换膜，阴离子可以透过阴离子交换膜），阴、阳离子分别向阳极和阴极移动。离子迁移过程中，若膜的固定电荷与离子的电荷相反，则离子可以通过；如果它们的电荷相同，则离子被排斥，从而实现溶液淡化、浓缩、精制或纯化等目的。该技术虽然一次投资较大，但运行能耗低，具有很好的节能效果。

3.5 纳滤膜技术

纳滤膜技术可以有效弥补反渗透膜技术、超滤膜技术的应用缺陷。在处理化工污水中，纳滤膜技术能够消除污水的色度、硬度、异味。在食品加工中，涉及脱色、杂质解除、浓缩等工序，可以应用纳滤膜实现酵母再生，应用钠滤膜技术，回收和利用发酵液内的有机酸。在应用纳滤膜技术时，可选择性利用纳滤膜生物反应器，可以有效作用于半连续生产工业。

3.6 膜生物反应器

膜生物反应器处理污水处理能力比较强，被广泛应用于污水处理中。该项技术是在原有生物污水处理技术和膜分离技术基础上发展起来的，可以有效结合膜分离与生物处理技术的优势，全面提升污水处理效果和转化率，相比于传统处理方式，膜生物反应技术的处理能力比较高。按照生物膜的不同放置方式，可以将膜生物反应器划分为一体式和分体式。按照需要情况可以划分为厌氧型和耗氧型。膜生物反应技术在膜污染放置过程、污泥产生量等方面具备显著优势。通过应用膜生物反应技术，可以减少能源与资源利用率，整个处理过程的成本耗费比较低，因此可以实现大规模生产。膜生物反应技术不再依赖污泥沉降性能，可以有效代替二沉池，除菌效果比较显著。膜生物反应技术在处理废污水后，出水水质比较高，且反应器的占地面积比较小，因此被广泛应用于废水回收和污水处理中，应用前景广阔。

4 工业废水中膜技术应用

4.1 含油工业废水处理技术

在工业油田作业过程中，采用水、冷轧乳化液、金属切削操作时，需要应用到清洗液处理该工业废水，废水中含油污比较大，去除难度高。由于油脂多为乳化油、浮油、分散油，乳化油的形式存在，处理难度非常大。在处理工业废水时，通常采用膜技术，可以降低处理费用与成本。若采用电解、化学法会产生较高费用。膜技术处理成本低，且采用膜技术能够高效处理含油废水，经处理的浓缩液可以回收利用，全面提升能源资源利用率。

4.2 造纸废水处理技术

（1）造纸废水处理。针对造纸产业来说，造纸废水中含有毒害物质，必须经过处理后才可以排放。通过长期实践可知，造纸废水由于纸浆成分、造纸工艺的差异，从而产生不同的污染成分。在处理该工艺废水时，必须明确造纸纸浆成分、技术工艺，从而选择科学的处理技术。例如药物沉淀法、化学沉淀法、气浮法、活性污泥等工艺，均属于造纸废水的常见处理技术。然而单一的处理技术无法达到理想的产水效果，极易受到外界因素干扰。所以在污水处理技术研发中，膜技术的应用成为处理工业废水的一个重要环节，其中最具有代表性的就是渗透膜。

（2）造纸废水膜法处理。在处理造纸废水时，必须合理选择膜、优化设计膜系统，合理的设计会对后期水处理水质指标影响较大。由于造纸废水温度比较高，因此在选择膜材料时，必须选择耐温化学高分子膜。由于废水成分较复杂，且浓度高，在选择设备时，还应当考虑到流动性能，优先选择板式、管式设备。

4.3 染料废水的膜处理技术

在染料工业加工中，产生的废水中的色度、盐度非常高，针对废水的盐分，必须做好脱盐处理。通过卷式纳滤膜盐度、浓缩处理方式，在压力作用下开展纳滤膜处理，可以降低盐分浓度，且废水中截留率较高。对于废水的洗涤废液，也必须做好科学化处理。采用醋酸纤维素纳滤膜，可以高效处理染料废水，对活性艳红、水溶液会有很好的处理效果。

4.4 化工浓水膜处理技术

在化工污水处理的过程中，通过中水回用装置，会产生一定量的浓水，这些污水的处理也多采用膜技术对废水进行提浓和减量化处理，最后达到“零排放”的目的。前期工艺采用高密池+高强度膜的澄清、过滤工艺，代替了常规澄清+滤池+超滤的工艺，工艺流程缩短，处理效率提高，减小了占地面积和投资，而且高强度膜过滤精度高、出水浊度低，便于反洗维护；采用二级脱盐工艺，将TDS 的浓缩分段实现，中压GTR3 膜到30 000mg/L 以上、高压GTR4 膜到60 000mg/L 以上，有利于平衡膜效率和降低能耗；一级、二级特种脱盐组合膜工艺实现了回收率＞80%；为解决有机物对膜的生物污堵问题，在工艺处理过程中最大限度地去除水体中的COD；通过石灰、纯碱+离子交换双级软化，保证水体软化效果，能有效降低出水硬度，降低后续膜处理的结垢风险。

特种GTR 系列膜比标准抗污染膜流道宽，更耐污堵；GTR 膜片更牢固，已在高污染钢铁高盐水零排放中试和煤化工高盐水零排放实际项目上得到验证，可保证在高污染、高浓缩倍率下的稳定运行，降低膜清洗频率，延长膜的高性能和寿命。

5 结束语

在处理化工污水时，对技术工艺的要求比较高，不同化工污水处理技术的差异较大，单一污水处理技术无法达到标准要求。所以在处理化工污水时，应当联合实际情况，联合多膜技术处理污水。全面应用技术优势与不足，体现技术应用价值，全面提升化工污水处理效果。