膜分离技术在污水处理技术中的应用.docx

膜分离技术在污水处理技术中的应用2011年12月06日13:51安全管理网·    1前言     随着人们对环境和能源问题的日益重视，膜分离技术作为一种新型分离、净化和浓缩技术，以其过程清洁、简单、能耗低，化学药剂用量少的特点，在污水处理领域显示出独特的魅力。     石油化工生产中，会产生大量的含油、氨、盐和酚等物质的污水1，排放量大，既浪费资源又污染环境，给水体造成极大的危害。采用膜分离技术对石油化工污水进行处理，可达标排放或回用，同时回收有用物质，节约资源。与传统的化学淤浆法、生化降解法等污水处理方法相比，具有显著的优势。     2膜分离技术的特点     膜分离是利用膜对混合物中各组分的选择渗透作用性能的差异，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分混合的气体或液体进行分离、分级、提纯和富集的技术。它在污水处理、食品生产、医药合成和能源、化工生产等过程中发展相当迅速。尤其是近20年来，将膜分离技术应用于石油化工污水处理领域，形成了新的石油化工污水处理方法。据统计，大多数膜分离技术都可以应用于石油化工污水的处理2。     毋庸质疑，膜分离技术和其他技术的集成技术，将逐渐有针对性地代替传统技术，对石油化工污水处理产生深远的影响。     从材料的角度，膜可分为有机的、无机的及有机和无机混合的；根据膜结构，又可分为对称膜和不对称膜；按分离原理，膜分离技术分为微滤(MF)、超滤(UF)、渗析(D)、电渗析(ED)、纳滤(NF)和反渗透(RO)、渗透蒸发(PV)等。     尤为令人瞩目的是，膜分离与蒸发、吸附、萃取、化学反应和生物技术等相结合，形成了膜蒸馏、膜分相、液膜、膜萃取和膜生物反应器等一系列新型膜分离技术。这些膜分离技术在石油化工污水处理中，已取得了显著的技术突破。     3在石油化工污水处理中的应用     3.1含油污水     据报道，我国每年产生的含油量在几百到几千mg/L的采油废水达23亿吨1，从经济和环境方面考虑，回注或再利用含油废水十分必要。目前，一般采用化学淤浆法和生化降解法进行处理，处理后回注或再利用时，大多达不到使用要求，采用膜分离技术可以解决这一问题。膜分离技术是一种极具发展潜力的含油污水处理方法4。     采用中空纤维UF膜对油田污水进行处理的实验表明5，进水含油在100mg/L以上，进口压力为0.16MPa，出口压力为0.08MPa时，膜的透水量可达15mL/(cm2·h)以上，透过液含油量小于10mg/L。选用磺化聚砜膜材料制成平板式及管式UF膜，对含石油类物质的炼油厂和油田污水进行处理，原水含石油类物质1080mg/L，处理截留率为石油类物质99.04%，悬浮物99.68%，硫酸盐还原菌98.5%，腐生菌97.94%6。用UF膜处理胜利油田河口水站的油田含油污水，进行了1年的实验运行，处理后，水中的悬浮固体含量为0.56mg/L，含油量为0.5mg/L，透过液满足了低渗油田注水水质要求7。     第一套用于油田采出水处理的大规模RO装置，建在加里福尼亚Bakers油田附近的Mt.Pose废热电站。其水处理装置包括除油、澄清、过滤、RO脱盐装置，用于电站锅炉给水。     这套处理装置成功地将含盐3000mg/L、硅63mg/L、油3.5mg/L、总有机碳(TOC)1623mg/L的采出水，处理到锅炉用水水质8。     采出的石油一般要经过洗油这一步。原油经水洗、相分离后，产生大量含油和盐的废水，且油含量较高，如果直接排掉就会造成原油的浪费和大量的废水，用NF膜可以将其分离成富油的水相和无油的盐水相。     采用硝酸纤维素或聚氟乙烯NF膜，在0.7MPa压力下，可将含油160mg/L的废水处理到含油小于21mg/L的可排放废水，将富油的水相加入到新鲜的供水中重新进入洗油工序，既回收了原油，又节约了水的供应9,10。采用UF膜及中空纤维膜对含油污水进行处理，效果也很好11,12。     膜生物反应器应用于石油化工含油污水处理，对COD，BOD5，SS、浊度、石油类物质的去除率分别为76%98%，96%99%，74%99%，98%100%，87%，而且氨氮的脱除率达90%以上，出水浊度低，水质稳定，易于回用13。     3.2含酚污水     含酚污水中主要有苯酚、邻甲酚、硝基酚、氯代酚和氨基酚等，它们毒性大，需去除后才能排放。采用中空纤维膜蒸馏技术处理含酚污水，以2%NaOh溶液为吸收液，料液流速大于4.0mL/min时，苯酚渗透率几乎不随苯酚的浓度变化。在料液h0、温度45条件下，浓度高达5000g/mL的苯酚经处理可降至50g/mL以下，去除率达95%以上14。     采用RO膜处理含酚污水时，先将含酚污水浓缩，再进一步处理为无害物质回收。采用NF膜处理时，先用ClO2将酚氧化成酸，再中和成盐后，通过NF膜浓缩回收，透过液则做循环水使用。用RO或NF膜处理酚质量分数小于5.0%的污水时，对酚的脱除率达95%以上15。     采用蓝-113B-煤油-NaOh液膜体系对高浓度含酚废水(浓度在5%以上)进行二级处理，除酚效率可达99%16。用液膜技术处理油品碱洗所产生的含酚碱洗液，试验用碱洗液含酚2004000mg/L，在乳液与废水的体积比为120，乳液复用一次的条件下，处理后废水中酚的浓度小于30mg/L17。对乳化液膜法提取苯酚的动力学也进行了研究18。     3.3合成纤维污水     聚酯纤维一般用强碱水解重整来提高纤维性能，水解后污水中含有一定的水解产物，可先用UF膜将悬浮固体和胶体除去，再将透过液酸化，经NF膜浓缩后重新用来生产聚酯纤维19。     采用上流式厌氧生物膜工艺，处理PET聚酯生产高浓度污水的实际处理过程中，厌氧生物膜法抗冲击负荷能力较强，温度低于30仍有较高的去除率，进水COD为500011000mg/L时，出水COD为10002500mg/L20。     用UF技术处理涤纶丝厂短丝油剂废水，生产装置经10个月运行，性能稳定，对油剂的截留率为91%92%，通量为1115L/(m2·h)。处理后浓缩的油剂回用于再纺纤维上油，成品纤维性能良好21。   3.4橡胶、塑料工业污水          橡胶工业污水中含有大量无机盐，不宜直接回用。用RO法处理时，对TDS、硬度离子、有机物去除率一般大于90%，对无机盐则在85%左右，对可溶性SiO2和碱度去除率较低，在70%以下22。     Lahiere等人在3555下，用氧化铝陶瓷MF膜，处理氯乙烯单体(Vcm)生产中产生的含重金属离子的污水时，可使重金属离子的浓度，从废水中的120mg/L降低至1720mg/L，废水过滤通量达到630920L/(m2·h)，浓缩污泥通量达160230L/(m2·h)。在处理Vcm工厂废水中的1，2-二氯乙烷乳化液的中试中，在操作温度为3045条件下，通量稳定为1290L/(m2·h)23。     3.5含氨及胺的污水     在氨肥、合成纤维、炼油等石油化工行业的生产过程中，会产生大量含氨废水。利用疏水性聚丙烯中空纤维膜处理含氨污水，氨的脱除率可达90%，革除了水洗工序，实现了氨的零排放，并使氨得到了很好地回收24。采用MF膜实现的膜基气体吸收过程处理石油化工含氨污水，对氨的脱除率也可以达到90%以上，MF膜生物反应器可将水中的COD，BOD，SS降低90%99%。据称，有可能导致化肥生产流程的某些变革，这一技术已经产业化25。     生产催化剂时，会排放大量含0.8%1.5%高浓度季胺盐的污水，先用弱酸性离子交换树脂吸附污水中的胺，再用NF膜处理，回收有用物质，处理后的水可以重新使用26。     3.6其他污水     采用陶瓷MF膜处理炼油厂含焦污水27，焦粉去除率在95%以上，可以显著降低COD值。另外，采用陶瓷MF膜处理油田采出水28,29，出水水质能满足回注水的要求。     采用液膜技术还可处理含铬污水?熏处理后铬含量均降至0.5×10-6(ppm)以下，低于国家规定的排放标准30,31。在对含锌、铅、镉等金属离子污水的处理方面，也进行了大量研究，为膜分离技术在石油化工含金属离子污水处理中的应用打下了基础2。     丙烯腈废水是石油化工工业中较难处理的废水之一。采用平板式聚乙烯中空纤维膜生物反应器处理时，进水COD为400750mg/L，出水COD的平均值为189mg/L，膜分离对维持良好而稳定的系统起决定性作用32。     用氧化铝陶瓷MF膜处理烷基苯厂废水中的芳香物质和石蜡油，也获得了成功23。NF膜也可用于含有机溶剂废水、石油化工混合废水以及含苯二酸的废水等各种石油化工污水的处理19。     4结论     利用膜分离技术或膜法集成技术处理石油化工污水，能达标排放，还可以实现回用，并回收有价值的副产物，技术上可行，优势明显。随着石油化工工业的发展和水的再利用以及环保的要求，膜分离作为一种有效的新型分离技术，在石油化工污水处理中一定有着极其广泛的应用前景。  煤矿矿井污水采用膜分离技术处理分析来源： 发布日期：2011-01-09 传统污水处理工艺，主要的工艺单元有石灰澄清、重碳酸化、絮凝、沉降、过滤和气浮等。根据具体污水排入物质的成分的不同，处理方式有所差异。传统处理工艺存在着工艺复杂、水利用率低、化学品消耗量大的弊病，而且由于无法彻底去除生物絮体及胶体物质，致使清洗频繁，影响了出水水质。 近年来，我国每年排污水量约400-500亿m3，经处理后排放的仅15-25%，由于污水到处横流，使我国各大水源都产生不同程度的污染，水环境严重恶化。所以，加强污水深度治理，使之不仅达标排放而且还可大量回用，非常必要，这对改善水环境、缓解水资源的不足，节约宝贵的水资源都是十分重要的。城市及工业污水经过深度处理后可用于农业灌溉、工业生产、城市景观、市政绿化、生活杂用、地下水回灌和补充地表水等方面的应用。传统水处理技术能够消除部分污染物，将COD、BOD以及重金融等污染物指标降到安全排放标准或杂用(中水)标准，但无法完全消除排水中所含的微量溶解性污染物。采用反渗透膜技术可彻底去除这些污染物，实现严格意义下的污水再生。用传统处理工艺和膜技术集成，可将污水或废水变成不同水质标准的回用水，或使之循环回用，这样即缓解了供求矛盾，又减少了污染，还可促进环保产业的发展。水环境质量的严重恶化和经济的高速发展，迫切要求有相应的污水废水资源化的技术。在这一领域中膜分离技术占有重要的位置和作用。膜分离作为一项高新技术在近40年来迅速发展成为产业化的高效节能分离技术过程。40多年，电渗析、反渗透、微滤、超滤、纳滤、渗透汽化，膜接触和膜反应过程相继发展起来，在能源、电子、石化、医药卫生、化工、轻工、食品、饮料行业和日常生活及环保领域等均获得广泛的应用，产生了显著的经济和社会效益。社会的需求使膜技术应允而生，也是社会的需求促使膜技术迅速发展，使膜技术不断创新、技术进步，完善，成为单元操作，成为集成过程中的关键。1连续膜过滤技术(CMC)中空纤维膜由于比表面积大，膜组件的装填密度大，所以设备紧凑;这种膜因纺制而成，工艺简单，所以生产成本一般低于其它的膜：由于没有支撑层均可以反向清洗，特别是一些耐污染性好，对氧化性清洗剂耐受性好的膜的出现，使得在大规模的污水处理工程中，中空纤维膜的应用有独特的优势。CMF技术的核心是高抗污染膜以及与之相配合的膜清洗技术，可以实现对膜的不停机在线清洗清洗，从而做到对料液不间断连续处理，保证设备的连续高效运行。CMF目前主要用于大型城市污水处理厂二沉池生水的深度处理回用，海水淡化或大型反渗透系统的预处理。地表水地下水净化、饮料澄清除浊等。2膜生物反应器(MBR)膜生物反应器是膜分离技术和生物技术结合的新工艺。用在污水废水处理领域，利用膜件进行固液分离，截留的污泥或杂质回流至(或保留)在生物反应器中，处理的清水透过膜排水，构成了污水处理的膜生物反应器系统，膜组件的作用相当于传统污水生物处理系统中的二沉池。MBR中使用的膜有平板膜、管式膜和中空纤维膜，目前主要以中空纤维膜为主。生活污水经MBR处理后，生水水源已达到很高的水标准。此方法不仅限于处理生活污水，MBR技术也广泛地用于染色废水，洗毛废水、肉类加工污水等水处理系统。MBR系统的另一个特点是规模可大可小，小装置可用于一个家庭，大型装置日处理量可达数万立方米。3反渗透技术(RO)反渗透技术是20世纪60年代初发展起来的以压力为驱动力的膜分离技术。该技术是从海水、苦咸水淡化而发展起来的，通常称为“淡化技术”。由于反渗透技术具有无相变，组件化、流程简单，操作方便，占面积小、投资少，耗能低等优点，发展十分迅速。RO技术已广泛用于海水、苦咸水淡化，纯水、超纯水制备，化工分离、浓缩、提纯，废水资源化等领域。工程遍布电力、电子、化工、轻工、煤炭、环保、医药、食品等行业。废水资源化是有开发增量淡水资源与保护环境双重目的。无机系列废水处理与海水苦咸水淡化采用同类装并具有较多共性工艺技术。RO可使废液中的铜、铅、汞、镍、锑、铍、砷、铬、硒、铵、锌等离子脱除除90-99%。目前，反渗透技术在城市污水深度处理，一些工业废水深度处理方面的应用受到了高度重视，包括中水回用，污水处理厂二级出水的深度处理，经初级处理后的工业废水深度处理制取优质淡水。中东不少缺水国家，在大量采用反渗透海水淡化技术的同时，引入反渗透技技术处理二级污水，出水水质可达TDS80mg/L，扩大了淡水资源。如中东地区、澳大利亚、新加坡等国都有这方面的大型工程实例。4集成膜过程污水深度处理方法集成膜过程是将超滤/微滤与反渗透(或纳滤)结合使用，形成能够满足各咱回用目的的污水深度处理工艺。超滤、微滤可以作为独立的高级处理方法，也是反渗透过程理想的预处理工艺，抗污染能力强、性能优越的超滤、微滤单元代替了复杂的传统处理工艺，而且出水品质远高于出水指标，不但完全可以去除污水中的细菌和悬浮物，对COD、BOD也有一定的却除效果。在超滤、微滤之后使用的反渗透膜，其清洗周期由采用传统预处理工艺的3-4周增加到半年以上，膜寿命可延长到达-6年。膜集成污水再生工艺具有系统稳定、维护少、占地小、化学品用量少、流程简单和运行费用低等优点。新一代中空纤维超滤(微滤)膜与传统产品相比，具有机械强度高、抗氧化、抗污染、高通量等特点，在运行工艺上，采用了低压操作、反冲清洗、气水冲洗等新技术，使得超滤膜装置能够在污染倾向极强的污水介质中保持稳定的性能，超滤膜的使用范围因此扩展到了能适应于多种复杂的介质环境，同时大大扩展了反渗透技术的应用范围，新一代的超滤膜及其系统应用技术的应用范围，新一代的超滤膜及其系统应用技术将膜技术带到了一个全新的时代，彻底改变了膜法水处理技术必须依托于复杂、精细的预处理系统的形象，使膜技术应用于二级出水、出水以及多种原废水等许多复杂的水质体系的深度处理。5传统处理方法传统污水处理工艺，主要的工艺单元有石灰澄清、重碳酸化、絮凝、沉降、过滤和气浮等。根据具体污水排入物质的成分的不同，处理方式有所差异。传统处理工艺存在着工艺复杂、水利用率低、化学品消耗量大的弊病，而且由于无法彻底去除生物絮体及胶体物质，致使清洗频繁，影响了出水水质。