截留废水中重金属离子:夏俊方和曹海云[10]采用“NF+RO”二级处理系统浓缩回收电镀铜漂洗废水,实验结果表明,在运行压力1.5MPa下,纳滤膜可以使料液浓缩近10倍,对Cu2+的截留率在96%以上,对COD的截留率大于57%;在运行压力3.0MPa下,对纳滤浓缩液再进行反渗透浓缩,可以使料液再浓缩近10倍,反渗透膜对Cu2+的截留率在98%以上,对COD的截留率大于67%。
纺织废水回用处理:G. Ciardelli等[11]选用8040-UE50-TXA超滤膜和两支东丽聚酰胺反渗透膜处理纺织废水,原水经生物和砂滤预处理后,通过“UF+RO”(UF和RO的操作压力分别为0.4MPa和0.8MPa)组合膜处理。结果表明,组合系统去除了所有的COD和色度,出水盐含量降低了95%左右,可回用于纺织工艺用水。并指出“UF+RO”组合膜法处理纺织废水具有很大的发展前景。
造纸废水回用处理:M. Pizzichini等[12]对意大利Lucart造纸厂废水进行微滤、超滤和反渗透的试验研究。结果表明,“MF+RO”组合处理后渗透液中盐含量、电导率、COD和TOC都非常低,80%的废水可回用于造纸工艺中。Mckinley纸业公司[6]在美国新墨西哥州的纸厂采用“CMF+RO”,以及结晶的方法深度处理废水,实现废水“零排放”。芬兰Kirkniemi的M-Real造纸厂引进“UF+NF”实现了造纸白水的闭路循环回用[13]。
食品加工废水回用处理:Azza Hafez等[14]为了回用埃及El-Nile公司的食品加工业废水,选用“NF+RO”作为核心工艺进行两组实验研究:一组为模拟废水的实验室实验,一组为实际废水的中试实验。结果表明,纳滤出水可以回用于工业生产过程和低压锅炉用水,反渗透出水可以回用于高压锅炉用水。
农药废水回用处理:H.F. Shaalan等[15]采用“NF+RO”组合法处理农药工业废水,原水经混凝、澄清和砂滤后,进入纳滤处理,渗透液泵入反渗透处理,最终出水符合回用标准。
电镀废水再利用:侯书芬等[16]介绍了“UF+三级RO”组合处理山东某电子公司碱性含铬电镀漂洗水的示范工程。自2008年1月该工程调试运行到12月的近一年时间内,出水水质稳定,满足生产工艺用水要求。Wenrui Zuo[17]等采用“MF/UF+ED+NF/RO”组合法处理电镀废水后回用于工厂冷却水。实验分三个阶段:首先,MF或UF尽可能多的去除有机物和悬浮物;其次,电渗析除盐;最后,电渗析的浓液进入NF或RO处理,增加水回收率。结果表明,NF可以去除二价和三价离子,并且在低压下有较高的渗透通量;RO可以高效去除水中的重金属离子,COD截留率也较NF高。最终出水都可回用于工厂冷却水。
酒糟废水回用处理:Sanna Kotrappanavar Nataraj等[18]试验研究了“NF+RO”组合工艺去除酿酒厂酒糟废水中的色度和其它污染物,结果表明,在合适的运行压力和进水浓度下,最终反渗透透过液可回用于市政或工业领域,减少了新鲜水的消耗和废水处理成本。
回收废水中的抗生素:Shi-zhong Li等[19]采用“RO+UF”双膜法处理土霉素(OTC)废水,并从废水中回收OTC。反渗透阶段的浓缩倍数为3.5倍,渗透液中的有机物含量从COD约10000mg/L降低到小于200mg/L,OTC浓度从1000mg/L以上降低到80mg/L以下。反渗透截留液中OTC浓度浓缩至3000~4000mg/L。然后利用UF膜去除OTC浓缩液中的生物高聚物,改善OTC结晶条件,回收了60%以上的OTC,纯度大于80%。
另外,集成膜分离技术在丙烯酸废水的处理回用[20],印钞废水的后处理[21]等方面都有研究。
集成膜分离技术也适用于处理受工业污染的地表水,深度处理后可作为饮用水或补充作为饮用水水源。Baisali Sarkar[22]等研究了受农药污染的地表水,在经合适的预处理后,采用“NF+RO”组合处理法,NF降低了水的硬度、COD和TOC,去除了水中所有的微生物;当水中离子含量较高时,NF渗透液经RO处理后,透过液符合饮用水水质标准。表明“NF+RO”集成膜法适合处理受污染的地表水,该实验也可以在NF前加MF或UF预处理。
工业废水深度处理及回用是水资源再生的一项战略,也是在目前水资源短缺情况下的一条新兴之路。从上述研究情况可以看出,集成膜分离技术深度处理工业废水性能可靠、出水水质稳定,并整合了膜法的优点,在很多领域体现出其独特的优势,必将成为21世纪最有发展前景的技术之一。
3、结论与建议
膜分离深度处理污(废)水的技术已有很多研究和应用实例。近年来,有些国家要求新建的水厂必须采用膜法,美国也逐渐推进污水厂二级出水深度处理回用的观念。可以说,在未来50年内,膜分离技术将逐渐替代传统的分离技术,主导着化工、环保、食品加工、医药等行业,对膜产品的需求也将逐年增大。但是,随着膜分离技术的应用,也暴漏出很多不足,限制了膜分离技术在某些领域或行业的推广应用。为此,笔者提出以下几条建议。
(1)目前膜的寿命较短,限制了膜法工程推广应用。应开发更多寿命期长的膜产品。
(2)膜污染导致通量下降,处理效果降低。因此,开发抗污染或低污染膜是今后研究工作的重点。
(3)无机膜具有耐高温、强酸、强碱、有机溶剂和耐微生物侵蚀、机械强度高、孔径分布窄等优点,但是制膜工艺复杂、制备小孔径膜困难、且成本高。若能克服无机膜制备过程中的难题,将具有很大的市场应用前景。
(4)国产膜的质量较差,进口膜产品价格较高。今后应进行科技攻关,开发更多高质低价的国产膜。
(5)反渗透只允许水分子透过,是海水淡化和饮用水制备的首选技术。但其操作压力高,能耗大,目前虽有超低压反渗透膜的研究,但未能普及应用,因此,需加大对低压、超低压反渗透膜的研究力度。
(6)膜行业未能形成统一的产品参数标准,在选择膜组件时,往往需要通过小试筛选,再到中试验证,最后才能工业化应用,限制了膜应用的进度。今后应制定统一的膜产品参数标准,使用户在选择膜产品时有据可依。如各文献报道的膜孔径不一致,在制膜时,应有统一的规范参考,制定标准孔径分布的膜产品。
(7)膜技术用于污(废)水处理的工艺研究已有很多,并形成了比较成熟的工艺,今后在研究膜技术处理污(废)水时,应注意研究膜污染机理,提出减轻污染的新措施。
(8)集成膜分离技术有很多组合形式,在处理污(废)水时,应明确处理或分离目的,选择合适的组合形式进行试验筛选,确定最优组合方案。
4、参考文献
[1] 高从堦. 第三届中国膜科学与技术报告会论文集[C]. 北京: 2007, 1-4.
[2] 赵经纬. 集成膜分离技术在精细化工产品废水处理中的应用[J]. 精细与专用化学品, 2008, 16(11):18-19.
[3] 张悦,郑兴灿. 城市污水再生利用是缓解缺水危机的重要途径[A]. “21世纪国际城市污水处理及资源化发展战略研讨会与展览会”会议论文[C]. 1999.
[4] 杨健,章非娟,余志荣. 有机工业废水处理理论与技术[M]. 北京: 化学工业出版社, 2005, 258.