微滤膜技术在淡水资源回收利用领域的应用

·２３１·

微滤膜技术在淡水资源回收利用领域的应用

朱伟浩，肖　阳

（郑州航天电子技术有限公司，河南郑州　４５００４２）

摘要：本文介绍了工业污水处理现状、膜材料分类及膜分离技术应用特点，针对其中微滤ＭＦ膜技术进行了说明，展现了管式微滤膜系统

进行工业污水净化及淡水资源回用的现场应用情况，并与传统过滤方式进行对比，结果显示，利用管式微滤膜系统过滤，加配离子交换树脂和活性炭过滤器后，产出水中重金属离子Ｎｉ含量大幅降低，最高降幅达到８０．０％，效果显著，可用于工业污水深度净化和淡水资源回收利用。关键词：工业污水；过滤；微滤膜中图分类号：Ｘ７０３　　　　文献标识码：Ｂ　　　　文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０１９）１７－０２３１－０２

ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＭｉｃｒｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎＭｅｍｂｒａｎｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＲｅｃｙｃｌｉｎｇａｎｄＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆ

ＦｒｅｓｈｗａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓ

ＺｈｕＷｅｉｈａｏ，ＸｉａｏＹａｎｇ

（ＺｈｅｎｇｚｈｏｕＡｅｒｏｓｐａｃｅＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４５００４２，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｓｅｗａｇｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｍｅｍｂｒａｎｅｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ

ｏｆｍｅｍｂｒａｎｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｎｄｔｈｅｍｉｃｒｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｔｈｅｆｉｅｌｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｕｂｕｌａｒｍｉｃｒｏ－ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｍｅｍｂｒａｎｅｓｙｓｔｅｍｉｎｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｗａｓｔｅｗａｔｅｒｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｆｒｅｓｈｗａｔｅｒｒｅｓｏｕｒｃｅｒｅｃｏｖｅｒｙｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｔｕｂｕｌａｒｍｉｃｒｏ－ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｍｅｍｂｒａｎｅｓｙｓｔｅｍｉｓｕｓｅｄｆｏｒｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ．Ｗｉｔｈｔｈｅａｄｄｉｔｉｏｎｏｆｉｏｎｅｘｃｈａｎｇｅｒｅｓｉｎａｎｄａｃｔｉｖａｔｅｄｃａｒｂｏｎｆｉｌｔｅｒ，ｔｈｅＮｉｃｏｎｔｅｎｔｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌｉｏｎｓｉｎｔｈｅ

，ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｄｅｃｒｅａｓｅｗａｓ８０．０％，ａｎｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｗａｓｒｅｍａｒｋａｂｌｅ．Ｉｔｃａｎｂｅｕｓｅｄｆｏｒｔｈｅｐｒｏｄｕｃｅｄｗａｔｅｒｗａｓｇｒｅａｔｌｙｒｅｄｕｃｅｄ

ｄｅｅｐｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｗａｓｔｅｗａｔｅｒａｎｄｔｈｅｒｅｃｏｖｅｒｙａｎｄｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｆｒｅｓｈｗａｔｅｒｒｅｓｏｕｒｃｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｓｅｗａｇｅ；ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ；ｍｉｃｒｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｍｅｍｂｒａｎｅ随着我国化工、印染、制药、造纸、电镀、精细化　　近些年来，

工等行业的不断发展，各地淡水资源的消耗速度也与日俱［１－３］增，尤其各地工业园区，是淡水资源消耗重点集聚地。相比于普通城市生活污水，工业废水具有污染程度高、处理工艺复杂的特点，简单处理后直接排放，在长期运行过程中，不仅会造成大量淡水资源浪费，同时可能有污染外排、造成环保事故的风险，随着我国各地的环保政策不断收紧加严以及淡水资源的消耗加剧，工业园区及企业应当树立“工业污水不等于废水”的环保概念，重视淡水资源回收利用技术的研究与应用。

在工业污水净化及淡水资源回收领域，膜分离技术是重要的一种处理手段，其材质多样，不同膜结构其分离用途各有不同，在空气分离、石化产品生产、燃料生产及工业污水处理等领域均有广泛应用。

ＮＹ－６／ＮＹ－６６／ＰＩ／ＰＰＰ／ＰＳＡ）、聚砜（ＰＳ／ＰＥＳ）、含氟材聚酰胺（

料（ＰＶＤＦ／ＰＴＦＥ）、聚烯烃（ＰＰ）、聚碳酸酯、无机材料。

膜分离技术特点是：（１）分离效率高；（２）无相变过程，能耗低；（３）膜分离无运动部件，操作温度压力不高，可频繁启停，可靠性高；（４）其性能不受处理量大小影响，即单位生产能力与分离效率、设备单价及操作费用关系不大，规模可任意变化。

２　微滤ＭＦ技术在工业污水净化领域的现场应用２．１　微滤技术介绍

微滤（ＭＦ／Ｍｉｃｒｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）膜为对称细孔高分子膜，孔径为０．０３～１０ｎｍ，主要功能为滤除直径大于５０ｎｍ的颗粒，推动力

．１ＭＰａ的压差，其原理为在压力差的作用下，利一般为小于０

用膜孔径的大小对微粒进行机械筛分和截留，而吸附截留的作用相对较小，常见的膜材料为醋酸纤维素和硝酸纤维素等混合组成，其他也有再生纤维素膜、聚氯乙烯膜、聚偏氟乙烯膜、聚酰胺膜或陶瓷膜等，工业上主要用于无菌液体、超纯水的生产和空气过滤等领域。

１　膜材料及膜分离技术介绍

膜材料的分类方式有多种，按来源分为合成膜和生物膜，前者分为液膜和固体膜，其中固体膜又分为有机膜和无机膜，前者有多孔膜和无孔膜两种，后者为多孔膜，按照形态结构分类，无孔膜为不对称膜，多孔膜分为对称膜和不对称膜，按照制造方法分类，不对称膜分为复合膜和转化膜。

膜分离过程可分为微滤（ＭＦ／Ｍｉｃｒｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）、超滤（ＵＦ／Ｕｌｔｒａｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）、反渗透（ＲＯ／ＲｅｖｅｒｓｅＯｓｍｏｓｉｓ）、渗析（Ｄ／Ｄｉａｌｙｓｉｓ）、电渗析（ＥＤ／Ｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｓｉｓ）、气体分离（ＧＰ／ＧａｓＰｅｒｍｅａｔｉｏｎ）、渗透汽化（ＰＶ／Ｐｅｒｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、液膜（Ｌ／Ｌｉｑｕｉｄ

），其材质包括纤维素（ＣＤＡ／ＣＴＡ／ＣＮ／ＣＮ－ＣＡ／ＥＣ）、Ｍｅｍｂｒａｎｅ

２．２　管式微滤膜的结构及系统特点

微滤（ＭＦ）为过滤方式的一种，其是依靠膜（Ｍｅｍｂｒａｎｅ）将

０．７～７ｂａｒ，１０～１００ｐｓｉｇ）分离工固体从溶液中分离出的低压（

艺，其依靠流过膜表面的溶液施加压力而实现分离，流经膜表面的水流能将截下来的颗粒物带走，从而不积聚于膜表面，其作用过程见图１。

　　收稿日期：２０１９－０５－１６

作者简介：朱伟浩（１９９０—），河南郑州人，中国石油大学（华东）化学工程与技术专业硕士研究生，主要从事电化学工艺及膜基水处理技术研究。

·２３２·

山　东　化　工

ＳＨＡＮＤＯＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ　　　　　　　　　　　　２０１９年第４８卷

图１　微滤膜过滤错流示意图

　　管式微滤膜组件包括膜层管、支撑结构、排气口、产水口、工业污水经前期化学处理后，利用管式微滤膜替代传统重反洗以及化学清洗单元等，可以保证膜组件的日常运行，其多力沉降（砂滤池），再经配套的离子交换树脂和活性炭处理，再应用于工业废水的处理、焚烧冲洗水的处理、污染的地下水及采用反渗透膜和蒸发器进行进一步处理，可以极大提高产出水渗滤液处理、工艺水的处理、冷却塔排水的回收等，其能够有效的质量，实现淡水资源回用，从而达到近零排放的效果，管式微去除重金属离子（滤膜的现场应用如图３所示。Ｎｉ／Ｃｕ／Ｃｄ／Ｃｒ等）、砷（Ａｓ）、氟（Ｆ）、颜料、染料等污染物、降低Ｓ取车间生产期间同月份不同批次的产出水作为分析对象，Ｏ、ＢＯＤ、ＣＯＤ、ＴＯＣ、硬度等、也可以应用于４

将经过不同水处理方式后的产水检测结果进行对比，以重金属淡水资源回用的预处理环节，用途广泛，效果明显。

Ｎｉ离子污染物含量为指标，测试仪器为哈希水质分析检测仪，２．３　微滤膜技术现场应用

结果如表１所示。现场采用的聚偏氟乙烯（ＰＶＤＦ）材质薄层多孔膜为过滤系

表１　传统重力沉降方式与管式微滤膜处理效果对比统的核心单元，其化学稳定好、耐高温，外层包覆有高强度网状支撑层，由四根膜管组成套管（见图２），管内循环１％～５％的

固体污泥，因本处理系统前端多处环节采用石灰作为ｐＨ调节剂及化学沉淀剂，因此进入微滤管内的水中可以维持一定的固含量，有助于水压的保持以及产出水的生成质量。

Ｎｉ含量／（ｍｇ／Ｌ）

处理方式

１

传统重力沉降砂滤方式管式微滤膜过滤方式

降幅／％

０．４００．０８０８０．００

２０．３９０．０８９７７．１８

３０．３１０．１６６４６．４５

４０．２４０．１００５８．３３

５０．３７０．０７９７８．６５

　　结果显示，利用管式微滤膜进行水处理，同时系统末端加

配离子交换树脂和活性炭过滤后，产出水中重金属Ｎｉ离子明显降低，最高降幅达到８０．０％，且远远低于ＧＢ２１９００－２００８《电镀

０．５ｍｇ／Ｌ），不仅可以降低环保事污染物排放标准》表２标准（

故发生的风险概率，而且出水水质明显改善，可用于工业污水深度净化和淡水资源回收利用。

图２　管式微滤膜的组件结构

３　结论

结合ＭＦ微滤膜的特点，采用管式微滤膜系统替代传统重

力沉降砂滤方式，同时系统末端加配离子交换树脂和活性炭过

ｉ含量大幅降低，最高降幅达到滤后，产出水中重金属离子Ｎ

８０％，效果显著，可以有效应用于工业污水净化与淡水资源回收利用。

参考文献

［１］陈志恺．中国水资源的可持续利用问题［Ｊ］．中国科技奖励，

２００５（１）：４０－４２．［２］刘颖秋．水资源可持续利用与水管理现代化建设［Ｊ］．中国

水利，２００２（１０）：２３－２５．［３］秦蓓蕾．论水资源的可持续开发利用［Ｊ］．水利科技与经济，

２００６（２）：７１－７２．（本文文献格式：朱伟浩，肖　阳．微滤膜技术在淡水资源回收利用领域的应用［Ｊ］．山东化工，２０１９，４８（１７）：２３１－２３２．）

图３　管式微滤膜现场应用图