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摘要：纳滤膜技术具有独特的优异分离性能,不仅处理效果好、低耗能,同时还可以有效回收处理液中的有用物质,是化工废水处理的有效方法之一。本文简要分析了膜过滤技术与纳滤分离特点,并对其在化工废水处理中应用进行了概述。
关键词：纳滤膜；化工废水；废水处理
中图分类号：X703献标识码： A
一、膜过滤技术与纳滤分离特点
膜过滤技术是一种高效、低能耗和易操作的液体分离技术,同传统的水处理方法相比具有处理效果好、可实现废水的循环利用和对有用物质回收等优点。膜技术一般包括微滤、超滤、纳滤和反渗透,其中纳滤(nanofiltration,NF)是目前国内外膜分离领域研究的热点之一。它是一种介于反渗透与超滤之间的一种压力驱动型膜分离技术,由于其自身独特的性能使它在许多领域具有其它膜技术无法替代的地位,在工业废水处理中得到了广泛的应用,并显示出了广阔的发展前景。
纳滤技术在化工废水处理方面有以下特点:①纳滤膜的孔径接近于1nm,截留相对分子量在150—1000之间,适宜于分离相对分子量在150以上、分子大小約为1nm的溶解组分。②操作压力低,一般在0.3—1.0MPa之间。由于操作压力较低,对设备要求较低。因此,基建费用和运行费用低,便于运行管理。③对物质的分离具有选择性。这一方面是由于其孔径范围较窄,另一方面是由于膜表面或膜材料中常带有荷电基团,这些基团通过静电作用可产生Donnan效应,从而实现不同价态离子的分离,故有时纳滤也被称为“选择性反渗透”(SelectiveRO)。大部分纳滤膜带有电荷,因此它可用于对有机物和无机物及带不同电荷的粒子的分离。④纳滤的分离原理主要基于筛分效应和电荷效应,在处理过程中不需添加化学试剂,也不引起二次污染。⑤可分离回收有用物质,实现工业废水的资源化和回用,进一步降低处理成本。
二、电镀废水的纳滤膜处理技术
电镀废水中存在多种致癌、致畸、致突变或剧毒物质，如重金属离子或氰化物等，对环境与人类危害极大，必须加以严格治理，人们开发了许多工艺和方法用于处理电镀废水，主要有：化学沉淀、吸附、生物、电解、离子交换和膜分离等．膜分离、离子交换或其结合工艺在电镀废水的处理应用中，通常可以实现在线回收，并且回用水的水质较高。然而，由于生产规模、镀件基材、镀层材料、电镀工艺、管理控制水平以及电镀场建设历史等诸多较为复杂的原因，许多现有电镀企业或电镀生产线上实行完全意义上的全循环(电镀金属和水)仍然是难以实现的。因此，研究开发适合于末端处理电镀废水的工艺技
术，最大程度地处理、回用水资源，实现废水的零排放或微量排放仍然具有实际意义。
交互平衡式膜分离--化学沉淀工艺(IBMS—CP)是将纳滤系统嵌入化学沉淀过程中，并使化学沉淀和膜过程交互循环并达到动态平衡的工艺过程(图1)如图1所示，
图1
在IBMS—CP工艺中，经化学沉淀处理的废水，经过多级沉降池去除沉淀后与含有重金属的废水在综合调节池中混合，再进入膜分离单元进行浓缩分离．视回用水质的要求，膜分离单元的透过液，或直接回用，或经进一步处理而回用。而浓缩液则回到化学沉淀单元进入下一个循环处理过程。一般此处的膜分离单元采用纳滤系统，其原因在于：纳滤可以较好地截留浓缩二价和高价重金属离子，同时使一价盐进入透过液，从而避免一价盐在IBMS—CP循环过程中的积累，由于纳滤膜对一价盐的透过率将随其浓度上升而增大，因此，在IBMS—CP工艺中，进入和透出IBMS—CP系统的一价盐将在其到达某浓度时自动达成动态平衡状态，从而使一价盐在表观上“穿过”IBMS—CP循环。同时，该过程的产水被“软化”，这是lBMS—CP工艺的特点，也是其能够运行的关键。另外，由于纳滤过程提高了多价离子的浓度并大幅减少了废水总量，因此将使化学沉淀设备的容量显著减小且反应沉淀过程更迅速、完全，IBMS-CP工艺是一个使得化学沉淀和膜过程有机结合且相互促进、强化的过程。
三、膜分离技术在石油化工废水处理方面的应用
石油工业废水主要包括石油开采和炼制过程中产生的含各种无机盐和有机物的废水，其成分复杂，处理难度大，一般方法难以取得理想的处理效果。膜技术可有效处理废水及回收有用物质。含酚的石油工业废水毒性很大，必须脱除后才能排放，若采用纳滤技术，不仅酚的脱除率可达95%以上，且在较低压力下就能高效地将废水中的镍、汞等重金属高价离子脱除，其费用比反渗透等方法低得多。Ohya等成功地制备出一种聚酰亚胺纳滤膜，该纳滤膜具有高通量并耐高压、高温及耐有机溶剂的特点，截留相对分子质量为170～400，能有效地分离汽油和煤油。张裕卿等研制出聚砜-A10，复合膜超滤技术，并用该复合膜对华北油田北大站外排水砂滤后水样进行了超滤处理，原水油的质量浓度为640mg／L，处理后油质量浓度小于0.5mg／L，完全符合回注水的要求，截留率皆在99%以上，复合膜运行一定时间后，清洗后水通量恢复率较高。李发永等在国内最早采用膜技术处理采油污水，先用外管式聚砜(Ps)超滤膜处理采油污水；然后采用磺化聚砜(SPS)平板式和外管式超滤膜再次处理含油污水，结果表明SPS膜通量随磺化度的增加而提高，且优于Ps膜，透过液基本达到国家排放标准及低渗透油田注水标准。
四、含盐煤化工废水处理
目前，煤化工行业含盐废水处理工艺路线多采用（预处理+双膜法）两段式（即超滤-反渗透）处理工艺。
预处理一般为絮凝沉淀和过滤工艺。主要去除废水中的SS，为后续双膜处理创造条件。双膜法作为循环排污水和化学水站排水的脱盐主体工艺已在石化、电厂、化工等领域得到广泛应用，技术比较成熟。但需要注意的是，反渗透膜作为一种高分子膜，应严格控制进水COD含量。经验数据表明：如COD浓度超过60mg／L长期运行，会积累某些难以冲洗的污垢，造成膜性能下降，影响正常运行。此外，也应严格控制BOD和氨氮浓度。BOD和氨氮浓度偏高容易造成微生物在膜上的滋生。根据运行经验，当含盐废水COD和氨氮的进水质量浓度超过80mg／L和15mg／L时，建议在预处理之前增加生化处理段，进一步去除氨氮和COD，为后续膜处理创造良好的条件。考虑BAF工艺适合处理微污染废水并能有效去除氨氮、铁、锰等污染物，生化处理可采用BAF工艺。
反渗透膜在水通量、脱盐率、脱除有机物和抗生物降解方面表现出极高的性能。一般，反渗透装置的系统脱盐率≥98%，水的回收率≥75%。由于煤化工含盐废水水质相对较差，反渗透系统水的回收率多在60%～65%之间，回收率取值过高将会大大降低反渗透膜的使用寿命，提高处理成本。反渗透系统还将产生35%左右的浓盐水。浓盐水的TDS浓度一般在10000mg／L左右，需进入浓盐水处理系统进一步处理。
结束语
从处理工艺上来讲，膜工艺应用于水处理技术中，具有极大的优势。与传统水处理相比，膜工艺的应用，能更有效地去除水中的无机物、有机物和各种微生物，极大地提高出水水质。膜的性质和膜工艺的应用也存在着一定的局限性，因此通常将膜工艺和传统工艺结合，或者把两种或两种以上的膜工艺结合起来，来解决膜在水处理中存在的问题。膜污染的问题更是阻碍膜技术推广应用的关键之一。但随着膜技术的不断发展，膜污染的问题将会进一步得到解决，从而膜的使用可靠性也会不断地提高。
参考文献
[1]庞金钊,李景义,王倩,杨宗政.纳滤膜在盐化工废水处理中的应用研究 [J].天津工业大学学报,2010年5期.
[2]平春霞,邢琳.纳滤膜处理炼油厂循环冷却水排水[J]. 化工环保, 2012年4期.
关键词：纳滤膜；化工废水；废水处理
中图分类号：X703献标识码： A
一、膜过滤技术与纳滤分离特点
膜过滤技术是一种高效、低能耗和易操作的液体分离技术,同传统的水处理方法相比具有处理效果好、可实现废水的循环利用和对有用物质回收等优点。膜技术一般包括微滤、超滤、纳滤和反渗透,其中纳滤(nanofiltration,NF)是目前国内外膜分离领域研究的热点之一。它是一种介于反渗透与超滤之间的一种压力驱动型膜分离技术,由于其自身独特的性能使它在许多领域具有其它膜技术无法替代的地位,在工业废水处理中得到了广泛的应用,并显示出了广阔的发展前景。
纳滤技术在化工废水处理方面有以下特点:①纳滤膜的孔径接近于1nm,截留相对分子量在150—1000之间,适宜于分离相对分子量在150以上、分子大小約为1nm的溶解组分。②操作压力低,一般在0.3—1.0MPa之间。由于操作压力较低,对设备要求较低。因此,基建费用和运行费用低,便于运行管理。③对物质的分离具有选择性。这一方面是由于其孔径范围较窄,另一方面是由于膜表面或膜材料中常带有荷电基团,这些基团通过静电作用可产生Donnan效应,从而实现不同价态离子的分离,故有时纳滤也被称为“选择性反渗透”(SelectiveRO)。大部分纳滤膜带有电荷,因此它可用于对有机物和无机物及带不同电荷的粒子的分离。④纳滤的分离原理主要基于筛分效应和电荷效应,在处理过程中不需添加化学试剂,也不引起二次污染。⑤可分离回收有用物质,实现工业废水的资源化和回用,进一步降低处理成本。
二、电镀废水的纳滤膜处理技术
电镀废水中存在多种致癌、致畸、致突变或剧毒物质，如重金属离子或氰化物等，对环境与人类危害极大，必须加以严格治理，人们开发了许多工艺和方法用于处理电镀废水，主要有：化学沉淀、吸附、生物、电解、离子交换和膜分离等．膜分离、离子交换或其结合工艺在电镀废水的处理应用中，通常可以实现在线回收，并且回用水的水质较高。然而，由于生产规模、镀件基材、镀层材料、电镀工艺、管理控制水平以及电镀场建设历史等诸多较为复杂的原因，许多现有电镀企业或电镀生产线上实行完全意义上的全循环(电镀金属和水)仍然是难以实现的。因此，研究开发适合于末端处理电镀废水的工艺技
术，最大程度地处理、回用水资源，实现废水的零排放或微量排放仍然具有实际意义。
交互平衡式膜分离--化学沉淀工艺(IBMS—CP)是将纳滤系统嵌入化学沉淀过程中，并使化学沉淀和膜过程交互循环并达到动态平衡的工艺过程(图1)如图1所示，
图1
在IBMS—CP工艺中，经化学沉淀处理的废水，经过多级沉降池去除沉淀后与含有重金属的废水在综合调节池中混合，再进入膜分离单元进行浓缩分离．视回用水质的要求，膜分离单元的透过液，或直接回用，或经进一步处理而回用。而浓缩液则回到化学沉淀单元进入下一个循环处理过程。一般此处的膜分离单元采用纳滤系统，其原因在于：纳滤可以较好地截留浓缩二价和高价重金属离子，同时使一价盐进入透过液，从而避免一价盐在IBMS—CP循环过程中的积累，由于纳滤膜对一价盐的透过率将随其浓度上升而增大，因此，在IBMS—CP工艺中，进入和透出IBMS—CP系统的一价盐将在其到达某浓度时自动达成动态平衡状态，从而使一价盐在表观上“穿过”IBMS—CP循环。同时，该过程的产水被“软化”，这是lBMS—CP工艺的特点，也是其能够运行的关键。另外，由于纳滤过程提高了多价离子的浓度并大幅减少了废水总量，因此将使化学沉淀设备的容量显著减小且反应沉淀过程更迅速、完全，IBMS-CP工艺是一个使得化学沉淀和膜过程有机结合且相互促进、强化的过程。
三、膜分离技术在石油化工废水处理方面的应用
石油工业废水主要包括石油开采和炼制过程中产生的含各种无机盐和有机物的废水，其成分复杂，处理难度大，一般方法难以取得理想的处理效果。膜技术可有效处理废水及回收有用物质。含酚的石油工业废水毒性很大，必须脱除后才能排放，若采用纳滤技术，不仅酚的脱除率可达95%以上，且在较低压力下就能高效地将废水中的镍、汞等重金属高价离子脱除，其费用比反渗透等方法低得多。Ohya等成功地制备出一种聚酰亚胺纳滤膜，该纳滤膜具有高通量并耐高压、高温及耐有机溶剂的特点，截留相对分子质量为170～400，能有效地分离汽油和煤油。张裕卿等研制出聚砜-A10，复合膜超滤技术，并用该复合膜对华北油田北大站外排水砂滤后水样进行了超滤处理，原水油的质量浓度为640mg／L，处理后油质量浓度小于0.5mg／L，完全符合回注水的要求，截留率皆在99%以上，复合膜运行一定时间后，清洗后水通量恢复率较高。李发永等在国内最早采用膜技术处理采油污水，先用外管式聚砜(Ps)超滤膜处理采油污水；然后采用磺化聚砜(SPS)平板式和外管式超滤膜再次处理含油污水，结果表明SPS膜通量随磺化度的增加而提高，且优于Ps膜，透过液基本达到国家排放标准及低渗透油田注水标准。
四、含盐煤化工废水处理
目前，煤化工行业含盐废水处理工艺路线多采用（预处理+双膜法）两段式（即超滤-反渗透）处理工艺。
预处理一般为絮凝沉淀和过滤工艺。主要去除废水中的SS，为后续双膜处理创造条件。双膜法作为循环排污水和化学水站排水的脱盐主体工艺已在石化、电厂、化工等领域得到广泛应用，技术比较成熟。但需要注意的是，反渗透膜作为一种高分子膜，应严格控制进水COD含量。经验数据表明：如COD浓度超过60mg／L长期运行，会积累某些难以冲洗的污垢，造成膜性能下降，影响正常运行。此外，也应严格控制BOD和氨氮浓度。BOD和氨氮浓度偏高容易造成微生物在膜上的滋生。根据运行经验，当含盐废水COD和氨氮的进水质量浓度超过80mg／L和15mg／L时，建议在预处理之前增加生化处理段，进一步去除氨氮和COD，为后续膜处理创造良好的条件。考虑BAF工艺适合处理微污染废水并能有效去除氨氮、铁、锰等污染物，生化处理可采用BAF工艺。
反渗透膜在水通量、脱盐率、脱除有机物和抗生物降解方面表现出极高的性能。一般，反渗透装置的系统脱盐率≥98%，水的回收率≥75%。由于煤化工含盐废水水质相对较差，反渗透系统水的回收率多在60%～65%之间，回收率取值过高将会大大降低反渗透膜的使用寿命，提高处理成本。反渗透系统还将产生35%左右的浓盐水。浓盐水的TDS浓度一般在10000mg／L左右，需进入浓盐水处理系统进一步处理。
结束语
从处理工艺上来讲，膜工艺应用于水处理技术中，具有极大的优势。与传统水处理相比，膜工艺的应用，能更有效地去除水中的无机物、有机物和各种微生物，极大地提高出水水质。膜的性质和膜工艺的应用也存在着一定的局限性，因此通常将膜工艺和传统工艺结合，或者把两种或两种以上的膜工艺结合起来，来解决膜在水处理中存在的问题。膜污染的问题更是阻碍膜技术推广应用的关键之一。但随着膜技术的不断发展，膜污染的问题将会进一步得到解决，从而膜的使用可靠性也会不断地提高。
参考文献
[1]庞金钊,李景义,王倩,杨宗政.纳滤膜在盐化工废水处理中的应用研究 [J].天津工业大学学报,2010年5期.
[2]平春霞,邢琳.纳滤膜处理炼油厂循环冷却水排水[J]. 化工环保, 2012年4期.