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  膜蒸馏技术的研究始于20世纪60年代,由MEFindley提出,但当时由于受到技术条件的限制,效率不高。20世纪80年代初由于高分子材料和制膜工艺的迅速发展,膜蒸馏显示出其实用潜力。近20年来对这一新型膜分离过程的研究不断深入,无论在传质、传热机理方面,还是在应用方面的研究都取得了巨大的进步。

膜蒸馏技术处理甲醛废水以及石化废水


  膜蒸馏作为物理与化学过程相结合的新型分离技术,是利用疏水微孔(膜)将两种不同温度的溶液分开,温度较高时溶液中易挥发物质呈气态透过膜进入另一侧,然后冷凝分离。由于能在常压低温操作,可利用废热,适于小规模淡化和浓缩等一系列优点,常被用于海水淡化、超纯水制备、非挥发性物质水溶液的浓缩和结晶,挥发性物质水溶液的浓缩和分离 等方面。在进行污水处理的同时,达到治理及资源回收的综合效果。

  (1)通过中空纤维膜蒸馏技术处理含甲醇工业废水的实验研究,证明聚偏氟乙烯中空纤维膜具有较好的稳定性和渗透性能。膜蒸馏过程中,甲醇通量与料液温度、料液相甲醇浓度、料液相流量、膜两侧温差以及吸收液的流量成正比。在料液中甲醇浓度为10mg/ml,料液温度为45~C,载液温度为20~C,两侧流速为l1.5ml/min的条件下,甲醇膜通量约为0.45x10-3kg/m2*h。

  (2)对于浓度高达10mg/l 的甲醇废水溶液经处理后可降至0.03mg/1以下,可直接排人江河湖泊中,或作农业灌溉水。

  (3)该法处理甲醇废水流程简单,只要根据甲醇含量的不同选择不同的参数。此法易于控制和管理,可实现废水不废,化害为利的目的,经济意义甚为显着。

  MD在石化废水处理领域的应用 进展石化废水排放量大、成分复杂,对环境的危害相当严重。开发新型废水治理和回用技术,解决现存废水的治理难题,是环保技术的发展方向。近年来,MD在石化废水处理方面展示了广阔的应用前 景,目前的应用主要集中在以下几方面。

  1高盐度废水的处理

  1.1 RO浓水的处理

  目前RO的实际产水率不足70%,30%多的浓 盐水直接排放,不仅加重了环境污染,而且还浪费 了大量水资源。为降低RO的浓水排放量,国内外 科研人员进行了大量研究,效果都不理想。近年 来,MD在RO浓水回用领域得到极大关注。王军 等在内蒙古达拉特旗火电厂完成了MD的中试 研究,取得显着效果。采用MD对火电厂的RO浓 水进行处理,当控制膜热侧RO浓水的pH为5、浓 缩倍数为10倍、连续180h的运行中,膜通量始终 保持在8L/(m2·h)左右,出水电导率稳定在 3μS/cm左右。这表明,采用MD处理RO浓水在 技术上是可行的,通过构建RO /MD集成系统,不仅 可大幅度降低RO的浓水量,同时还显着提高了水 资源利用率,具有较好的环境和经济效益。

  1.2油田高盐废水的处理

  目前,我国油田废水的排放量较大,废水温度 和含盐量一般较高。采用MD进行油田废水脱盐, 基本无需额外加热即可满足工艺要求,有效利用了 废水余热,达到节能降耗的目的。王车礼等开展 了VMD处理江苏油田高盐废水的实验室研究。实 验结果表明,VMD淡化油田废水的膜通量随膜下 游真空度的增加而增大,当真空度超过某一临界值 后,膜通量会急剧增加。当废水含盐量大于220g/L 时,产水电导率明显增加,各次实验的脱盐率均高 于99%。

  1.3循环水排污水的处理

  我国石化企业的循环冷却水量约占石化总用 水量的70%~80%。冷却水在循环使用过程中,水 质不断劣化,致使设备结垢或腐蚀。为了防止结 垢,目前的方法是向循环水中加入大量缓蚀剂、阻垢剂等化学药剂,不能从根本上解决盐与有机物浓 缩引起的各种问题,并且投加各种药剂的处理费用 高,容易产生新的污染。采用MD处理循环水排污水,可有效提高浓缩倍数,降低循环水的新鲜水用 量,减少污水排放。2005年国内就有了相关专 利。和RO等方法相比,采用MD可减少甚至取 消缓蚀剂、阻垢剂的使用,彻底改变现有工业循环 冷却水的运行及处理方式。此外,还可回收工业余 热,实现水资源和能源的高效利用。

  1.4环氧树脂行业废水的处理

  环氧树脂废水难于处理,目前多数己建成的二 级生化处理装置闲置或处理不达标。环氧树脂行 业基本上没有开展废水回用,水资源浪费严重。李 盛姬等根据清污分流的原则,将环氧树脂生产过 程中的洗涤废水采用生化处理后达标排放,对高盐 度的母液采用MD—蒸发—结晶集成技术进行实验 室研究,回收的氯化钠达到国家日晒盐的标准,MD 与蒸发出来的水回用于洗涤水。解决了传统生化 方法的难题,利用蒸发过程的蒸汽冷凝水余热或环 氧树脂生产过程的废热作为MD热源,节省了能 耗,回收了氯化钠,不但降低污染程度,又有一定的 经济效益。

  2含挥发性有机物废水的处理

  2.1含氰废水的处理

  氰化物毒性极强,含氰废水必须经过达标处理 后才能排放。采用传统方法(如焚烧法、氯碱法、臭 氧法、生物法等)处理含氰废水,氰化物通常会被分 解破坏,有的且造成二次污染(如焚烧过程中产生 大量二氧化碳和氮氧化物,生物处理将氰化物转化 为二氧化碳、氨或甲酸、甲酰胺等)。为了解决传统 方法的缺点,一种比较新颖的处理方法———化学吸 收膜蒸馏(也称膜吸收),受到极大关注。柴晓利 等以NaOH溶液为吸收液,利用化学吸收膜蒸馏 进行含氰废水的实验室研究,对氰化物进行了回收 利用,且不造成二次污染,能耗低,投资少,易于工 业化。 3.2.2含酚废水的处理 张凤君等采用化学吸收膜蒸馏进行含酚废 水的实验室研究,以NaOH溶液为吸收液,45℃、 pH≈0时,经处理苯酚质量浓度由5 000μg/mL降 至50μg/mL以下,苯酚的去除率达95%以上。秦 操采用VMD处理含酚废水,在较低进料浓度、 pH=12、50~60℃、进料流量60L/h、冷侧压力 · 5.33kPa时,膜通量超过30kg/(m2·h),离子截留 率和苯酚去除率均在90%以上。

  3.2.3丙烯腈废水的处理

  沈志松等开展了VMD分离净化丙烯腈废 水的实验室研究,取得满意结果。他们将冷凝液经 过二次MD浓缩,在冷侧进行分步冷凝,先用温度 较高的冷却水冷凝分离掉气相中的水,然后用冷冻 盐水冷凝回收丙烯腈。在实验室研究基础上,又进 行了中试研究,虽然中试的效果与实验室有所差 距,但通过中试取得了许多经验和数据。实验结果 表明,VMD处理丙烯腈废水技术上是可行的,丙烯 腈的去除率达99%,最低出水质量浓度在5mg/L 以下,达到排放要求。

  2.4低碳醇废水的处理

  MD也可用于回收废液中的低碳醇类,目前尚 处于实验室研究阶段。马玖彤等采用MD进行 甲醇废水的实验室研究,10.00g/L的甲醇溶液经 处理后可降至0.03g/L以下,达到国家排放标准。 Lee等在实验室用SGMD分离异丙醇-水溶液, 以N2作为吹扫气体,将异丙醇的质量分数从3%提 高到10%,异丙醇最大分离系数为10~25。

  2.5脱除回收废水中的氨

  近年来,控制或去除废水中的氨氮是环境领域 的研究热点之一。膜分离技术的发展,为氨氮废水 的处理提供了新的思路。唐建军等采用化学 吸收膜蒸馏进行了脱除水溶液中氨的实验室研究, 结果表明,化学吸收膜蒸馏可脱除水溶液中的氨。 郝卓莉等采用化学吸收膜蒸馏在实验室中处理 焦化厂剩余氨水中的氨氮及挥发性酚,取得良好效 果,氨的去除率高达99.7%,回收率99.5%,能源 费用仅为蒸馏法的4.36%。尽管化学吸收膜蒸馏 处理氨氮废水的研究取得了一些成果,但这方面的 研究报道还较少,一些问题还有待深入认识。