如何应用超滤膜处理含油废水问题：机遇和挑战

几乎每个制造业和服务性行业都会产生大量的废水，而日益严格的污染控制为膜技术在废水处理领域提供了巨大的机遇和广阔的市场。

（一）电泳涂漆回收

汽车车体、家用电器等金属表面的电泳涂漆是金属表面工业着漆技术的重要突破，而电泳涂漆超滤回收技术的大规模应用则奠定了超滤膜技术产业化的基础。

20世纪60年代初，阳极电泳漆获得工业应用。此后，由于阴极电泳漆漆膜优异的耐腐蚀性能，逐渐取代阳极电泳漆。目前，美国95%以上的金属着漆采用阴极电泳涂漆。阴极电泳过程中，胺基树脂在增溶剂（如乙酸、乳酸等）存在下，胺基转化成对应盐从而使树脂溶解，并在阴极发生如下反应：

最后生成的不溶性R3N沉积在金属表面。工件自电泳槽取出后，其表面沾带着相当量的未黏附的漆料，须在进入烘干定型工序前将其洗去。而漂洗液不能直接返回电泳槽，以防破坏电泳漆乳液稳定性，采用超滤膜分离技术用于电泳漆的回收，不仅可以减少漆的损失和回用废水，保护环境、节约资源，同时可以通过渗透液的回用调节和控制漆液的组成，保证电泳涂漆过程的正常运行。

图5-12为超滤处理电泳漆漂洗废水流程，超滤器直接对电泳槽漆料操作，以产生足够的透过液供漂洗，截留液循环返回电泳漆浴。透过液流过与漂洗液逆向的密闭回路。最初漂洗用漂洗下的稀漆液，随后大量的漂洗用超滤透过液，如需要，最终用去离子水漂洗。少量透过液（不足总透过液量的10%）周期排放，以排除杂质，保持合适的槽内电泳漆浴组成。操作中，漆液连续加入电泳槽，补足电泳过程消耗的树脂和颜料。为避免破坏漆液的化学平衡，超滤过程须在低回收率下操作，透过液与进料液比例一般小于0.09，则漆液固含量增加不超过1%。

图5-12　超滤处理电泳漆漂洗废水流程图

电泳涂漆回收用的超滤装置应满足如下要求：

①截留最小漆料粒子（约0.01μm），透过水、金属离子和溶剂。为此，一般选用截留相对分子质量在50000～100000的超滤膜。

②优良的抗污染性能。亲水、与电泳漆带有相同电荷的超滤膜抗电泳漆污染性好。

③便于清洗。由于中空纤维组件采用简单的循环反洗法就可实现清洁，兼之中空纤维膜组件的泵动力消耗低，膜表面剪切速度高，所以国际上电泳漆的回收多采用中空纤维超滤膜组件。

（二）含油废水处理

含油废水是主要的水污染源之一，主要来自于钢铁、机械、石油精制和油的使用过程中。含油废水又可分为三类：浮油、分散油和乳化油。前两种比较容易处理，经过机械分离、凝聚沉淀、活性炭吸附等处理后，油分可降至10mg/L以下。而乳化油含有表面活性剂，油分以微米级大小的粒子存在于水中，重力分离和粗粒化法去除都比较困难。惯用的方法是加入破乳剂，然后空气浮选、离心分离或电解。但这又带来新的污染源和其他后处理问题。超滤膜过程是处理含油废水的有效手段，透过液无需附加处理就可直接排放，浓缩液仅为初始量的3%～5%，处置方便。

应用于含油废水处理的超滤膜应符合下述要求：

①具有亲水性，以减少膜污染。

②超滤膜的截留相对分子质量以50000～200000为宜（乳化油废水的油滴尺寸为0.03～0.5μm）。

③膜应满足相应的pH、温度和耐溶剂等要求。(www.xing528.com)

目前，超滤已经广泛应用于含油废水处理过程，全世界已有3000多个超滤膜装置用于含油废水的油水分离过程。

（三）纺织工业废水处理

纺织工业废水量大，COD含量高，而且还含有多种无机盐、悬浮固体、有色物和表面活性剂等。传统的处理方法主要有凝聚沉淀法和活性污泥法。前者要消耗大量化学试剂，同时产生大量污泥；后者对高浓度的有机物纺织废水处理，并不能使有机物完全分解，效果欠佳。20世纪70年代，膜技术开始用于纺织工业废水处理，如图5-13所示。膜技术在纺织工业废水处理中的应用，包括从退浆废水中回收聚乙烯醇（PVA），从染色废水中除去染料并加以利用，从洗毛废水中回收羊毛脂等。

图5-13　膜分离技术在纺织工业废水处理中的主要应用

随着纺织工业的发展，PVA浆料的需要量与日俱增，为了减少原材料的浪费和对环境的污染，从退浆废水中回收PVA是很有意义的。用超滤法回收PVA，设备简单、操作方便，国外已开始用于工业生产，我国也开展了这方面的研究。用超滤法回收PVA的工艺流程如图5-14所示。使用螺旋式组件的三级连续超滤过程使PVA的回收率可达96%～98%。

图5-14　超滤法从退浆废水中回收PVA流程图

（四）制浆造纸工业废水处理

在造纸工业中，每生产1t纸浆需100～400m3的水，其中80%是用作洗净和漂白过程，由于造纸原料和工艺的不同，造纸废水的成分相差也较大。因此造纸废水的处理，至今尚属一大难题。用膜法处理造纸废水，既可以对废水中某些有用成分进行浓缩、回收，而透过水又可以重新返回工艺中使用，不但大大减轻了环境污染，而且降低了成本。

超滤技术用于某些造纸废水的预浓缩和循环，主要在以下四个方面应用：

①硫酸盐纸浆漂白废水脱色。

②稀亚硫酸盐纸浆废液（SSL）的浓缩，回收木质素磺酸盐和糖类。

③自硫酸盐纸浆黑液中回收木质素。

④浓缩涂料废水回收色料。

其中SSL浓缩回收木质素磺酸盐是造纸废水处理较成功的领域，已经进入大型工业应用阶段。SSL中含有多种有价值的成分，其含量几乎是原料木材中含量的一半，其固体组分约60%是高相对分子质量的木质素磺酸盐，30%是还原糖，如甘露醇、半乳糖和木糖。利用超滤技术可将SSL中固体总浓度从8%～10%提高到22%左右，这将显著地降低蒸发器的负荷。通过洗滤过程可将其中木质素磺酸盐的纯度从80%提高到95%左右。含木质素磺酸盐的浓缩液可用于生产香草醛、洗涤剂、黏合剂等。超滤的透过液中主要含相对分子质量较低的木质素磺酸盐、糖和无机盐，可好氧发酵生产饲料蛋白或厌氧发酵生产乙醇。图5-15给出了典型的超滤法处理亚硫酸纸浆废水工艺流程。

图5-15　超滤法处理亚硫酸纸浆废水工艺流程图