冷凝水除铁锰过滤器组合中空纤维膜污水处理方法研究

来源: 北京莱金源水处理*有限公司

　　1 中空纤维膜污水处理膜材料研究现状

　　1.1 单组分中空纤维膜

　　1.1.1 聚丙烯腈中空纤维膜 聚丙烯腈(PAN)中空纤维膜具有良好的化学稳定性、耐热性以及耐霉菌性，亲水化膜的水通量较高，可广泛应用于污水的初*净化。日本东丽株式会社采用相对分子质量为 20万的 PAN作为膜材料，成功用于净水处理。

　　1.1.2 聚丙烯中空纤维膜 对含有氨氮的污水，雷小佳提出使用聚丙烯中空纤维膜对含氨氮废水分离，主要讨论间歇、连续操作条件下处理含氨氮废水的各项影响因素，考察不同处理时间、不同废水通入量对处理结果的影响。在间歇操作条件下，当原料液 pH达到 1 以上时，脱除率可达到 93%，但是研究的目的为了实际用于污水处理，间歇操作不符合实际的应用模式，污水的去除效果会降低。

　　1.1.3 聚砜中空纤维膜 聚砜中空纤维膜具有强度高，耐腐蚀性好的特点。将铁矿石泥经化学处理后浸渍在聚砜(PS)中空纤维膜中，用于砷污染废水处理。由于金属氢氧化物/羟基氧化物在膜表面沉积，能观察到处理过的粘液中砷去除能力的提高。也进*步证实 PS中空纤维膜适合作为膜基质。

　　1.2 共混膜

　　使用聚偏氟乙烯(PVDF)/聚氯乙烯，聚合物质量分数为 18%，溶剂为二甲基乙酰胺、添加剂为 PVP的情况下，获得了性能优良的中空纤维膜。中空纤维膜具有良好的废水分离性能，对进水 COD 为 20 ～200mg/L、NH+N 为4mg/L的麻生物脱胶废水进行处理，经检验出水水质可以达到*废水综合二*排放标准。该体系性能可加入非反应型的增溶剂来增加共混体系的相容性，以获得共混性能更加优良的中空纤维膜。

　　1.3 复合膜

　　CrockCA等制备了由聚砜、N甲基吡咯烷酮、聚乙二醇(、剥离石墨纳米片(xGnPs)及金属 Pd或双金属 PdAu纳米催化剂的浇铸混合物制成中空纤维纳米复合膜。研究表明，填充有 xGnPs负载的催化剂中空纤维膜，允许三氯乙烯(TCE)在流通状态下进行高通量脱卤。这项研究在早期的概念证明及测试工作中就证实了由中空纤维膜催化去除 TCE的可行性。

　　2 中空纤维膜污水处理方法研究现状

　　2.1 膜生物反应器

　　利用膜分离和生物污水处理*相结合的新水处理方法，设计了以中空纤维膜为核心的膜曝气生物膜反应器(MABR)*。研究现状表明，目前尚没有匹配度特别高的中空纤维膜，MABR的应用受到限制。基于此，采用 0.6g/L左旋多巴胺浸泡液改性，把聚偏氟乙烯多孔中空纤维膜作为基膜，制备了含有聚合物层的新型复合膜。改性后单位膜面积的 COD处理能力是改性前的 8倍，证明了这种改性后的中空纤维膜在 MABR中具有很好的应用前景。

　　将中空纤维膜生物反应器(MBR)与微生物燃料电池(MFC)结合在*起，开发了 MFCMBR新系统。该系统在降解废水的过程中，不仅能实现 MFC的回收利用和低能耗，同时还能减轻 MBR膜的污染程度。在该系统中，在 50Ω 的外部电阻下实现了2.18W/m3的*大功率密度和 0.15V的平均电压输出。MFCMBR中的 COD，氨氮(NH +N)和总氮(TN)的去除效率分别提高了4.4%，1.2% 和10.3%。值得注意的是，除了通过电场力减少膜表面污泥的沉积外，MFCMBR还通过污泥改性减轻了膜污染。

　　萃取膜生物反应器(EMBR)是将萃取膜和生物降解*相结合而形成的*种新型废水处理工艺。该工艺在处理含有苯酚的有机废水方面有较好的应用潜能。文献中，通过在聚醚酰亚胺(PEI)中空纤维基材上涂覆*层聚二甲基硅氧烷(PDMS)来制备具有不同水平的 PDMS中空纤维膜。通过表征，发现苯酚的总传质系数(k0)受复合膜中 PDMS水平的显*影响，是因为 PDMS渗透到多孔基材中导致更密集的膜结构，从而增加膜电阻。

　　将中空纤维超滤膜整合到管状 MFC中开发的膜生物电化学反应器，其目的为增加流出通量。将 MBER分别对乙酸盐溶液和生活废水进行处理。MBER从乙酸溶液中去除了化学需氧量(COD)的 43% ～58%，达到 30% ～36% 的库仑效率。在处理废水时，MBER能够保持近 90%的 COD去除率，出水浊度 <1NTU。这种电化学反应器与中空纤维膜组合的方式，能够有效去除 COD。

　　2.2 膜蒸馏*

　　目前备受关注和研究较多的是膜蒸馏过程，涉及海水淡化及反渗透浓水的利用*。

　　利用新型高通量 PVDF中空纤维疏水膜，对石化企业废水经 RO处理的浓排水进行 VMD处理，考察 PVDF膜的稳定性。VMD过程中 PVDF膜的产水通量随原水温度和冷侧真空度提高而明显上升。

　　2.3 纳滤*

　　通过纳滤(NF)中空纤维膜从电镀废水中去除重金属。在这项研究中，使用 NF中空纤维膜去除实际电镀废水中的重金属。研究了操作压力，进料温度和进料 pH对电镀废水处理膜性能的影响。铬、铜和镍离子的排除率分别达到了 95.76%，95.3%和 94.9%，操作压力为 0.4MPa。随着处理温度的升高，渗透通量增加，而重金属的去除率则没有明显变化。

　　纺织工业是*个产生大量废水的耗水行业。纺织工业产生的废水通常含有废纤维染料、悬浮固体、矿物油、电解质和表面活性剂等污染物，因此必须在处置或再利用之前进行妥善处理。OngY K等进行了系统的研究，以评估新开发的聚酰胺酰亚胺中空纤维纳滤膜在各种操作条件下的性能，如进料温度(即 25，40，50，70℃)，溶质浓度(即10，50，100mg/L)和 pH(即3，7，10)。结果表明，NF膜在大多数测试条件下对各种染料具有令人满意的效果(平均 >90%)。此外，有超过 80% 的 NaCl和90%的 Na2SO4透过膜。

　　2.4 超滤/微滤*

　　国内的超滤/微滤膜性价比较高，应用于中低端净水，国外的超滤微滤*比较发达多集中在高端领域。但是，国内外的超滤/微滤*都将依托 UF/MF膜来净化水。

　　将粉末状活性炭(PAC)预涂微滤(MF)中空纤维混合膜表面，可形成*种用于处理生活污水的方法。粉状活性炭(PAC)长期以来*直用于膜过程中，将废水中的污染物去除。然而，膜污染仍然是关注的主要问题，特别是在使用多孔膜时。实验结果表明，将 PAC预涂在膜表面，能够有效抑制膜的污染程度和渗透通量的下降。

　　2.5 工艺复合

　发现高能耗和膜污染是限制纳滤*在纺织染色废水处理中广泛应用的两大障碍。因而，将上述工艺进行复合可预期达到弥补各项工艺不足和提高膜处理能力的效果。当采用定制二乙醇胺(DEA)改性的聚酰胺复合中空纤维膜处理废水中的染料分子时，发现 DEA分子的共价连接使得膜表面具有较强的亲水性和较低的负电量，同时又不影响活性层的形态结构和致密性能。

　　3 展望

　　本文通过从不同中空纤维膜的膜材料(单组分膜、共混膜、复合膜)和处理方法(膜生物反应器、膜蒸馏、微滤、微滤/超滤、工艺复合)等进行研究和阐述，发现目前以复合膜为膜材料、膜生物反应器为方法是目前中空纤维膜处理污水的热点方向，并且污水处理效果也*为明显。

　　中空纤维膜在污水处理方面的研究可以从以下方面开展，通过对大量文献的调研，可以选择具有高选择性，高通量的中空纤维复合膜材料;就膜生物反应器在当今污水处理方面取得的成果，我们可以采用系统组合工艺等处理污水;通过表面改性膜材料提高污水的处理效果;*后，可以通过控制中空纤维膜工艺操作的影响因素，研究膜的处理机制来提高污水处理效果。