集成膜分離技術在精細化工產品廢水處理中的應用
一、集成膜分離技術介紹
膜技術是利用分離膜對混合物中各組分的選擇滲透性能的差異等來實現分離、提純和濃縮的一種分離技術。根據膜上分布的孔徑大小范圍(或推動壓力差)等，膜分離技術通常可分微濾法(MF)、超濾法(UF)、納濾(NF)、反滲透法(RO)、電滲析法(ED)、滲透蒸發法(PV)、氣體分離(GS)等。
各種膜過程有其各自的特點、應用范圍和一定的局限性。要更好地符合可持續發展的要求，則要保證過程為清潔生產，資源合理而充分利用，節能和技術先進，這樣在許多情況下，應優先考慮集成膜過程 ，利用集成的協同作用，達到優化、高效、低成本、低能耗及無污染或少污染的要求。集成膜技術是由微濾、超濾、納濾、反滲透、電滲析和滲透蒸發法等單元操作中某兩個或兩個以上操作單元集成的優化組合。可充分地發揮各種膜過程的優勢。針對具體的廢水水質情況和回用要求，集成膜技術提供不同的優化組合來實現不同的目標。
集成膜系統是應用集成膜技術開發出來，優化組合微濾、超濾、納濾、反滲透、電滲析和滲透蒸發法等單元操作，應用在生產中的不同環節。是濃縮、大孔樹脂吸附、活性炭吸附和卻結晶等傳統工藝的有效替代和補充。與傳統分離方法相比，膜技術具有成本低、能耗少、效率高、無污染并可回收有用物質，特別適合于熱敏性組分、生物物質組分等混合物的分離。尤其是在處理低濃度、低含鹽量的溶液時其優勢更明顯。
二、精細化工產品廢水的特點
精細化工產品（染料、農藥、醫藥、香料、化工中間體、食品添加劑、涂料等），盡管化學結構不同，但分子量大都在200~100000之間。超濾和納濾所截留的分子量范圍分別為2000~100000和100~2000，因而可以利用膜元件的選擇透過性來處理精細化工產品生產過程中的廢水。
精細化工行業生產廢水大都具有以下特點：廢水中含有有用物質以及高濃度雜質難以除去，高色度廢水難以脫色，高COD難以降低，高酸堿度難以中和。
三、利用膜分離技術處理生產廢水
3.1 回收廢水中有用物質，資源化利用
精細化工產品每噸耗水量都較大，如分散染料每噸耗水40~80噸，活性染料每噸耗水20~60噸，農藥每噸耗水5~10噸。隨之產生大量廢水中的溶解的染料、農藥等有用物質，如果隨廢水一起處理達標排放不僅增大了處理難度也浪費了寶貴的資源。下面以利用膜法回收某農藥結晶后母液和沖洗水中有效物質為例，介紹集成膜技術在回收廢水中有用物質中的應用。
某有機磷農藥分子量約為200，其母液和沖洗水混合后質量百分含量約為1~2%，廢水中還含有其他反應過程中的副產物。傳統工藝將其蒸發后濃縮到10%出售水劑。蒸發工藝的能耗高，在蒸發的過程中產生的廢氣易造成環境污染，且在高溫下有效成分易分解。
山東某農藥公司現改用集成膜技術處理結晶母液，經多級膜濃縮后濃度可以達到10.5%；能耗由原來的每噸水140元降到20元以下；系統全封閉運行，不會對環境造成污染；系統在常溫下運行，有效解決了蒸發工藝過程中有效物質易分解的問題。
1、低濃度農藥母液濃度為1~2%，經預處理后，達到膜的進水要求后，進入一級膜處理系統（超濾UF）過濾除去溶液中的大分子雜質。
2、經澄清后的溶液進入二級膜系統（納濾NF）處理后分成兩股，，濃側溶液濃度達到7%，淡側溶液濃度約為0.5%。
3、二級濃縮液進入三級膜系統處理后分成兩股，濃側溶液溶液濃度達到10%，即為成品，淡側溶液濃度約為0.7%。
4、二級和三級的淡側溶液混合后進入三級膜系統處理后分成兩股，濃側溶液溶液濃度達到2%，返回二級膜系統進口回收，淡側溶液濃度小于0.1%，直接排放至污水站或回用。
3.2 染料脫鹽濃縮，提高純度濃度
在一些固體染料的生產過程中，合成染料從水溶液中的分離通常是經過鹽析和壓濾工序來實現的。該過程存在著如下弊端：
1、由于鹽析過程帶入的鹽分使染料的純度降低，從而降低了染料在染色,過程的溶解性能，影響著色，同時耗費大量的鹽；
2、壓濾過程會造成主體染料的流失，損失率大于 5 %，這將使生產廠蒙受很大的經濟損失；
3、兩個過程為間歇操作，勞動強度高，耗時多。
集成膜系統用于染料脫鹽和濃縮有以下特點：
1、分離過程中能夠截留中低分子質量的有機物，同時可部分透過一價、二價鹽，可以集染料脫鹽與濃縮為一體；
2、操作壓力低 ，可節約動力；
3、某些性能優良的膜元件有良好的耐熱性能，耐酸堿性能，在溶液中有較好的穩定性。用集成膜系統來進行水溶性染料的脫鹽和濃縮已顯示出較好的應用前景。它可以代替傳統的鹽析、壓濾工序，使單元操作數減少，工人的勞動強度降低。
3.3 膜生物反應器處理制藥綜合污水，達標排放
制藥廢水可分為生物制藥廢水和化學制藥廢水，而生物制藥廢水有可以分為發酵工程制藥廢水、細胞工程制藥廢水、酶工程制藥廢水以及基因工程制藥廢水。制藥廢水中的COD濃度高，毒性大，含鹽濃度高，色度大，并且制藥廢水種類繁多。長期的實踐經驗表明，采用生物處理技術消除有機污染物是最為經濟的方式,而膜生物反應器結合了生物反應器和膜分離的優點，在處理制藥廢水上將帶來新的突破。
用膜生物反應器處理制藥廢水，由于膜的隔離作用，使得生長速度很慢的硝化細菌得以在反應器中積累，且隨著MLSS濃度的逐漸增加，硝化細菌的數量將不斷增加，從而增強反應器中的硝化能力，去除水中的污染物質。
江蘇某藥廠用一體式膜生物反應器處理抗生素廢水，膜的截留作用使反應器活性污泥的質量濃度達15g/L，在進水COD濃度為2500-4000mg/L的情況下，COD去除率達到86%。浙江某公司采用厭氧-膜生物反應器工藝對醫藥產物廢水處理設施進行了改造，當原水COD濃度為7000-51550mg/L，PH為4-13時，厭氧池去除效率保持在50%左右，膜生物反應器處理效率保持在80%以上，COD等指標可以達到排放標準。充分說明了膜生物反應器卓越的處理高濃度有機廢水的性能，但由于膜污染和膜壽命的制約影響了膜生物反應器的發展。膜生物反應器要在廢水處理領域取得突破性的進展，必須通過膜材料的選取、膜清洗技術的提高來提高膜的抗污染性能和延長膜的壽命。
集成膜技術深度處理綜合污水再利用主要包括“超濾膜+反滲透膜”的雙膜法工藝流程。超濾是以壓力為驅動的膜分離過程，它能夠將顆粒物質從流體及溶解組份中分離出來。超濾膜的典型孔徑在0.01～0.1微米之間，對于細菌和大多數病菌、膠體、淤泥等具有極高的去除率。應用在印染廢水的再處理流程中，超濾膜除對有機物及色度有一定的去除作用外，最主要的作用是去除可能污堵反滲透膜的膠體、細菌、病毒等雜質，延長反滲透膜的清洗周期和壽命，降低總體運行成本；反滲透膜可去除98％的鹽離子，完全去除硬度、同時對COD、色度也具有極高的去除作用，從而確保回用水水質。
采用膜法工藝進行廢水再利用的目的是：將全部或部分排放廢水經過集成膜技術深度處理后回用，除較經濟地滿足企業自身用水的產能要求外，其余廢水及回用裝置排水合并外排，以控制外排水量，在不影響企業產能的前提下同時達到政府環保部門的要求。避免企業因為水的問題產能受到限制。
具體處理工藝流程如下：
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絮凝劑、助凝劑 還原劑、阻垢劑 ↓ ↓ 印染廢水中水——→多介質過濾器——→超濾裝置——→RO裝置——→產水
表1 膜法印染廢水閉路循環工藝與常規生化處理工藝比較
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四、未來展望
集成膜分離技術的研究將集中在：
1、膜污染機理的研究和預防 ,保持膜通量的基礎上降低運行和維護成本
2、新型膜材料的研究和開發
3、自動化程度的進一步提高等。集成膜分離技術在精細化工產品生產廢水處理中將具有更廣闊的應用范圍：
(1)物料回收、精制
低濃度有機物（分子量在200~100000）、無機鹽溶液的濃縮、分離和純化
(2)污水處理
含鹽量較高、COD較高的綜合廢水處理，以及深度回用
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