無機陶瓷膜在水處理中的初步應用
行業(yè)動態(tài)
無機陶瓷膜作為一種新型的膜材料，與傳統(tǒng)的高聚物膜相比，具有耐高溫，化學穩(wěn)定，耐酸堿腐蝕，機械強度高，結構穩(wěn)定和易再生等優(yōu)點，被廣泛應用于食品和生物制品的過濾、提純及電解液的過濾、氣體除塵等各個領域。特別是在20世紀80年代后期，陶瓷膜在水處理領域的研究取得了突破性進展，其日益顯示出的獨特技術優(yōu)勢和廣闊的前景，正成為國內外競相研究開發(fā)的熱點之一。
1 無機陶瓷膜在水處理中的應用
1.1 給水處理中的應用
微孔無機陶瓷膜分離技術在給水處理中的應用始于20世紀80年代，特別是在歐洲一些 ，如法國、意大利等國在這些方面的實踐工作更是走在 的 。用微孔陶瓷膜進行給水處理的優(yōu)點是能夠保證更好喝更可靠的水質，不用化學物質，特別適合于高附加值產品。用0.2μm陶瓷微濾膜過濾處理地下巖溶水所得的幾個性質指標與未經處理巖溶水的比較如表1所示。
表1：未處理巖溶水與處理水的性質指標比較
性質指標 | 未處理巖溶水 | 處理水 |
濁度（NTC） | 100～120 | 0.10～0.25 |
有機物含量/(mg/L) | 6.5～7.3 | 0.5 |
鋁/(ug/L) | 2700 | 15 |
鐵/(ug/L) | 3000 | 40 |
細菌（20～70℃） | ＞1000 | 0 |
從表1中可以看出，陶瓷膜不僅能顯著降低水的濁度（NTU）和有機物含量，而且能夠對處理水進行脫金屬處理，對細菌的去除率更為100%。在國內，山東工業(yè)陶瓷設計院研制的孔徑為4.3μm的微孔陶瓷對總菌數31500、大腸菌群小于230的原水處理后，得到的處理水水質也優(yōu)于 飲用水標準。此外，利用無機陶瓷膜進行海水淡化預處理的研究也取得了重大進展。
1.2 廢水處理中的應用
近年來，由于全球水資源緊缺、將陶瓷膜分離技術應用于廢水的處理和再利用顯得更加重要。從材料特點考慮，由于陶瓷膜可以在苛刻的條件下進行長期穩(wěn)定的分離操作，這也決定了它在水處理領域應用的主要方向是廢水處理，特別是工業(yè)廢水的處理。
1.2.1 處理含油廢水中的應用
工業(yè)含油廢水的種類極其繁多，大致有油田采出水、金屬表面清洗水、石油化工廠排放的生產廢水、各種潤滑劑廢水、乳化液廢水等。這些廢水若直接排放，將嚴重污染環(huán)境。由于含油廢水往往只有難降解、易乳化等特點，常規(guī)辦法處理難以得到理想的效果。無機陶瓷膜在處理含油廢水方面具有突出的優(yōu)勢，表現在通量高，使用壽命長，且對膜的孔徑大小要求相對寬松。Simms等人（1995）采用了高分子膜和Membralox陶瓷膜對加拿大西部的重油采出水進行了處理，其通量相對較小。表2是他們研究的主要結果。
表2：陶瓷膜處理油田采出水結果
原水 | 出水 | 操作壓力/MPa | 溫度/℃ | ||
懸浮物 /(mg/L) | 油含量 /(mg/L) | 懸浮物/(mg/L) | 油含量 /(mg/L) | ||
73～290 | 28～583 | ＜1 | ＜5 | 0.04～0.26 | 32.2～40 |
30～200 | 20～500 | 0～2.3 | 0～3.2 | 0.1～0.15 | 40～50 |
150～2290 | 125～1640 | ＜1 | ＜20 | ＜0.175 | 30～60 |
Hun等人用復合陶瓷膜對濃度為600～11000ppm乳化液進行油水分離，油的去除率超過95%。日本近年來也對水溶性切削油的陶瓷膜處理作了詳細的研究，并將其與有機膜作了比較，結果認為用陶瓷膜處理較為優(yōu)越。這些結果表明：采用陶瓷膜處理工業(yè)含油廢水是可行的，出水水質均能滿足回注水或排放水的各項指標的要求。
1.2.2 處理紡織廢水中的應用
紡織染色工程均以水為介質，而且往往需要一次或多次水洗，用水量比較大，排放的廢水對環(huán)境污染較重。在印染過程各工序排出的廢水含有的主要污染物為：懸浮物、BOD有機物、COD染料、還原漂白劑、重金屬（如鉛、鉻等）以及色度染料等，同時處理的難度很大。Soma等人（1989）利用無機微濾膜處理印染廢水，膜孔徑平均為0.2μm，壓力0.5～1.0MPa，水流速度3～5m/s。實驗結果表明：懸浮物、有機物的去除均效果明顯，其中不溶性燃料去除率大于98%，通過加入一些表面活性劑可使可溶性染料的去除率大于97%；在陶瓷膜工業(yè)性試驗中染料的去除率為80%，COD去除率為40%，通量為260～280L/(m2·h·MPa）。
1.2.3 化工廢水處理中的應用
化工行業(yè)在生產中產生的廢水一般具有強酸、強堿或腐蝕性，有機膜由于自身的弱點往往難以勝任。而對于像陶瓷膜之類的無機膜來說，恰恰是它們的強項，在處理這類廢水時，它們具有獨到的優(yōu)勢。NGK公司采用氧化鉻陶瓷膜從鹽酸溶液中回收ZiO2細微粒子，用去離子水進行洗滌，以除去產品中的酸根，經過處理，洗滌水的電導率從200ms/cm下降到0.5ms/cm。實驗也表明，用氧化鋁陶瓷微濾膜在處理酸性廢水時，取得了較好的效果。
1.2.4 其他廢水處理中的應用
無機陶瓷膜作為新型的膜分離技術，在各個領域的廢水處理中都有不俗的表現。如對放射性廢水，含重金屬廢水，城市生活污水，造紙廢水的處理上，都呈現效果明顯。
2 無機陶瓷膜在水處理應用中的展望
無機陶瓷膜處理的各種廢水涉及到社會的許多行業(yè)，市場容量巨大，估計其規(guī)模在億元以上，經濟、社會效益均比較明顯。目前對無機膜過程及膜催化反應的的研究較多，無機生物膜反應器的研究工作也開始起步，其良好的發(fā)展前景使之成為各國研究的熱點。盡管陶瓷膜的研究與應用已經取得了很大的進展，但仍然存在許多制約其廣泛應用的問題值得深入地研究和探討，主要是如何降低陶瓷膜的生產成本，如何提高膜的分離效果及長時間維持膜通量的穩(wěn)定性；如何擴展無機陶瓷膜的應用范圍和應用深度。這些都應是今后陶瓷膜的制備和應用方面應重點突破的方向。
