集成膜分离技术在精细化工产品废水处理中的应用
一、集成膜分离技术介绍
膜技术是利用分离膜对混合物中各组分的选择渗透性能的差异等来实现分离、提纯和浓缩的一种分离技术。根据膜上分布的孔径大小范围(或推动压力差)等，膜分离技术通常可分微滤法(MF)、超滤法(UF)、纳滤(NF)、反渗透法(RO)、电渗析法(ED)、渗透蒸发法(PV)、气体分离(GS)等。
各种膜过程有其各自的特点、应用范围和一定的局限性。要更好地符合可持续发展的要求，则要保证过程为清洁生产，资源合理而充分利用，节能和技术先进，这样在许多情况下，应优先考虑集成膜过程 ，利用集成的协同作用，达到优化、高效、低成本、低能耗及无污染或少污染的要求。集成膜技术是由微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析和渗透蒸发法等单元操作中某两个或两个以上操作单元集成的优化组合。可充分地发挥各种膜过程的优势。针对具体的废水水质情况和回用要求，集成膜技术提供不同的优化组合来实现不同的目标。
集成膜系统是应用集成膜技术开发出来，优化组合微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析和渗透蒸发法等单元操作，应用在生产中的不同环节。是浓缩、大孔树脂吸附、活性炭吸附和却结晶等传统工艺的有效替代和补充。与传统分离方法相比，膜技术具有成本低、能耗少、效率高、无污染并可回收有用物质，特别适合于热敏性组分、生物物质组分等混合物的分离。尤其是在处理低浓度、低含盐量的溶液时其优势更明显。
二、精细化工产品废水的特点
精细化工产品（染料、农药、医药、香料、化工中间体、食品添加剂、涂料等），尽管化学结构不同，但分子量大都在200~100000之间。超滤和纳滤所截留的分子量范围分别为2000~100000和100~2000，因而可以利用膜元件的选择透过性来处理精细化工产品生产过程中的废水。
精细化工行业生产废水大都具有以下特点：废水中含有有用物质以及高浓度杂质难以除去，高色度废水难以脱色，高COD难以降低，高酸碱度难以中和。
三、利用膜分离技术处理生产废水
3.1 回收废水中有用物质，资源化利用
精细化工产品每吨耗水量都较大，如分散染料每吨耗水40~80吨，活性染料每吨耗水20~60吨，农药每吨耗水5~10吨。随之产生大量废水中的溶解的染料、农药等有用物质，如果随废水一起处理达标排放不仅增大了处理难度也浪费了宝贵的资源。下面以利用膜法回收某农药结晶后母液和冲洗水中有效物质为例，介绍集成膜技术在回收废水中有用物质中的应用。
某有机磷农药分子量约为200，其母液和冲洗水混合后质量百分含量约为1~2%，废水中还含有其他反应过程中的副产物。传统工艺将其蒸发后浓缩到10%出售水剂。蒸发工艺的能耗高，在蒸发的过程中产生的废气易造成环境污染，且在高温下有效成分易分解。
山东某农药公司现改用集成膜技术处理结晶母液，经多级膜浓缩后浓度可以达到10.5%；能耗由原来的每吨水140元降到20元以下；系统全封闭运行，不会对环境造成污染；系统在常温下运行，有效解决了蒸发工艺过程中有效物质易分解的问题。
1、低浓度农药母液浓度为1~2%，经预处理后，达到膜的进水要求后，进入一级膜处理系统（超滤UF）过滤除去溶液中的大分子杂质。
2、经澄清后的溶液进入二级膜系统（纳滤NF）处理后分成两股，，浓侧溶液浓度达到7%，淡侧溶液浓度约为0.5%。
3、二级浓缩液进入三级膜系统处理后分成两股，浓侧溶液溶液浓度达到10%，即为成品，淡侧溶液浓度约为0.7%。
4、二级和三级的淡侧溶液混合后进入三级膜系统处理后分成两股，浓侧溶液溶液浓度达到2%，返回二级膜系统进口回收，淡侧溶液浓度小于0.1%，直接排放至污水站或回用。
3.2 染料脱盐浓缩，提高纯度浓度
在一些固体染料的生产过程中，合成染料从水溶液中的分离通常是经过盐析和压滤工序来实现的。该过程存在着如下弊端：
1、由于盐析过程带入的盐分使染料的纯度降低，从而降低了染料在染色,过程的溶解性能，影响着色，同时耗费大量的盐；
2、压滤过程会造成主体染料的流失，损失率大于 5 %，这将使生产厂蒙受很大的经济损失；
3、两个过程为间歇操作，劳动强度高，耗时多。
集成膜系统用于染料脱盐和浓缩有以下特点：
1、分离过程中能够截留中低分子质量的有机物，同时可部分透过一价、二价盐，可以集染料脱盐与浓缩为一体；
2、操作压力低 ，可节约动力；
3、某些性能优良的膜元件有良好的耐热性能，耐酸碱性能，在溶液中有较好的稳定性。用集成膜系统来进行水溶性染料的脱盐和浓缩已显示出较好的应用前景。它可以代替传统的盐析、压滤工序，使单元操作数减少，工人的劳动强度降低。
3.3 膜生物反应器处理制药综合污水，达标排放
制药废水可分为生物制药废水和化学制药废水，而生物制药废水有可以分为发酵工程制药废水、细胞工程制药废水、酶工程制药废水以及基因工程制药废水。制药废水中的COD浓度高，毒性大，含盐浓度高，色度大，并且制药废水种类繁多。长期的实践经验表明，采用生物处理技术消除有机污染物是最为经济的方式,而膜生物反应器结合了生物反应器和膜分离的优点，在处理制药废水上将带来新的突破。
用膜生物反应器处理制药废水，由于膜的隔离作用，使得生长速度很慢的硝化细菌得以在反应器中积累，且随着MLSS浓度的逐渐增加，硝化细菌的数量将不断增加，从而增强反应器中的硝化能力，去除水中的污染物质。
江苏某药厂用一体式膜生物反应器处理抗生素废水，膜的截留作用使反应器活性污泥的质量浓度达15g/L，在进水COD浓度为2500-4000mg/L的情况下，COD去除率达到86%。浙江某公司采用厌氧-膜生物反应器工艺对医药产物废水处理设施进行了改造，当原水COD浓度为7000-51550mg/L，PH为4-13时，厌氧池去除效率保持在50%左右，膜生物反应器处理效率保持在80%以上，COD等指标可以达到排放标准。充分说明了膜生物反应器卓越的处理高浓度有机废水的性能，但由于膜污染和膜寿命的制约影响了膜生物反应器的发展。膜生物反应器要在废水处理领域取得突破性的进展，必须通过膜材料的选取、膜清洗技术的提高来提高膜的抗污染性能和延长膜的寿命。
集成膜技术深度处理综合污水再利用主要包括“超滤膜+反渗透膜”的双膜法工艺流程。超滤是以压力为驱动的膜分离过程，它能够将颗粒物质从流体及溶解组份中分离出来。超滤膜的典型孔径在0.01～0.1微米之间，对于细菌和大多数病菌、胶体、淤泥等具有极高的去除率。应用在印染废水的再处理流程中，超滤膜除对有机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渗透膜的胶体、细菌、病毒等杂质，延长反渗透膜的清洗周期和寿命，降低总体运行成本；反渗透膜可去除98％的盐离子，完全去除硬度、同时对COD、色度也具有极高的去除作用，从而确保回用水水质。
采用膜法工艺进行废水再利用的目的是：将全部或部分排放废水经过集成膜技术深度处理后回用，除较经济地满足企业自身用水的产能要求外，其余废水及回用装置排水合并外排，以控制外排水量，在不影响企业产能的前提下同时达到政府环保部门的要求。避免企业因为水的问题产能受到限制。
具体处理工艺流程如下：
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絮凝剂、助凝剂 还原剂、阻垢剂 ↓ ↓ 印染废水中水——→多介质过滤器——→超滤装置——→RO装置——→产水
表1 膜法印染废水闭路循环工艺与常规生化处理工艺比较
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四、未来展望
集成膜分离技术的研究将集中在：
1、膜污染机理的研究和预防 ,保持膜通量的基础上降低运行和维护成本
2、新型膜材料的研究和开发
3、自动化程度的进一步提高等。集成膜分离技术在精细化工产品生产废水处理中将具有更广阔的应用范围：
(1)物料回收、精制
低浓度有机物（分子量在200~100000）、无机盐溶液的浓缩、分离和纯化
(2)污水处理
含盐量较高、COD较高的综合废水处理，以及深度回用
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