工业循环冷却水中膜过滤技术及其应用
工业的快速发展使水环境受到的污染日益严重，由此造成的水资源短缺已是人类面临的严重问题。污水中有80%是工业废水，而工业废水中的主要部分是工业冷却水，工业循环冷却水系统中的结垢、腐蚀和微生物繁殖是相互关联的、且是无处不在的综合性问题。污垢和微生物粘泥可以引起垢下再腐蚀，而腐蚀后的循环冷却系统又形成污垢，造成污染物剧增的恶性循环。腐蚀物和微生物所产生的絮状物还降低了工业循环冷却水的冷却效率,并造成冷却系统中的仪表、管路器件的使用寿命的降低以及控制精度的降低。要解决循环冷却水系统中的这一系列的问题，膜分离过滤技术是目前为止人们掌握的最节能的分离过滤技术，已在海水淡化、溶胶及混合液的分离和浓缩、工业废水中重金属离子的去除、饮用水的净化、蛋白质和酶的分离等方面应用，并表现出与传统分离过滤技术不同的优势。
一、膜过滤方式及滤膜种类
膜过滤的过滤方式包括正压和负压过滤。膜过滤是使溶剂和较小颗粒或分子的溶质能通过一定孔径的滤膜,大的颗粒或分子溶质则不能透过,从而使大颗粒或高分子物质脱水、脱盐和浓缩,使细菌、寄生虫、冷却系统中的腐蚀残留物截留而达到除菌、集菌、集残留物的目的。按分离物质的大小,将膜过滤技术分为微滤(MF)、超滤(UF)、反渗透(RO)和纳滤(NF)等,在工业循环冷却水系统中,大多选用正压微滤(MF)分离，孔径选用0.05—2.0微米(μm)为宜,在某种程度上讲,工业循环冷却水的用途和目的是冷却效果和系统的使用寿命以及相关仪表的控制精度,并不需要冷却水达到纯净水标准,所以,过滤和处理效率及处理成本是必须考虑的综合指标。膜过滤材料由高分子材料制成,如纤维素酯、再生纤维素、聚酰胺、聚乙烯醇衍生物、聚丙烯腈、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、丙烯腈/氯乙烯共聚体、聚碳酸酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯等。滤膜的孔径单位以微米(μm)表示,孔径规格主要包括0.025μm～5.0μm范围不等。滤膜的组件形式主要是:平膜、摺膜、管膜、卷式和中空纤维。按其用途可为亲水性和疏水性。亲水性的,如醋酸纤维素膜(CAM),适合于水溶液中的微粒和细菌过滤及蛋白电泳等；疏水性的,如聚四氟乙烯膜(PTFE),适合于有机溶剂、酸和碱的过滤。企业在确定过滤膜的材质和过滤方式时,要根据冷却循环水的水质特性而定,并采取多级过滤,膜的孔径由大到小,过滤面积由小到大排列,并在两个过滤级之间留取样口和污物排出口和污物冲洗装置,并能达到系统正常工作状态下的污物排放。在有条件的情况下,设置小环境的系统封闭膜的净水反压冲洗系统,可以在较短时间内达到提高过滤效率的目的。
二、膜过滤在工业循环冷却水中的发展趋势
工业循环冷却水、污(废)水处理是微滤应用的一大市场,随着生物技术的发展以及生物技术与膜分离过滤技术的联合,膜过滤中微滤技术在这一应用领域的市场也越来越大。工业循环冷却水过滤的研究方向是：(1)廉价性、通用的膜组件。现有的膜组件的价格偏高,限制了膜技术在循环冷却水及污(废)水处理领域的推广应用,而巨大的潜在市场需要中低价格的膜组件；(2)不污染、易清洗、长寿命膜。污染是微滤过滤膜应用中面临的主要问题是,亟待解决的是污染物的快速消除和高分离过滤效率、投资少、使用成本低、应用广泛。发展的重点是研究适应于环保行业高强度、长寿命、抗污染、高通量的膜材料,使膜过滤材料的等级和用途更加细化和专用化。并逐步完善应用中不同的膜过滤技术的组合应用,这样可以发挥各自的特点,取得更大的技术和经济效果。同时探讨膜过滤技术与常规的水处理技术联合使用,如高纯水制备中将膜过滤技术与离子交换及常规过滤技术相结合,充分发挥它们各自的优势,使处理效果进一步提高,从而使水处理成本进一步下降,达到生产成本经济、合理的运行规律。
水资源的严重浪费和环境污染问题是环境保护和企业持续发展亟待解决的一项重要课题,它关系到人类的生存与企业的可持续发展。解决水资源和环境污染问题,首先要有严格的法律体系和规范化的管理体系和机制。另一个重要因素就是要有技术先进、经济合理的水处理技术作保障。
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