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膜技术处理工业废水的研究进展杭州2017.3.412017年全国工业废水深度处理新技术暨供需对接交流研讨会主要内容•工业废水处理现状•膜技术在工业废水处理中的应用•发展趋势21.1我国工业废水处理成效显著数据来源：环保部，2010-2015年全国环境统计公报。30%20%40%60%201020112012201320142015近年我国工业废水排放量比例变化情况237.5230.9221.6209.8205.3199.5180190200210220230240250201020112012201320142015近年我国工业废水排放情况（单位：亿吨）近年来，我国工业废水排放总量呈现逐年下降趋势。2010年，工业废水排放量为237.5亿吨；2015年降低至199.5亿吨。工业废水排放总量逐年减小近年来，我国工业废水排放量所占比例持续降低。2010年,工业废水排放量占当年废水排放总量的38.5%；2015年降低至27.1%。工业废水排放量占比持续降低38.5%27.1%数据来源：国家统计局，2012-2015年国民经济和社会发展统计公报4万元国内生产总值用水量由2012年的129立方米降到2015年的104立方米；万元工业增加值用水量由76立方米降到58立方米，工业用水的利用效率显著提升。工业用水的利用效率逐年提高单位：m3129121112104766864580204060801001201402012201320142015万元国内生产总值用水量万元工业增加值用水量36831830131362.30%61%61.80%62.60%05010015020025030035040050%55%60%65%70%2011201220132014近年来我国工业废水处理情况工业废水处理量工业废水处理量占比2015年，在我国工业废水排放量中，化工、造纸、纺织及煤炭行业废水排放总和几乎占到一半，是工业废水排放大户。数据来源：国家统计局，环境统计数据。5化学原料和化学制品制造业14%造纸和纸制品业13%纺织业10%[CATEGORYNAME]其他行业55%2015年我国重点行业废水排放情况化工，纺织等行业是废水排放大户工业废水处理量仍需提升近年来，我国工业废水处理量达到300-370亿吨，处理率约为62%，虽然已取得显著进步，但仍有很大提升空间。1.2我国工业废水处理现状重金属工业废水毒性具有长期持续性，可在生物中大量富集，通过食物链危害人类，对人体造成慢性/急性中毒，严重危害人体健康。1.3工业废水特点及危害工业废水特点：排放量大,污染范围广,排放方式复杂污染物种类繁多,浓度波动幅度大污染物排放后迁移变化规律差异大污染物质毒性强,危害大污染的水体恢复比较困难6食品工业废水本身无毒性，但含有大量可降解有机物，会大量消耗水体中溶解氧，造成水体缺氧，使水生生物死亡。医药工业废水含有的有机氯化物、高分子聚合物以及多环有机化合物等难降解污染物，具有较强的毒性和致癌、致畸、致突变作用，并通过食物链不断积累、富集，最终对生物体产生毒性或其他危害。工业废水的危害（举例）：1.4工业废水处理的意义7数据来源：国家统计局，环境统计数据；世界银行数据库。尽管我国的工业用水利用效率逐年提高，但与日美等发达国家仍有巨大差距。国内万元工业增加值用水量是发达国家的5-10倍。工业用水重复率仅为55%左右，远低于发达国家80%的水平。这表示，日益严峻的工业废水难题将会制约我国的经济发展。提高工业用水效率，必然成为我国工业未来的发展趋势。工业废水处理直接影响我国工业竞争力010203040506070中国（2015年度）美国日本我国与发达国家万元工业增加值用水量对比万元工业增加值用水量/m35886排出废水不仅会污染环境，而且是对原料的一种浪费，不利于行业的可持续发展，明显拉低了行业经济效益。8构建生态文明，实现行业可持续发展不仅可以节约成本，而且将大幅优化生产工艺，促进产业技术革新，推动产业升级。废水回用，促进技术革新，推动产业升级自产自销，降低成本，提高企业竞争力现代管理学之父——彼得德鲁克在他的著作《新现实》中提到，“在企业内部，只有成本”。提高工业废水的资源化利用能力是降低企业成本的重要手段。92015年4月发布的“水十条”对工业水污染治理提出要求：集聚区内工业废水必须经预处理达到集中处理要求，方可进入污水集中处理设施。据E20研究院测算，2015年到2020年，工业废水治理领域的总投资需求约5700亿。工业废水的妥善处理，不仅积极响应国家相关的环保政策及法规，同时符合今后市场需求，具有非常强大的发展潜力！1.5我国的工业废水处理政策日前，环保部等部门已经编制了《重点流域水污染防治“十三五”规划编制技术大纲》，旨在加快水污染治理进展，有利于推动工业废水处理技术发展。资料来源：中国环保网，“环保部将与地方签“水十条”军令状“十三五”七大领域市场需求大预测，2016-1-21随着国家环保政策趋紧，面对工业废水成分复杂、处理难度大等问题，我国工业废水处理任重道远，寻求高效的工业废水处理新技术是问题解决之道！膜技术能够有效分离重金属离子、放射性元素、病原体等多种物质,是处理废水、净化水体、回用资源的有效手段。9主要内容•工业废水处理现状•膜技术在工业废水处理中的应用•发展趋势112.1膜技术概述膜是具有选择性分离功能的材料。利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的技术称作膜分离技术，简称膜技术。与传统废水处理工艺相比，膜技术具有分离效率高，占在面积小，易于操作等优点。化工废水电镀废水电子工业废水12反渗透纳滤超滤微滤气体分离透析渗透汽化控制释放电渗析液膜膜电解双极膜膜蒸馏压力驱动型膜浓度驱动型膜电驱动型膜热驱动型膜膜技术废水回用达标排放原料回收13膜技术的分类原料浓缩产物纯化膜技术处理化工废水142.2膜技术在工业废水中的应用膜技术在工业废水处理中的应用大致分为以下四种：此法为最理想的应用，浓缩液可回用，透过液可作为清洗用水，可用于电镀、电子废水等处理；1.对工业废水进行原样浓缩2.仅作为浓缩功能使用3.分离化学物质4.废水深度处理和中水回用此法为废水排放前的处理，浓缩物质可回收加工使用，可用于食品废水浓缩作饲料等；此法常用作浓缩有毒废水，浓缩后有毒废水体积减少，便于后续处理；此法用作处理经过常规处理后的城市废水，用作工业用水。15有机工业废水的来源水源农药厂制药厂化肥厂石油化工厂印染厂食品加工厂化学试剂有毒物质植物营养物质油类物质染料废水有机废水有机废水的特点有机物浓度高油污染较为普遍营养化物质较多有毒性和刺激性一二四三(1)有机工业废水的膜法处理食品工业废水的特点：有机质含量高、废水量大。通常采用生物接触氧化、高级氧化、生物滤池或曝气池等生物方法。16膜生物反应器处理食品工业废水资料来源:环境保护前沿,2014,4,53-59膜生物反应器（MBR）是一种由膜分离单元(微滤或超滤)与生物处理单元相结合的新型水处理技术，主要利用膜分离单元截留水中的活性污泥与大分子有机物，实现废水达标排放。研究者以食品废水(COD,800~1000mg/L)为对象，研究发现：MBR反应器系统对COD的去除率均能达到99.5%，高于生物接触氧化反应器的97.5%。进水调节池预处理池MBR池污泥出水膜生物反应器的过程示意图组成干重比（%）蛋白质33~41总糖35有机酸4矿物质20以玉米淀粉工业废水为例：~20L/d~15L/d运行结果表明，用电渗析法提取甘露醇比原工艺：•提高产率78％以上；•节约电耗50％；•节约用水60％；•总的生产成本下降35％以上。从海带浸泡液中提取甘露醇（含量~1%）的传统工艺是离心水洗重结晶法，该工艺能耗高，经济效益低，浸泡废水直接排放，造成海洋环境污染。17电渗析多膜集成处理海带浸泡废电渗析是指在外加直流电场的驱动下，利用离子交换膜实现离子分离的技术。杭州水处理技术中心采用先进、节能的电渗析膜集成专利技术，从海带浸泡废水中提纯甘露醇：资料来源：现代膜分离技术在海带浸泡废水回用中的应用案例，2014年，化学工业出版社18无机工业废水的来源水源金属加工厂酸碱生产厂锅炉厂水泥厂无机化工厂供暖厂酸碱物质金属离子植物营养物质颗粒物质无机物高温废水化工废水的特点无机物浓度高成份相对简单营养化物质较少废水差异性大一二四三(2)无机工业废水的膜法处理反渗透深度处理电厂循环冷却水排污水19电厂循环冷却水排污水的特点：（1）含有一定数量的悬浮物，颗粒细小，浊度低；（2）敞开式循环冷却水系统，连续生产过程中，浓缩倍数不断提高，所以水中成垢的离子Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-及活性硅的浓度较大。传统离子交换难以有效去除活性硅等致结垢物质。山西某电厂采用反渗透回用循环冷却水排污水工艺流程：电厂循环冷却水水排污水预处理系统水箱加药装置纯水回用、锅炉用水等产品水箱保安过滤器反渗透系统清洗水箱该电厂总循环冷却水量为8×104t/h，排污量为200t/h，为满足新建机组用水要求，增建处理水量为110～130万ｔ／年的反渗透除盐系统，处理回用循环冷却水的排污水，其出水的一部分用做锅炉补给水。参考资料：李栋.反渗透回用电厂循环冷却水排污水的研究[J].锅炉技术,2012,43(5):25-29.20膜蒸馏处理反渗透浓缩废水目前反渗透（RO）的实际产水率不足70％，30％以上的浓盐水直接排放，不仅加重了环境污染，而且还浪费了大量水资源。研究者采用膜蒸馏处理火电厂的RO浓水(电导4.7ms/cm)，当控制膜热侧RO浓水的pH为5、浓缩倍数为10倍、连续180h的运行中，膜通量始终保持在8L／(m2·h)左右，出水电导率稳定在3μs／cm左右。资料来源：孙项城,王军,侯得印,等.膜蒸馏法浓缩反渗透浓水的试验研究[J].中国给水排水,2011,27(17):22-25.这表明，膜蒸馏不仅可大幅度降低RO的浓水量，同时还显著提高了水资源利用率，具有较好的环境和经济效益。膜蒸馏过程示意图（3）重金属工业废水的膜法处理重金属工业废水的来源21Ref.明亮,张铭发.纳滤工艺对铅锌冶炼工业废水的回用处理[J].水处理技术,2010(1):110-113.水源采矿厂电子制造厂钢铁冶炼厂金属加工厂冶金工业废水的特点盐离子含量高废水成分复杂废水量大异色、异味、臭味一三二四纳滤膜技术回用铅锌冶炼工业废水22以广东某铅锌冶炼厂的纳滤工艺废水回用项目为例：纳滤工艺进水量为180m3·h-1，系统回收率为75%，其产水量为135m3·h-1，浓水量为45m3·h-1；稳定运行一年多来，回收利用废水约110万m3，减少重金属污染物排放量约1.05t，为企业创造了良好的经济效益和社会效益。Ref.明亮,张铭发.纳滤工艺对铅锌冶炼工业废水的回用处理[J].水处理技术,2010(1):110-113.针对冶金废水外排水含盐量高、结垢倾向严重并含有重金属的水质特点，纳滤工艺对冶金废水的处理和回用具有很强的适用性。2.5-3.0ms/cm原水泵自清洗滤器多介质滤器活性炭滤器保安滤器纯水回用输送泵纳滤装置高压泵净水箱原水次氯酸钠絮凝剂亚硫酸氢钠阻垢剂200-300μs/cm试验流程简图在线监测水在线监测特种污染水预处理系统纳滤系统后处理系统出水处理结果纳滤技术处理放射性废水22（4）放射性工业废水的膜法处理原水：比活度为5488Bq/L，出水：比活度为0.2389Bq/L，去除率＞99.99%，出水水质满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)要求。放射性废水放射性工业废水主要来源于核工业退役的核设施、核武器、核电设施、医用设备和实验室等部门，具有致癌、致病、危害期长等特点。加拿大的布鲁斯(Bruce)核电站、美国的沃夫·可里克(WolfCreek)、德来森(Dresden)和科曼奇峰(ComanchePeak)核电站均采用超滤-反渗透组合工艺处理厂区排水、清洗废水