（大连理工大学，辽宁 大连 116023）
摘要：陶瓷膜是一种新型的膜分离材料，是以无机陶瓷材料经特殊工艺制备而形成的非对称膜，目前已在工业废水处理中得到了广泛的应用。主要介绍了无机陶瓷膜分离技术在印染废水、造纸废水、冶金废水和采油废水上的研究进展，并对今后无机陶瓷膜分离技术在工业废水处理中的未来进行展望。
关键词：陶瓷膜 工业废水
1 陶瓷膜及陶瓷膜分离技术
1.1 陶瓷膜及其特点
无机陶瓷膜是一种具有特殊选择性分离功能的无机或高分子材料，它能把流体分隔成不相通的两个部分，使其中的一种或几种物质能透过，而将其它物质分离出来。陶瓷膜也称GT膜，是以无机陶瓷原料经特殊工艺制备而成的非对称膜，呈管状或多通道状。
和有机膜相比，无机陶瓷膜具有耐高温，能耐酸、耐碱机械强度高，可反向冲洗、抗微生物能力强、，渗透量大，膜通量高、分离性能好和使用寿命长等特点。陶瓷膜在水处理中应用最大的困难主要有两个方面，一个是制造过程复杂，成本高，价格昂贵；另一个是膜通量问题，只有克服膜污染并提高膜的过滤通量，才能真正推广应用到水处理的各个领域。
1.2 陶瓷膜分离技术工艺
陶瓷膜分离工艺是一种“错流过滤”形式的流体分离过程：原料液在膜管内高速流动，在压力驱动下含小分子组分的澄清渗透液沿与之垂直方向向外透过膜，含大分子组分的混浊浓缩液被膜截留，从而使流体达到分离、浓缩、纯化的目的。陶瓷膜是由孔隙率30%~50%、孔径50nm~15μm的陶瓷载体，采用溶胶-凝胶法或其它工艺制作而成的非对称膜。
2 陶瓷膜处理工业废水的发展
2.1 无机陶瓷膜分离技术处理印染废水
印染废水的成分较复杂，其中含有各种浆料、COD、残留漂白剂等污染物质，而无机陶瓷膜的渗透性强，机械性能好，可以较好地分离过滤印染废水中的污染物质。孔德红[1]等人对新疆芳婷纺织有限公司的一套废水处理设备进行改造，用无机陶瓷膜深度处理针织印染废水。轻污染水经陶瓷膜处理后，回用率达到45%，每吨的综合能耗为0.8 kWh，药剂费每吨平均0.4元。回用水达到回用水质要求。
2.2 无机陶瓷膜分离技术处理造纸废水
造纸废水中的造纸黑液碱性大、浓度高，主要含有木质素、钠盐等碱性物质，其对分离膜的性能要求比较高，而无机陶瓷膜的耐酸碱性和耐高温性可以较好地处理造纸废液。
黄江丽[1]等人在温度为53 ℃，压力为0.2 MPa 的条件下，采用QH-型无机陶瓷膜装置对源于山东省潍坊广信造纸厂的造纸废水进行分离，并对分离液中的木质素等物质进行了分析对比。草浆黑液的pH=10~11，温度为60 ℃，木质素质量浓度为23.13 g/L，固体物质量浓度为83.3 g/L。处理后，原液中COD 的分离率达到60%以上，木质素的分离率达到85%以上。
2.2.3 无机陶瓷膜分离技术处理冶金废水
在冶金生产过程中，会产生重金属污水，含油污水以及采矿污水等冶金废水。无机陶瓷膜在分离过滤冶金废水时可以保持比较高的膜通量，处理过废水的无机陶瓷膜经过清洗和再生后，膜通量可以恢复，满足工业连续生产的要求。
姚志春[2]等人用TCM-SY-52A型实验设备对工业碳酸钠溶液、含草酸钴水溶液以及硫酸镍溶液等冶金废水进行处理。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆实验结果表明：经过无机陶瓷膜分离过滤后的溶液较为清澈透明，肉眼可见杂质及沉淀物和颗粒状杂质的去除率高达95%以上，有价金属离子的含量和含油量也有很大幅度的降低，分离过滤后的溶液可达到工业生产的标准。王瑛[3]等人用烟台云帆过滤系统有限公司提供的重力式过滤纸带和南京九思科技有限公司提供的陶瓷膜对乳化液进行了处理。在操作压力为 0136 MPa，膜面流速为41.66 m/s，温度为60 ℃的最优条件下，分离过滤系统运行8 h以上，油的去除率高达99.7%以上，COD 的去除率达到99%以上，处理后的水可以达到一级排放标准。
2.2.4 陶瓷膜分离技术处理采油废水
无机陶瓷膜在分离过滤过程中不会产生难以处理的污泥，油的回收较容易，所以无机陶瓷膜是处理采油污水的发展趋势。
丁慧等人用江苏久吾高科技股份有限公司所生产的陶瓷膜对取自胜利油田某污水处理站的采油废水进行了处理。经过无机陶瓷膜处理过的采油废水的出水含油量均稳定在1.0 mg/L以下，出水平均含油量为0.18 mg/L，去除率高达95%以上，平均去除率为97.44%，出水悬浮物稳定在1.0 mg/L以下，去除率在85%以上。
3 陶瓷膜发展的问题解决
3.1 解决方案
美国西雅图环境科技公司研发的涤饵DEAR无机陶瓷膜系统，是在普通陶瓷膜研究的基础上，通过高科技改造，减少膜污染，大大提高膜通量，有效克服了无机陶瓷膜在水处理中应用的主要问题，使无机陶瓷膜应用于水处理成为可能。
3.2 DEAR无机陶瓷膜特点
3.2.1 独有的双层膜结构
涤饵DEAR无机陶瓷膜系统在在膜过滤层表面，通过溶胶一凝胶法制备TiO2溶胶，采用浸渍提拉法在陶瓷膜上涂敷纳米TiO2光催化材料，使陶瓷膜表面具有“自洁”功能，减缓有机在膜表面积累和堵塞，一方面降低膜污染，另一方面提高陶瓷膜管强度和膜过滤通量，提高膜通量稳定性。
3.2.2 可实现在线反冲，膜通量稳定
涤饵DEAR无机陶瓷膜是专为污水处理设计的，其最大特点是膜通量大，其运行膜通量是有机膜10-100倍，是普通多孔陶瓷膜的50-10倍、机械强度高、耐污染、可实现在线反冲。
4 结论
无机陶瓷膜是膜领域发展最迅速的品种。我国要在无机陶瓷膜领域得到更大的发展，应该将研究方向集中于以下几个方面：第一，如何解决陶瓷膜在运输过程中的困难，如易碎、质量大等；第二，无机陶瓷膜是热的不良导体，容易出现传热不均匀的现象，在直接受热面温度达到 235 ℃、两侧温差超过 100 ℃的情况下，无机陶瓷膜会出现裂缝，因此，陶瓷膜的再生以及如何解决膜污染问题是今后研究的重点第三，陶瓷膜的制作工艺较为复杂，成本相对高，且膜通量较小，这些都是限制陶瓷膜技术广泛应用的因素。
参考文献
[1]黄江丽, 施汉昌, 钱易. 利用陶瓷膜微滤技术浓缩草浆黑液的研究[J]. 膜科学与技术, 2004(4): 33-36.
[2]姚志春, 胡晓东, 段雅峰. 陶瓷膜分离技术在湿法冶金中的应用研究[J]. 膜科学与技术, 2011, 31(1): 97-100.
[3]王瑛, 李梦, 李文娟. 无机陶瓷膜法处理乳化液废水[J]. 低温建筑技术, 2010(12): 3-5.
[4]丁慧, 彭兆祥, 李毅, 等. 无机陶瓷膜处理油田采出水[J]. 环境科学报, 2013, 7(4): 1399-1404.
作者简介：王子正（1998年5月—），男，辽宁省大连人，大连理工大学应用化学专业本科生。
论文作者:王子正
论文发表刊物:《知识-力量》3中
论文发表时间:2018/9/18