膜技术处理工业废水中氯化铵的工程应用
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摘要：氯化铵废水是在化肥、稀土、印刷、电镀等产品生产过程中产生的以含氯化铵为主的不同浓度的有机无机废水，该废水必须经过处理才能达到排放要求。在对原水水质特点深入分析的基础上，提出了以膜技术处理废水中氯化铵的工艺，并对工程的调试及运行效果进行了归纳总结。实践证明，所采取的膜技术处理较低浓度氯化铵工业废水的效果较好，处理出水能够稳定达标，水处理成本较低。
关键词：工业废水；氯化铵；方法
中图分类号：TE992文献标识码： A
引言
近年来，随着工业生产活动的增多，化肥、稀土、印刷、电镀等工业不仅在技术上取得了较大的突破，在规模上更是空前的膨胀。这些工业生产过程中会产生大量的氯化铵废水。氯化铵废水中的氨氮会消耗水体中的溶解氧，加速水体的富营养化过程，氨氮在水中微生物作用下转变为硝态氮和亚硝态氮，对人体有毒害作用。而且氯离子的大量排放也会导致土壤结构改变，对农作物以及地下建筑带来很大危害。目前在我国，氯化铵废水的处理仍然是一个亟待解决的问题，因此，研究经济有效地处理氯化铵废水的技术具有十分重要的现实意义。本文对国氨氮废水的处理机理和工艺及其应用现状和发展趋势进行了全面的调研，结合江西某化工厂废水实例，研究了膜技术处理工业氯化铵废水的处理应用。
1、氯化铵污染现状
氯化铵为无色或白色结晶性粉末，无臭，其味咸、凉，微苦。易溶于水，水溶液呈弱酸性，加热会增强酸性，故其水溶液对金属有腐烛性。工业上氯化铵可用于干电池、染织、电镀、精密铸造、医药、绒毛以及化工中间体等方面。
氯化铵废水是在化肥、稀土、印刷、电镀等产品生产过程中产生的以含氯化铵为主的不同浓度的有机无机废水，该废水必须经过处理才能达到排放要求。近年来，我国社会经济的快速发展，行业生产规模化，所产生的氯化铵废水量也在不断增加。若该废水直接排放，不仅使企业生产成本提高，同时对环境也会造成污染。随着国家环保力度的加强以及近年来能源价格的攀升，企业面临巨大的压力。随着科学技术的发展，一些新工艺新技术开始应用到氯化铵废水的处理中来，有些给企业还带来较高的利益。
2、膜技术在工业废水中氯化铵处理中的应用
2.1、膜分离方法
膜分离是20世纪60年代后迅速崛起的一门新型高效分离技术。由于膜具有选择透过性，混合物中某些物质可以通过，另一些成分不能通过，从而实现了混合物的分离。膜可以是固相、液相或气相。目前使用的分离膜绝大多数是固相膜。
与传统的分离方法(蒸馏、吸附、吸收、萃取等)相比，膜分离技术具有许多独特的优点:分离效率高;能耗较低;工作温度接近室温。早期的膜分离法绝大多数用于海水淡化和苦咸水除盐，近十年来膜法过滤技术已推广到饮用水的常规处理及深度处理领域，并取得了一定的进展.
2.2、膜分离的基本原理
由于分离膜具有选择透过特性，所以它可以使混合物质得到分离，其分离主要是利用混合物中物质不同的物理和化学特性。
根据它们物理性质的不同―主要是质量、体积大小和几何形态差异，用过筛的办法将其分离。
根据化合物的不同化学性质。物质通过分离膜的速度取决于以下两个步骤的速度，首先是从膜表面接触的混合物中进入膜内的速度(称溶解速度)，其次是进入膜内后，从膜的表面扩散到膜的另一表面的速度。二者之和为总速度。总速度愈大，透过膜所需的时间愈短;总速度愈小，透过时间愈久。溶解速度完全取决于被分离物与膜材料之间化学性质的差异，扩散速度除化学性质外还与物
质的分子量有关。混合物质透过的总速度相差愈大，则分离效率愈高。
2.3、膜分离的工作原理与流程
图1膜分离流程图
2.4、纳米材料复合膜的制作
纳米材料复合膜分为三层:致密层、支撑层和微孔支撑体。纳米材料复合膜为荷电膜，且为双极膜，从而使正离子在正电层被截留，而负离子在负电层被截留。双极膜的制备通常是在一种荷负电的膜面上吸附一种含有胺基团的聚合物材料，也可以通过在荷正电膜面上吸附一种含有磺酸基团的聚合物材料制成。
纳米材料复合膜的制备分为两个过程:多孔亚层的制备和皮层(表面分离层) 纳米材料复合膜的制备分为两个过程:多孔亚层的制备和皮层(表面分离层) 的制备。
2.4.1微孔支撑层的制备
铸膜液的制备:以N―甲基―2毗咯烷酮(NNIP)为溶剂，硝酸埋为溶胀剂，采用水或水与异丙醇混合物做非溶剂。经搅拌使铸膜混合液充分混合、溶解，形成均匀的铸膜液。过滤铸膜液，去除未溶解的杂质。并且将铸膜液静置24h以上，以使其完全脱泡。
刮膜阶段:将铸膜液在一定温度、湿度及环境氛围下，用刮膜器将铸膜液在纤维支撑层表面刮制成具有一定厚度的薄膜，称为湿膜。
在一定的温度(45 -65)℃、蒸发时间(45-60)min，使湿膜中的溶剂及可挥发的添加剂自湿膜表面部分蒸发。此时，由于溶剂的挥发度远大于添加剂，加之湿膜表面蒸发速率远大于底层，导致所谓的沿湿膜截面的非对称蒸发，发生相分离。
将蒸发后的膜浸入凝胶介质中，凝胶介质应是铸膜液中溶剂和添加剂的优良溶剂而对聚合物不溶。凝胶过程的实质，可以看作是对膜中溶剂及添加剂的萃取和聚合物析出成多孔亚层过程。
将其从凝胶浴中取出，烘干。即可成微孔支撑层。
2.4.2、表面分离层的制备
高分子材料的制备:用无水硫酸和磷酸三乙酷的络合物为磺化剂，将聚酚磺化，再以氯甲醚处理使其季胺化而引入阳离子基团，使其具有有阴离子基团和阳离子基团。
在制备好的纳米微粒与高分子材料直接共混，高分子可以以溶液形式，乳液形式、熔融形式等与纳米无机微粒共混，纳米粒子可以填充、吸附、沉积而负载于高分子材料中。
采用上述多孔支撑体的相转化法制备工艺流程，制备表面分离层。只要通过合理调节铸膜液中各组分的比例，确定合适的工艺条件，就可以制备出具有纳米级表层孔径的纳米材料复合膜。
这样制备成的纳米材料复合膜、表面分离层，表层孔径为10-9m级，主要分离粒径1 nm左右的离子，具有很高的选择性和透水率。
2.5、应用分析
2.5.1、为研究膜分离运行过程中各种条件对NH4CL废水处理效果的影响，依次改变二个工艺条件（进水浓度、膜分离压力)中的一个，先后得到120组自变量―因变量的对应数据。
2.5.2、在运行时间相同的条件下，随着操作压力的增加，废水脱盐率升高，产水率也增加。
2.5.3、对于各种浓度配比的氯化铵废水，用反渗透膜处理，其脱盐率均较高，一般均超过95％；但产水率变化较大，最高可达41.2％，最低仅为9.8％。反渗透法处理质量浓度低于60g・L-1的氯化铵废水技术上可行，其中：质量浓度为0.5g・L-1的氯化铵溶液可以用低压反渗透浓缩，出水可做软水循环使用；质量浓度为6g・L-1的氯化铵溶液可以用中压反渗透浓缩。出水可达标排放，但不能作为软水使用；质量浓度为20g・L-1的氯化铵溶液可以通过反渗透浓缩，质量浓度可提高到40g・L-1，继续提高则能耗会过高。
3、结语
膜分离技术对于浓度较低的氯化铵废水取得了良好的经济效益，但对于较高浓度的氯化铵废水，经济成本较高，长期运行会受到难以冲洗掉的污染，如长期的微量盐分结垢和有机物的积累，造成膜组件的性能下降。因此对于膜技术在氯化铵废水中的广泛应用主要基于能不能研究出性能更好，去污能力更强的膜材料。
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