膜法水處理技術(shù)應(yīng)用于生活污水深度處理

李先元

(煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030001)

膜技術(shù)是一種較為嚴(yán)格的物理分離技術(shù)，其主要技術(shù)特點(diǎn)是不會(huì)出現(xiàn)化學(xué)變化或反應(yīng)，同時(shí)分離裝置相對(duì)比較簡(jiǎn)單，占據(jù)的空間較小，利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的要求。對(duì)膜法水處理技術(shù)展開(kāi)研究，進(jìn)一步分析其在生活污水處理中的應(yīng)用。

膜法；水處理技術(shù)；生活污水

隨著社會(huì)整體經(jīng)濟(jì)水平的提升和發(fā)展，中國(guó)在資源利用環(huán)節(jié)上也有了顯著的提升。但是，當(dāng)前世界上仍然有很多國(guó)家和地區(qū)存在明顯的資源短缺現(xiàn)象。特別是淡水資源的匱乏，始終困擾著人們，淡水資源的缺乏也成為了現(xiàn)階段地區(qū)工農(nóng)建設(shè)和城市發(fā)展中最為關(guān)鍵的影響因素之一。

1 膜法概述

膜指的是一種流體中或兩種流體之間有一種層薄凝聚物質(zhì)，其將流體相隔成兩個(gè)部分，并將兩個(gè)環(huán)節(jié)中的物質(zhì)產(chǎn)生傳質(zhì)作用。膜的存在方式既可以是的固態(tài)的，也可以是液態(tài)的，其具備較強(qiáng)的滲透性和半滲透性。經(jīng)過(guò)實(shí)際研究可以發(fā)現(xiàn)，膜存在兩個(gè)顯著特點(diǎn)：第一，無(wú)論膜多薄必然存在兩個(gè)界面。從而在兩個(gè)界面中和兩個(gè)側(cè)面的流動(dòng)物體產(chǎn)生接觸 。第二，膜具備選擇透過(guò)性。膜可以將流體中的一種或是多種物質(zhì)進(jìn)行透過(guò)，但是不允許和其他物質(zhì)透過(guò)。針對(duì)膜的選擇透過(guò)性，對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分離或是濃縮的方式就被稱作膜法分離技術(shù)。常見(jiàn)的膜分離法有超濾、微孔過(guò)濾、反滲透和電滲析等。本文將對(duì)應(yīng)用在生活污水處理中的反滲透和超濾膜分離技術(shù)展開(kāi)研究。

2 反滲透原理和膜透過(guò)機(jī)理

滲透現(xiàn)象最早是在1748年被阿貝·諾倫特發(fā)現(xiàn)并得到證明的現(xiàn)象，但是一直到上世紀(jì)五十年代，廣大科學(xué)家才逐漸對(duì)的反滲透分離方式展開(kāi)更深入的研究。

按照物理學(xué)的理論，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以發(fā)現(xiàn)，純凈水的化學(xué)反應(yīng)位要比廢水的化學(xué)反應(yīng)位高，所以純水就可以利用半透膜的工作方式對(duì)廢水進(jìn)行滲透。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，廢水的液面也呈現(xiàn)明顯提升，最后膜的兩側(cè)將呈現(xiàn)固定的液面差。在此環(huán)節(jié)中，滲透也呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)平衡的趨勢(shì)，我們通常也將這種現(xiàn)象稱之為正滲透，而對(duì)于二者中的液面差，也被稱作是滲透壓。在對(duì)廢水側(cè)增加壓力Pa的時(shí)候，將出現(xiàn)Pa大于液面差的情況，因此廢水中的水分子也將逐漸向著具備選擇性的半透膜轉(zhuǎn)變，在此環(huán)節(jié)中，施加的壓力越大，透過(guò)的速度也將得到更顯著的提升，在此種背景下透過(guò)的速度越大，反滲透現(xiàn)象就越明顯。對(duì)淡水海水進(jìn)行滲透，或是對(duì)廢水的凈化都是在此背景下實(shí)現(xiàn)的[1]。

當(dāng)前，普遍認(rèn)為溶解擴(kuò)散理論能對(duì)膜透過(guò)現(xiàn)象進(jìn)行良好說(shuō)明。在該理論中將水分子和溶質(zhì)在膜內(nèi)進(jìn)行溶解，并實(shí)現(xiàn)在膜內(nèi)的擴(kuò)散，但是由于膜自身具備推動(dòng)力，因此濃度差和壓力差效果并不樂(lè)觀。由于溶質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)和水分子擴(kuò)散系數(shù)相比較小，所以高壓作用下水在膜中的移動(dòng)速度也將明顯提升，那么透過(guò)膜的水分子數(shù)量也十分繁多。這也說(shuō)明膜具備較高的選擇性，對(duì)于溶質(zhì)有著較強(qiáng)的截留作用，但當(dāng)前反滲透膜透過(guò)機(jī)理同發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)仍然處于發(fā)展和完善的重要階段，和世界先進(jìn)水平仍然存在一定距離[2]。

3 反滲透在對(duì)生活污水處理中的應(yīng)用

當(dāng)前，國(guó)際社會(huì)普遍存在淡水資源不足的情況，因此生活污水再次利用于工業(yè)生產(chǎn)或城市建筑、居民區(qū)的中水也具備十分積極的影響和作用。在傳統(tǒng)工作中，將生活污水進(jìn)行深度處理就是對(duì)二級(jí)處理水在此進(jìn)行過(guò)濾或是利用活性炭等吸附性較強(qiáng)的物質(zhì)對(duì)水中的各項(xiàng)雜質(zhì)進(jìn)行去除。但是上述方法雖然能在一定程度上減少水中雜質(zhì)，卻很難將水中的有機(jī)物質(zhì)和不溶性雜質(zhì)進(jìn)行去除。而利用反滲透的方式對(duì)生活污水展開(kāi)有效的深度處理，不僅能將水中的有機(jī)物質(zhì)和鹽分進(jìn)行去除，同時(shí)此種方法也是當(dāng)前對(duì)污水進(jìn)行回收利用的最佳方案[3]。

美國(guó)加利福尼亞州的波莫納污水廠是較早開(kāi)展反滲透水的研究地區(qū)。在這個(gè)污水廠中設(shè)置了一臺(tái)日處理可達(dá)37.8 m3的反滲透設(shè)備，對(duì)于二級(jí)處理后的污水資源能進(jìn)行有效處理，經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，其可以對(duì)有機(jī)物和無(wú)機(jī)物進(jìn)行良好的去除。

4 超濾原理和透過(guò)機(jī)理

反滲透環(huán)節(jié)中得出的溶質(zhì)，一般的分子量基本都在500 g/mol以下，在這個(gè)過(guò)程中，溶液的滲透性也很高，所以為了對(duì)滲透壓進(jìn)行克服，我們?cè)诠ぷ鬟^(guò)程中應(yīng)該采用較高的壓力，將水的透過(guò)率控制在0.1 m3/(m2d·)～2.5 m3/(m2d·)。

超濾分離物質(zhì)工作中基本原理就是：被分離出的溶液需要在外界壓力影響下，從而在流速影響下孔徑的超濾上進(jìn)行流動(dòng)，確保溶液中的無(wú)機(jī)離子和低分子量透過(guò)膜，以便微生物和細(xì)菌等物質(zhì)的截留，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)分離和濃縮的目的。

超濾能對(duì)大分子和微粒進(jìn)行截留的主要目的就是在膜表面之間孔徑具備篩分作用。但是一般都認(rèn)為其在分離的過(guò)程中是借助物理作用[4]。

5 膜分離法在生活污水深度處理的綜合研究

膜分離法是當(dāng)前社會(huì)中高新科技領(lǐng)域中全新的學(xué)科，其應(yīng)用范圍比較廣泛，在對(duì)膜法進(jìn)行生活污水的處理過(guò)程中，可以發(fā)現(xiàn)其具備以下特征：

1) 在開(kāi)展分離和濃縮工作的過(guò)程中，不會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，因此相比于其他分離方式，此種方式所耗費(fèi)的能源較低。

2) 膜分離技術(shù)除了適合在有機(jī)物和無(wú)機(jī)物中進(jìn)行應(yīng)用，對(duì)病毒、細(xì)菌乃至微粒的分離上，同時(shí)還可以被應(yīng)用在多種特殊溶液或是體系的分離過(guò)程中，比如我們常見(jiàn)的溶液大分子或是無(wú)機(jī)鹽的分離等。

3) 在膜分離裝置的應(yīng)用上，其具備工藝適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，因此在對(duì)其進(jìn)行規(guī)模處理的過(guò)程中可大可小，操作手段相對(duì)比較簡(jiǎn)單。容易開(kāi)展自動(dòng)化的管理控制工作。作為當(dāng)前社會(huì)發(fā)展中一種全新的水資源處理方式，具備十分顯著的優(yōu)勢(shì)：工作占地面積小、廢水資源的處理效率高等[5]。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著當(dāng)前社會(huì)整體經(jīng)濟(jì)水平的提升和發(fā)展，我國(guó)在資源利用環(huán)節(jié)上也有了顯著的提升，但是當(dāng)前世界上淡水資源的匱乏，給人們的生活和發(fā)展也帶來(lái)了極大的不利影響，同時(shí)淡水資源的缺乏也成為了現(xiàn)階段地區(qū)工農(nóng)建設(shè)和城市發(fā)展中的重要因素。當(dāng)前，我國(guó)的膜分離技術(shù)還存在很大的提升空間，膜技術(shù)也將在我國(guó)得到更廣泛的關(guān)注和重視，人們對(duì)于水資源的認(rèn)識(shí)也將得到顯著提升。通過(guò)對(duì)技術(shù)水平的提升和創(chuàng)新加強(qiáng)此技術(shù)的應(yīng)用，從而有效緩解我國(guó)水資源缺乏的問(wèn)題，為實(shí)現(xiàn)資源的可持續(xù)發(fā)展提供更有效的幫助。

[1] 李雅婕.淺談放射性廢水處理技術(shù)[J].化工技術(shù)與開(kāi)發(fā),2015,40(10):62-64.

[2] 邱建華.淺談我國(guó)廢水處理技術(shù)的研究與進(jìn)展[J].江西化工,2012,62(4):125-128.

[3] 陳志強(qiáng).淺談幾種新型水處理技術(shù)的研究應(yīng)用進(jìn)展[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè),2015,36(7):86.

[4] 賈榮霞.淺談循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水處理技術(shù)及運(yùn)行管理[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2014,58(25):590-592.

[5] 付偉,劉光偉.淺談反滲透膜法工藝在核電站海水淡化中的應(yīng)用[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2014,33(5):3-3.