正滲透膜處理城市生活污水實(shí)驗(yàn)研究

吳益鋒 顧菁華 陳峰 劉衛(wèi)勇

（1.紹興市嵊新首創(chuàng)污水處理有限公司，浙江 紹興 312000；2.陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，陜西 延安 716099；3.嵊州市君集污水深度處理有限公司，浙江 紹興 312000）

地球水資源豐富，水域覆蓋面積達(dá)70.8%，但對(duì)于人類生存需要的淡水資源卻十分有限，僅僅占到不足0.3%，且具有區(qū)域分布的特征，東南地區(qū)淡水資源豐富，西北地區(qū)淡水資源匱乏。隨著人口的逐漸增多以及工業(yè)的迅速發(fā)展，淡水資源狀況不斷惡化，水資源的浪費(fèi)和污染日趨嚴(yán)重。國家在水資源保護(hù)方面制定了大量的政策，給淡水資源的保護(hù)提供了有利的支持。我國城市化發(fā)展加劇，城市生活用水及污水排放量逐漸加大，排放出的生活污水量增大，給污水處理帶來了較大的壓力。目前城市污水處理方法較多，包括活性污泥法、生物膜過濾等，部分城市污水處理管網(wǎng)設(shè)備老舊，基本配套設(shè)施完善不足，污水處理效果不達(dá)標(biāo)，脫氮除磷效果不理想。因此，需要在傳統(tǒng)污水處理工藝及實(shí)施上有新的推進(jìn)。膜分離技術(shù)作為當(dāng)前新興水處理技術(shù)，具有諸多的優(yōu)點(diǎn)，被得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。

張高旗等（2013）利用海水作為驅(qū)動(dòng)液，分析了正滲透技術(shù)對(duì)生活污水的處理效果[1]；崔迎等（2010）分析了正滲透膜分離技術(shù)的原理及特征，探討了制備提取液的相關(guān)工藝[2]；李潔等（2017）分析了O-MD 集成工藝在海岸城市污水處理的性能指標(biāo)，證實(shí)了該工藝具有高效的FO汲取劑回收率，能較好的除去城市生活污水中污染物[3]；劉曉靜等（2016）介紹了FO 工藝技術(shù)原理及方法，探討了在城市污水處理中的應(yīng)用，展望了FO技術(shù)的未來發(fā)展[4]。就目前研究及應(yīng)用情況來看，膜分離技術(shù)具有污染低、能源消耗低、處理效果好的優(yōu)勢，且驅(qū)動(dòng)液可以循環(huán)使用，降低了工藝成本。文章通過美國HTI公司生產(chǎn)的TFC-ES正滲透膜設(shè)備，以海水作為驅(qū)動(dòng)液，通過分析對(duì)城市生活污水的處理，為正滲透膜在城市污水處理的應(yīng)用提供借鑒。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及分析流程

實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括設(shè)備支架、正滲透膜組件、塑料桶、電子天平、壓力計(jì)、溫度計(jì)、離心泵等，在膜組件中原料液和驅(qū)動(dòng)液在膜兩邊進(jìn)行錯(cuò)流運(yùn)行。膜材料為美國HTI公司生產(chǎn)的TFC-ES正滲透膜設(shè)備，孔徑0.04μm，利益電子顯微鏡觀察膜表面類似于篩網(wǎng)較為粗糙，結(jié)構(gòu)致密并具有多孔。

實(shí)驗(yàn)原料液來源于城市生活污水排污口調(diào)節(jié)水池，產(chǎn)生于城市居民樓、地下排污系統(tǒng)、餐館及酒店等城市常見生活設(shè)施。一般生活污水在在排出口首先進(jìn)行沉降，然后通過機(jī)械格柵過濾，去除掉大型固體顆粒雜質(zhì)，然后泵送入調(diào)節(jié)水池中。對(duì)調(diào)節(jié)水池中污水進(jìn)行水質(zhì)化驗(yàn)，結(jié)果見表1所示。

表1 污水調(diào)節(jié)池水質(zhì)化驗(yàn)分析

驅(qū)動(dòng)液來源于海水，使用前需要進(jìn)行過濾，去除掉里面的雜質(zhì)，對(duì)過濾后的驅(qū)動(dòng)液進(jìn)行水質(zhì)分析。實(shí)驗(yàn)過程參考《水與廢水檢測分析方法》，氨氮測定利用納式試劑法，亞硝酸鹽和硝酸鹽的測定利用分光光度法。并利用水通量、截留率、驅(qū)動(dòng)溶液逆向滲透率來評(píng)價(jià)正滲透膜性能。

2 TFC-ES正滲透膜性能

對(duì)于正滲透膜而言在實(shí)施過程不同的朝向會(huì)給處理帶來不同的效果，由于污水中帶有大量污染物質(zhì)，因此需要分析不同膜朝向?qū)ξ鬯幚硐到y(tǒng)效果的影響。首選將正滲透膜活性層向原料液，支撐層向驅(qū)動(dòng)液，各自體積皆為50L，實(shí)驗(yàn)溫度為室溫28℃，流量控制為1L/min，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)運(yùn)行2h，分析過程每隔10分鐘記錄一次驅(qū)動(dòng)液下方電子天平讀數(shù)，并計(jì)算出水通量大小。并每隔10分鐘在驅(qū)動(dòng)液內(nèi)進(jìn)行取樣化驗(yàn)測定氨氮、亞硝酸鹽和硝酸鹽含量，并計(jì)算透過量大小得到截留率（FO模式）。然后再將正滲透膜活性層向驅(qū)動(dòng)液，支撐層向原料液，重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)上述過程（PRO模式）。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1所示，觀察發(fā)現(xiàn)PRO模式下初始水通量值相對(duì)較大，產(chǎn)生了外部濃度差極化和內(nèi)部濃度差縮小的過程。而FO 模式下活性層位于原料液一側(cè)，產(chǎn)生的是外部濃度差縮小和內(nèi)部濃度差極化的過程。其中PRO 模式下水通量下降幅度較大，由于原料液中含有大量的污染物，污染物極易進(jìn)入支撐層中，但被正滲透膜致密層所阻隔，在膜孔中形成堵塞，造成正滲透膜孔隙通過性越來越差，內(nèi)部濃度差逐漸加劇，產(chǎn)生了水通量急劇降低的過程。FO模式下水通量降低較為平緩，這是由于活性層處于原料液一側(cè)，污染物被吸附于活性層表面，并被致密層阻隔，無法進(jìn)入膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，因此，在FO 模式下正滲透膜污染程度較低，水通量下降過程較為緩慢。

圖1 膜朝向?qū)λ康挠绊?/p>

對(duì)于污染液中的氮的截留效果實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果，反應(yīng)出PRO模式下的透過量大于FO模式，F(xiàn)O模式下正滲透致密層在污水一側(cè)，透過膜對(duì)氨氮透過性影響較大，造成實(shí)驗(yàn)結(jié)束后水通量PRO模式大于FO模式。

3 結(jié)語

實(shí)驗(yàn)過程得到的水通量大小以及正滲透膜內(nèi)外流體濃度差極化效果，與流體動(dòng)力學(xué)和污染溶液本身性質(zhì)相關(guān)，本實(shí)驗(yàn)僅僅是以固定流速來進(jìn)行分析。整體實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看兩種模式下截留率都超過了90%，反應(yīng)出具有較好的污水處理效果。