膜法水處理技術(shù)在生活污水深度處理中的應(yīng)用研究

趙學(xué)仕 張馨藝

（云南碧藍(lán)環(huán)境工程有限公司 云南昆明 650100）

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，我國環(huán)境保護(hù)工程的發(fā)展進(jìn)程也在日益完善。膜法水處理技術(shù)作為一種新興的水處理技術(shù)正逐漸受到業(yè)內(nèi)越來越多的關(guān)注，膜法水處理技術(shù)在應(yīng)用過程中由于不涉及化學(xué)反應(yīng)，因此不易發(fā)生二次污染，同時(shí)具有分離裝置簡便、節(jié)約空間以及易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)[1]。在目前生活污水深度處理方面，膜法水處理技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，并且在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮著重要的作用，因此需要技術(shù)人員靈活、合理的應(yīng)用膜法水處理技術(shù)，更好地提升生活污水的利用率，滿足環(huán)境保護(hù)的要求。

1 膜法水處理技術(shù)概述

1.1 膜法水處理技術(shù)原理

膜法水處理技術(shù)是超濾（UF）、微濾（MF）、納濾（NF）、反滲透（RO）、EDI以及其他不同膜過程有機(jī)地結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)去除生活污水中污染物目的的深度水處理技術(shù)。在膜法處理技術(shù)的應(yīng)用中，膜屬于最基礎(chǔ)的部分，膜指的是流體間存在的薄凝聚物質(zhì)，在應(yīng)用膜的基礎(chǔ)上可以使流體被分隔成為兩部分，且在兩部分物質(zhì)間能夠使傳質(zhì)作用得到發(fā)揮。一般情況下，膜的存在形式有兩種，固態(tài)和液態(tài)，且其具有半滲透性和滲透性的特點(diǎn)。根據(jù)調(diào)查顯示，膜具有兩個(gè)明顯的特點(diǎn)，第一，有膜的存在就必然會(huì)有兩個(gè)界面，膜通過界面分別和流體進(jìn)行接觸；第二，選擇透過性，選擇透過性膜是具有活性的生物膜，它對(duì)物質(zhì)的通過具有半透膜的物理性質(zhì)，具有主動(dòng)選擇性。膜法水處理技術(shù)主要通過膜的這兩個(gè)特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)溶液的濃縮和分離[2]。

1.2 超濾（UF）技術(shù)

超濾技術(shù)是一種能夠?qū)⒁后w內(nèi)部分子進(jìn)行過濾、濃縮的分離技術(shù)，其分離密度介于微濾（MF）與納濾（NF）之間。超濾膜技術(shù)原理是指液體在壓力的作用下，液體中的低分子溶質(zhì)通過濾膜上空隙達(dá)到濾膜另一側(cè)的過程，使高分子溶質(zhì)和水中雜質(zhì)以及其它物質(zhì)被截留在濾膜上，從而實(shí)現(xiàn)液體過濾分離以達(dá)到液體的凈化效果。超濾膜技術(shù)是本質(zhì)液體在濾膜上做橫向流動(dòng)，并按照拉力與分子量的大小來選擇性過濾的過程，一些過濾后無法穿過濾膜的大分子物質(zhì)通過超濾膜技術(shù)的濃縮作用后將會(huì)慢慢排放到排放液中，這使我們可以對(duì)排放液再次處理以實(shí)現(xiàn)水資源再利用的目的。

1.3 反滲透（RO）技術(shù)

反滲透技術(shù)又稱作逆滲透技術(shù)，它通過液體內(nèi)部的壓力差作用實(shí)現(xiàn)溶液、溶劑分離的膜分離技術(shù)，我們通過對(duì)膜的一側(cè)施加壓力，當(dāng)壓力超過溶液的滲透壓時(shí)，溶劑就會(huì)逆著自然流動(dòng)的方向做反向滲透，在膜的低壓側(cè)得到滲透液，而在高壓側(cè)得到濃縮液。反滲透技術(shù)在20世紀(jì)50年代才被深入研究，在實(shí)驗(yàn)過程中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)可以通過膜的孔徑對(duì)廢水進(jìn)行滲透，從而得到純凈水，滲透實(shí)驗(yàn)過程中，廢水液面明顯上升，但卻不會(huì)一直上升，直到出現(xiàn)固定的液面差。在此過程中，由純凈水向廢水滲透叫做正滲透，通過向廢水施壓實(shí)現(xiàn)滲透的工程叫做反滲透，滲透率一般在0.1-2.5m3/m3d，由于反滲透膜膜的孔徑僅為0.0001μm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于細(xì)菌和病毒的體積，只有水分子和部分對(duì)人身體有益的礦物質(zhì)元素被允許通過，對(duì)人身體有害的重金屬雜質(zhì)將會(huì)被排出，因此反滲透膜又被稱為人體外高科技腎臟。

1.4 EDI技術(shù)

EDI技術(shù)是一種全新的純水凈化和純水制備技術(shù)，它的特點(diǎn)是可以完成水的深度除鹽，解決了水的酸堿再生問題，更加契合環(huán)保要求。EDI是電滲析技術(shù)和離子交換技術(shù)的結(jié)合，通過溶液中陰陽離子交換和膜的選擇性滲透以及離子交換作用，在溶液中直流電場的作用下實(shí)現(xiàn)離子的定向遷移，從而完成水的深度脫鹽效果。在除鹽的同時(shí)，水通過電解反應(yīng)產(chǎn)生的氫離子和氧離子交換樹脂實(shí)現(xiàn)水的再生，因此不再需要酸堿再生制造純水，EDI技術(shù)具有裝置簡便、節(jié)約時(shí)間和成本以及應(yīng)用領(lǐng)域廣發(fā)特點(diǎn)，被稱為水污染深度處理技術(shù)的綠色革命[3]。

2 膜法水處理技術(shù)應(yīng)用探究

2.1 案例分析

現(xiàn)如今，膜法水處理技術(shù)作為一種新興水處理技術(shù)正受到來自業(yè)內(nèi)越來越多的關(guān)注。在膜法水處理技術(shù)在生活污水深度處理實(shí)際應(yīng)用過程中，如何減輕膜污染、提高膜的利用率是問題的關(guān)鍵所在，為此不同膜技術(shù)通常會(huì)組合使用，以達(dá)到生活污水深度處理的目的。云南省的水環(huán)境污染現(xiàn)象普遍，水污染總體呈上升趨勢。城市河流和湖泊是云南省水污染的重災(zāi)區(qū)，河流的點(diǎn)源污染以及湖庫的面源污染日益突出，湖泊水質(zhì)富營養(yǎng)化問題嚴(yán)重，飲用水源的水質(zhì)狀況不容樂觀。一方面是由于工業(yè)和生活廢污水排放增多帶來的水體自凈能力的降低，造成了水體污染；另一方面是水環(huán)境污染又減少了可利用水資源，使得供水矛盾加劇，兩方面互為因果，加劇了云南省區(qū)域性的水環(huán)境問題，因此水資源深度處理問題亟待解決。

我們通過對(duì)云南某污水處理廠進(jìn)行的長期跟蹤調(diào)查，發(fā)現(xiàn)該污水處理廠二級(jí)處理出水檢測SS為 6~8mg/L、BOD5為 2.4~4.6mg/L、COD為12~18mg/L，通過以該出水為原水，設(shè)定微濾/納濾、微濾/反滲透、超濾/納濾、超濾/反滲透四種膜的組合工藝的生活污水深度處理結(jié)果進(jìn)行測定、比較，旨在為該污水處理廠工藝改在提供科學(xué)依據(jù)，從而起到提高生活污水凈化率以及節(jié)約成本目的。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法與裝置

本實(shí)驗(yàn)于污水處理廠內(nèi)進(jìn)行，通過以污水處理廠二級(jí)處理出水為原水，首先經(jīng)過微濾或者超濾處理，再進(jìn)行反滲透或者納濾處理，從而組成四種水處理工藝，并對(duì)最終出水水質(zhì)進(jìn)行檢測分析。

微濾裝置可以和超濾裝置共同使用，其共用一套裝置（取水泵、砂濾器、水箱以及清洗系統(tǒng)），微濾需要?dú)馑礇_洗需要空氣壓縮機(jī)，超濾只需用水沖洗即可。主要系統(tǒng)包括：計(jì)量箱、計(jì)量泵、增壓泵、過濾器、產(chǎn)水箱、反洗泵、反沖洗藥劑自動(dòng)添加系統(tǒng)等。

納濾裝置和反滲透裝置共用一套裝置（包括同一套清洗裝置），同時(shí)為提高產(chǎn)水率，納濾和反滲透各使用三個(gè)膜元件，其中兩只膜元件用于過濾原水，另一只膜元件過濾前兩只膜元件后的水，并保持串聯(lián)。主要系統(tǒng)包括：計(jì)量箱、計(jì)量泵、增壓泵、高壓泵等。

2.3 結(jié)果分析

我們首先通過重鉻酸鉀法對(duì)出水COD進(jìn)行檢測對(duì)比，通過檢測發(fā)現(xiàn)微濾/反滲透和超濾/納濾技術(shù)對(duì)COD的去除效果相同，COD的去除率約為17.8%，而微濾/反滲透和超濾/反滲透對(duì)COD的去除率約為20%和38.3%，可以看出在COD的檢測過程中，微濾/反滲透和超濾/納濾對(duì)COD去除效果要超過微濾/納濾和超濾/反滲透；我們采用水樣稀釋的方法來對(duì)出水BOD5進(jìn)行檢測對(duì)比，通過檢測發(fā)現(xiàn)微濾/反滲透和超濾/納濾技術(shù)對(duì)BOD5的去除效果相同，僅為12.5%，而微濾/反滲透和超濾/反滲透對(duì)BOD5的去除效果分別約為50.6%和55.8%，同樣微濾/反滲透和超濾/反滲透BOD5的去除效果要超過微濾/反滲透和超濾/納濾；我們通過重量法對(duì)出水SS進(jìn)行檢測，結(jié)果與COD和BOD5結(jié)果一致。

可見，以微濾/反滲透和超濾/納濾為前后的水處理工藝有助于去除廢水中的COD、BOD5、SS，尤其是對(duì)廢水中BOD5的去除率提升較大。主要原因包括：①用微濾作為與處理工藝，可以保證接下來的反滲透技術(shù)運(yùn)行更加穩(wěn)定，過濾壓差變化較小，使得反滲透工藝技術(shù)充分發(fā)揮作用，從而保證了出水水質(zhì)；②通過超濾技術(shù)作為預(yù)處理可以提升納濾的膜通量，延長納濾膜的使用周期和沖洗周期，從而保證出水水質(zhì)。

2.4 電耗分析

運(yùn)行費(fèi)用主要包括電費(fèi)、保安過濾器棉芯費(fèi)用、膜清洗藥劑費(fèi)用，相對(duì)于電費(fèi)后兩者費(fèi)用大可以忽略不計(jì)，在此前提下運(yùn)行費(fèi)即是用電消耗費(fèi)用。通過測算，四種膜組合工藝消耗電量如表1所示。

表1 各個(gè)膜組合工藝消耗電量

通過測算結(jié)果可知，使用微濾技術(shù)的兩種膜組合技術(shù)用電量相對(duì)較高，含有反滲透技術(shù)的膜組合高于含有納濾技術(shù)的模組合。究其原因：①微濾膜堵塞現(xiàn)象相對(duì)嚴(yán)重，增加了耗電量；②與超濾技術(shù)相比，微濾反沖洗需要空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行；③由于在實(shí)驗(yàn)前就提供了相對(duì)良好的出水水質(zhì)，所以納濾和反滲透膜的污染較輕；納濾耗電低于反滲透耗電因?yàn)榉礉B透膜孔徑要小于納濾膜孔徑，阻力大，耗電高。因此就綜合耗電而言，超濾/納濾膜組合工藝具有較好的效果。

2.5 產(chǎn)水率分析

產(chǎn)水率檢測是膜法水處理技術(shù)在生活污水深度處理效率的重要環(huán)節(jié)，四種膜組合工藝產(chǎn)水率如表2所示。

表2 各個(gè)膜組合工藝產(chǎn)水率

通過檢測可以發(fā)現(xiàn)，含有微濾的兩個(gè)膜組合工藝與含有超濾的兩個(gè)膜組合工藝產(chǎn)水率基本一致，含有超濾的兩個(gè)膜組合工藝產(chǎn)水率遠(yuǎn)高于含有微濾的兩個(gè)膜組合工藝。其原因可能為：①微濾膜堵塞較為嚴(yán)重；②產(chǎn)水率與前一級(jí)膜通量成正比。因此使用超濾膜為組件時(shí)產(chǎn)水率會(huì)更高。

2.6 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

通過以上對(duì)各種膜組合工藝出水檢測可得以下結(jié)論：①當(dāng)二級(jí)出水優(yōu)先考慮去除COD、BOD5、SS時(shí)，可以采用微濾/反滲透或者超濾/納濾膜組合工藝；②通過檢測可知四種膜組合工藝對(duì)于TP的去除效果均較為理想，能達(dá)到90%以上；③超濾/納濾膜組合工藝具有較好的節(jié)能效果，因此在二級(jí)出水COD、BOD5、SS濃度較低時(shí)，可以優(yōu)先使用該工藝；④當(dāng)使用超濾膜為第一組件時(shí)，會(huì)有好高的產(chǎn)水率。綜上所述，結(jié)合云南當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，超濾/納濾膜組合工藝更加適合該污水處理廠。

3 結(jié)語

我們通過對(duì)膜法水處理技術(shù)原理進(jìn)行概述，并通過實(shí)例著重分析膜法水處理技術(shù)對(duì)生活污水深度處理的應(yīng)用探究，可知在不同情況下膜法水處理技術(shù)應(yīng)用也各不相同，需要我們技術(shù)人員合理、靈活的應(yīng)用。膜法水處理技術(shù)能夠有效去除污染物、凈化水資源，提高生活污水的處理質(zhì)量，因此對(duì)于緩解水資源缺乏、保護(hù)環(huán)境有著重要意義。