膜技術(shù)在城市污水處理中的應(yīng)用及前景

梁萍

摘 要：近年來，我國城市污水產(chǎn)生量越來越大，而傳統(tǒng)處理方法效果不理想。與其他污水處理技術(shù)相比，膜技術(shù)具有能耗低、分離效率高、不會產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點。隨著膜技術(shù)的發(fā)展、膜性能的提高及其成本的不斷降低，其在城市污水處理領(lǐng)域獲得較為廣泛的應(yīng)用。因此，本文分析了膜分離技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容，并總結(jié)膜技術(shù)在城市污水處理中的經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：膜技術(shù);城市污水;城市;處理

中圖分類號：X703文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）02-0074-03

The Application and Prospect of Membrane Technology in Urban Wastewater Treatment

LIANG Ping

（Shandong Jinhuimo Technology Co.， Ltd.，Zhaoyuan Shandong 265400）

Abstract： In recent years， the amount of urban sewage generated in China has been increasing， but the effect of traditional treatment methods is not ideal. Compared with other sewage treatment technologies， membrane technology has the advantages of low energy consumption， high separation efficiency and no secondary pollution. With the development of membrane technology， the improvement of membrane performance and the continuous reduction of its cost， it has been widely used in the field of urban sewage treatment. Therefore， this paper analyzed the relevant content of membrane separation technology and summarized the experience of membrane technology in urban sewage treatment.

Keywords： membrane technology;city sewage;city;treatment

隨著城市化進程的加快，城市污水已經(jīng)嚴重影響城市及其周圍的水環(huán)境。目前，我國城市污水處理效率相對較低，部分城市生活污水不能經(jīng)過處理后達標排放，導致水環(huán)境形勢嚴峻。近年來，隨著社會經(jīng)濟的進一步發(fā)展，人們的生活水平顯著提高，對環(huán)境與能源問題的重視度越來越高。

傳統(tǒng)的污水處理方法（如活性污泥法等）受工藝條件和技術(shù)的限制，導致我國城市污水處理效率低、投資大、成本高，容易對環(huán)境造成二次污染[1-3]。膜技術(shù)是一種新型分離、凈化與濃縮技術(shù)，其分離過程清潔，操作簡單，能耗低，化學藥劑用量少，因此其在污水處理領(lǐng)域獲得較為廣泛的應(yīng)用[4-6]。隨著膜技術(shù)的發(fā)展、膜性能的提高及其成本的不斷降低，采用膜技術(shù)對城市污水進行處理越來越受歡迎。本文對膜技術(shù)進行簡要敘述并說明其優(yōu)點，總結(jié)了膜技術(shù)在城市污水處理中的經(jīng)驗。

1 膜技術(shù)簡介

生物膜是一種具有特定分離功能的高分子材料，因其本身具有特殊的選擇透過性，可用于分離具有不同物理性質(zhì)的混合物。膜分離技術(shù)是指在分子水平上以選擇性透過膜為分離介質(zhì)，在外力的推動下，對混合物進行分離、提純、濃縮等處理的一種新型分離方法[7-8]。根據(jù)性質(zhì)的不同，生物膜可分為固相膜、液相膜和氣相膜。目前使用較多的為固相膜。根據(jù)分離膜所受驅(qū)動力的不同，其分為壓力驅(qū)動膜、濃度驅(qū)動膜、電驅(qū)動膜和熱驅(qū)動膜。以壓力和濃度為驅(qū)動力的膜分離技術(shù)主要包括微濾、超濾、納濾、反滲透、滲析、電滲析、滲透蒸發(fā)和氣體分離等[9-10]。

膜分離技術(shù)作為一種新型污水處理技術(shù)，有著明顯的優(yōu)點。一是分離效果好。多數(shù)情況下，膜分離可以在納米水平上對混合物進行分離，同時能夠去除水中的天然有機物、化學藥劑及細菌等微生物。二是分離能耗低。普遍情況下，膜分離過程不會發(fā)生相變，可以極大地降低能量損耗。同時，膜分離過程大多在常溫環(huán)境下進行，不需要加熱或者冷藏，從而可以進一步減少消耗及污染。三是操作簡便。大部分膜分離設(shè)備不需要運動部件，分離裝置簡單，一般不需要維護，可靠度較高。四是低價環(huán)保。膜分離過程一般不需要添加藥劑，不但降低了分離成本，而且能夠避免藥物添加引起的二次污染。五是集成度高。正常情況下，膜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間少，自動化程度高，基本不需要人力維護。六是應(yīng)用廣泛。膜技術(shù)與蒸發(fā)、吸附、萃取、化學反應(yīng)、生物技術(shù)等進行有機結(jié)合，可形成膜蒸餾、膜分相、液膜、膜萃取和膜生物反應(yīng)器等一系列新型技術(shù)。

1.1 超濾膜技術(shù)

超濾是在壓力作用下溶液中的溶劑與其他低分子量溶質(zhì)穿過膜上微孔到達膜的另一側(cè)，而高分子量和其他乳化膠團則被截留，從而實現(xiàn)物質(zhì)分離。超濾的原理是膜的篩分，同時膜的靜電作用也可截留。

超濾膜除具有耗能低、操作簡單、避免二次污染等特點外，還具有以下優(yōu)點。一是穩(wěn)定性強。超濾膜具有耐酸、耐堿、耐水解的化學性能，這使它可以廣泛地應(yīng)用于具有各種強酸強堿及有機溶劑的生產(chǎn)場所，如處理工業(yè)廢水。二是超濾膜耐高溫可達140 ℃，所以該技術(shù)可以用高溫蒸汽和環(huán)氧乙烷殺菌消毒。三是過濾精細超濾膜技術(shù)可截留的分子量為500～500 000，其分子直徑為0.002～0.100 ?m，操作的靜壓差為0.1～0.5 MPa，被截留的分子直徑0.005～10.000 ?m?？扇コ?9.99%的膠體、細菌、懸浮物等有害物質(zhì)。

1.2 納濾技術(shù)

納濾是介于反滲透和超濾之間的膜分離技術(shù)。通常，操作壓≤1.50 MPa、截留分子量200～1 000、NaCl的截留率≤90%的膜可以認為是納濾膜。它既能截留可透過超濾膜的那部分小分子量有機物，又能透析被反滲透所截留的無機鹽。納濾需要的操作壓力較低，可有效減少設(shè)備投資。

納濾膜多用于水的深度處理，它可以除去應(yīng)用水消毒過程中產(chǎn)生的微毒副產(chǎn)物、殺蟲劑、碳酸鹽、硫酸鹽、重金屬和無機鹽等。因此，其被廣泛應(yīng)用于水的軟化處理、紡織、印染水處理及電鍍廢水處理等。

1.3 反滲透膜技術(shù)

反滲透又稱逆滲透，是滲透的一種反向遷移運動。反滲透膜技術(shù)是以壓力差為推動力，從溶液中分離出溶劑的膜分離操作，即對膜一側(cè)的料液施加壓力，當壓力超過它的滲透壓時，溶劑會逆著自然滲透的方向進行反向滲透。反滲透膜能截留水中的各種無機鹽、膠體物質(zhì)和大分子溶質(zhì)，從而取得凈制的水。

反滲透具有無相變、組件化、易操作、占地面積小和耗能低等優(yōu)點，因而被廣泛地應(yīng)用于海水和苦咸水的淡化、水的軟化以及食品廢水、醫(yī)藥工業(yè)廢水、化學工業(yè)廢水的提純、濃縮和分離等方面。此外，反滲透技術(shù)在預除鹽處理方面也達到了較好的效果，能夠極大地降低離子交換樹脂的負荷，樹脂的再生劑用量也可減少90%。因此，其不僅可以節(jié)約費用，還有利于環(huán)境保護。反滲透技術(shù)還可用于去除水中的微粒、有機物質(zhì)、膠體物，減輕離子交換樹脂的污染，延長其使用壽命。

1.4 膜生物反應(yīng)器技術(shù)

生物膜技術(shù)是一種新型生物技術(shù)，通過培養(yǎng)各種活性菌，使其附著在由固體介質(zhì)組成的濾料表面，進而加工形成一層生物膜，通過分解轉(zhuǎn)化污水中的富營養(yǎng)物而實現(xiàn)對污水的有機處理，如圖1、圖2所示。生物膜是由大量的細菌、真菌、原生動物及藻類組成的生態(tài)系統(tǒng)。它由好氣層、厭氣層、附著水層和流動水層構(gòu)成。污水中的有機物先經(jīng)過附著水層吸附，再由好氧區(qū)進行好氧分解，然后由厭氧區(qū)進行厭氧分解。流動水層則可以沖掉老化的生物膜，促進新的生物膜生長。生物膜法具有成本低、易管理和凈化范圍廣等優(yōu)點。但是，其對環(huán)境溫度要求高，固化介質(zhì)需要時常更換，因此要嚴格做好工藝設(shè)計，有效控制運行條件，這在一定程度上增加了生產(chǎn)成本。

膜生物反應(yīng)器則將生物膜和高分子膜有效結(jié)合，它利用膜分離技術(shù)，極大地彌補了生物膜需要定時更換介質(zhì)的缺點。膜生物反應(yīng)器技術(shù)不僅增強了生物膜的作用效率，提高了污泥的生物活性，還可以對泥齡和水力作用時間進行單獨控制。

2 膜技術(shù)在城市污水處理中的應(yīng)用研究

近年來，隨著人們的環(huán)保意識不斷增強與膜技術(shù)的不斷發(fā)展，膜技術(shù)在城市污水處理中得到越來越廣泛的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

2.1 造紙廢水處理

造紙廢水含有大量的木質(zhì)素、半纖維素、糖類和其他毒性物質(zhì)，是我國主要的工業(yè)污染源之一。通常，造紙廢水處理采用酸化法和超濾法相結(jié)合的辦法。超濾法可以將造紙剩下的漿液濃縮起來，提取廢水中的木質(zhì)素，同時可以用來處理造紙工業(yè)產(chǎn)生的黑液，對COD的去除率高達98%。另外，其還可以將制漿廢液中的漂白粉等有害物質(zhì)去除。經(jīng)過濃縮提取的木質(zhì)素可以用于制作其他化工產(chǎn)品，處理過的水也可以重新進入工藝使用，實現(xiàn)了生產(chǎn)工藝的環(huán)保再生功能。

2.2 紡織印染廢水處理

紡織印染廢水含有大量的無機鹽和有機物，而且色度高，成分復雜，因而難以用生物化學方法處理。傳統(tǒng)的處理工藝如活性污泥法、沉降法等都難以達到理想效果。因此，人們可以采用活性污泥法與納濾相結(jié)合的處理方法。活性污泥法可以對污水中的有機物進行降解處理，而納濾可以對染料廢水進行濃縮。通常，水溶性染料的相對分子質(zhì)量是300～1 500，納濾技術(shù)正好適用于上述區(qū)間。處理后的染料廢水主要包括濃縮液和淡水。該淡水可返回生產(chǎn)工藝重復使用。而濃縮液含有大量可用成分，可用作原料，經(jīng)過處理，印染污水的80%～90%都可以回收再利用，大幅度降低生產(chǎn)成本。

2.3 重金屬廢水處理

在冶金生產(chǎn)等金屬加工業(yè)中，廢水通常來自生產(chǎn)過程的大量沖洗，導致廢水含有大量的鐵、鋅、銅和鎳等重金屬。由相關(guān)試驗可以得出，含大量重金屬的廢水超濾處理后，濃縮液中重金屬的含量極高。當廢水離子濃度達到340 mg/L時，經(jīng)反滲透處理后，重金屬去除率可以達到99%。利用膜分離技術(shù)對含重金屬的污水進行處理，可以達到低投入、高效率、少污染和可回收再利用的目的。

2.4 城市污水回收利用

城市污水作為一種潛在的水資源，越來越受到人們的重視。將傳統(tǒng)水處理方法（如活性污泥法等）與膜處理技術(shù)相結(jié)合，可以提高污泥濃度，簡化工藝流程，同時可以減少污泥排放，極大地提高污水處理效果。

3 結(jié)論

近年來，隨著人類社會的不斷進步，環(huán)境污染問題已經(jīng)越來越受到人們的重視。水資源問題逐漸受到人們關(guān)注，膜技術(shù)在城市污水處理方面的應(yīng)用不但提高了生產(chǎn)效率，降低成本，而且可以滿足不同條件下的水質(zhì)需求，實現(xiàn)了污水的再利用，具有極大的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。膜技術(shù)在城市污水處理方面的應(yīng)用越來越廣泛，在城市污水處理方面扮演著越來越重要的角色，可以為城市污水資源化利用提供有力支持。

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