生活污水深度處理中膜法水處理技術探討

趙紅艷

（趙橋鄉(xiāng)環(huán)保工作站，安徽 亳州 236000）

1 膜法水處理技術概述

1.1 技術涵義

膜法水處理技術是將待處理的生活污水推過膜組件，按照物理化學性質來選擇性分離污水中的大分子物質與小分子物質，從而使小分子物質順利通過，并攔截污水中含有的污染性物質，以此來實現(xiàn)污水深度處理的一項技術方法。因此，該方法處理污水的過程為物理過程。

1.2 技術優(yōu)缺點

首先，相比于其他污水處理技術，膜法水處理技術具有可處理多種濾液、獲取高質量濾出水、滲濾液再利用，以及可連續(xù)開展污水深度處理操作的工藝優(yōu)勢。在實際污水處理過程中，應用混凝沉淀法、吸附法等傳統(tǒng)技術時，則需要先將污水靜置一段時間后，使絮狀物形成下沉和活性炭表面開始吸附污染物，所以，其污水處理效率相對較低[1]。根據(jù)實際應用情況來看，膜法水處理技術也存在膜材易形成污垢、前期投資費用與污水處理成本高昂、污水處理效果會受水體pH值與水體溫度等多項因素影響，因此，該技術也有一定的局限性。

2 膜法水處理技術在生活污水深度處理中的具體應用

2.1 超濾技術的應用

超濾技術是使用孔徑在0.05～1.0 μm內的UF超濾膜作為膜材，控制生活污水在外界壓力作用下穿過超濾膜，截留污水中所含的懸浮固體、有機物、膠體等污染物質，該技術會在污水在處理過程中完成凈化、分離與濃縮操作。在實際應用期間，超濾技術有著處理污水量大、操作簡單、系統(tǒng)運行能耗小、原液利用率高、大分子物質分級分離的工藝優(yōu)勢，可有效截留分子量在1000以上的大分子物質及膠體[2]。但膜超濾系統(tǒng)無法有效去除污水中所含有的無機離子，其氨氮元素去除率也較低，且膜組件會頻繁出現(xiàn)結垢堵塞問題，所以，需要每隔2～3個月使用海綿球進行一次膜材除垢作業(yè)。在此基礎上，也可以對超濾污水處理系統(tǒng)設備進行優(yōu)化改造，如安裝螺旋卷式或中空纖維式的新型超濾裝置，便于在污水處理期間加強攪拌、加強湍流操作，避免在膜材表面沉積、粘附水溶性生物大分子和微生物等物質，以此來解決濃差極化問題。

2.2 微濾技術的應用

微濾技術是使用孔徑在0.1～0.2 μm的MF膜，從液相中截留微粒、細菌和其他種類污染物的一種污水處理技術。在實際應用中，可將污水處理過程作為一種篩孔分離過程，是屬于精密過濾技術體系。在處理污水期間，可向待處理生活污水施加0.7～7.0 kpa內的操作壓力值，使污水在壓力作用下穿過MF膜，以此分離溶液和其中含有的細菌、顆粒物與各類膠狀體[3]。在實際處理污水過程中，微濾操作方式可分為死端過濾和錯流過濾。其中，死端過濾也被稱為全量過濾，是在壓力作用下使污水穿過膜孔，在膜面部位截留、堆積超出膜孔的溶質粒子，此方法有著操作簡單的優(yōu)勢，但需要定期清理膜面堆積物，膜面堆積顆粒越多，則膜材滲透率越低，進而會影響污水的處理速度。而錯流過濾是保持膜材表面和溶液流動方向的平行狀態(tài)，控制溶液沿膜面緩慢流動，使其在操作期間形成剪切力，并控制部分膜面上的部分截留物返回至主體流內，以此來維持穩(wěn)定的膜透過速度，避免膜面頻繁堵塞結垢。

根據(jù)應用情況來看，微濾技術有著孔徑均勻、污水過濾速度快、空隙率高、僅需保持較低壓力值的工藝優(yōu)勢，但該方法對于污水中有機物質的去除率相對較低，且膜體易受到污水污染而喪失活性。因此，為了改善污水的處理效果，在應用微濾技術時，一方面要提前對生活污水進行預處理，如在污水中添加適量粉末狀活性炭材料，由活性炭溶解污水中含有的有機物，以此來提升有機物的去除率；另一方面需要選用適當材質的微濾膜，一般情況下可選用陶瓷材質的微濾膜，這樣可使陶瓷表面能夠截留直徑超出膜孔徑的大分子物質，而在孔道內部會吸附小分子物質，以此來維持膜體活性，從而可以長時間保持穩(wěn)定的污水處理效果。

2.3 納濾技術的應用

納濾技術也被稱為低壓反滲透技術，是使用孔徑在0.5～10.0 nm的NF納濾膜來截留污水中80～1000分子量物質。該技術是采取選擇性篩分方式，從污水中分離粒徑為1 nm左右的溶解組分，同時，還可以開展脫鹽、濃縮操作。其中，分離小分子有機物、水體及無機鹽，硫酸鎂、氯化鈣等組分的截留率在60%～90%左右，二價離子與小分子色素等組分的截留率超過98%，而小分子酸堿與單價離子等組分的截留率僅為30%～50%[4]。相比于反滲透等技術方法，納濾技術具有操作壓力低、具備有機小分子分離功能、膜分離效應受離子價數(shù)與濃度等因素影響小的工藝特點，其整體分離性能優(yōu)于微濾技術與超濾技術，所以，該技術主要負責脫除生活污水中的可溶性有機物、硬度成分等污染物。此外，在應用納濾技術時，為改善污水的處理效果，可與生物降解技術搭配使用，先由納濾系統(tǒng)截留污水中分子量不超過100的小分子物質，再對污水中所含有機大分子物質進行生物降解處理，以此來降低所處理的生活污水中的殘留物含量。

2.4 反滲透技術的應用

反滲透技術是使用孔徑值小于1 nm的RO反滲透膜材，以壓力差作為推動力對膜一側污水施加遠超過滲透壓的壓力值，形成1～10 MPa內的靜壓差，控制溶液逆向自然滲透方向滲透膜體，然后推動污水通過反滲透膜，以此分離液體混合物，并截留污水中含有的全部離子。同時，在低壓側與高壓側分別獲取滲透液和濃縮液，使過濾后的純水電導率保持在5 μs/cm、出水電阻率保持在18.2 M·cm左右，并分別達到三級用水標準和二級用水標準[5]。一般情況下，該技術多用于去除生活污水中含有的可溶性金屬鹽、膠體粒子、有機物、懸浮物等物質，具有脫鹽率高、透水性強、氯化鈉截留率超過98%的工藝優(yōu)勢，但對入流水水質有著較高要求。

當前，在生活污水深度處理項目中，反滲透技術逐漸取代了原有的混凝沉淀、活性炭吸附等技術，可有效去除污水中的有機物和不溶性雜質，也可以有效去除污水鹽類成分，且處理后的污水具備二次利用條件。同時，該技術需要合理設定施加壓力值，壓力值越大，則生活污水透過RO反滲透膜材的速度越快，但要提前對待處理生活污水進行預處理，并搭配使用沉降、活性炭吸附、pH值調節(jié)等方法，直至預處理后的污水水質達到反滲透處理要求為止。

2.5 電滲析技術的應用

電滲析技術是采取電位差的分離方式，在電場作用下以電位差作為推動力，通過半透膜來選擇性分離生活污水中的不同溶質粒子，以控制污水中含有的帶電溶質粒子的遷移，并使陰離子在穿透陽膜與陰膜時分別開展向負極運動和向正極運動，以此來實現(xiàn)溶液淡化、濃縮的生活污水處理目的。相比于其他膜法水處理技術，電滲析技術主要適用于去除污水中的電解質離子，其具有系統(tǒng)運行能耗低、熱穩(wěn)定性好、機械強度高的工藝優(yōu)勢，但在污水處理期間無法有效分離有機物，且時常會出現(xiàn)裝置結垢問題，所以，對此問題需要予以重視。此外，電滲析技術還可以分離、回用生活污水中所含的電解質離子，以此減少污水的處理成本。例如，城市生活污水中普遍含有高濃度木質素，當采取納濾、超濾等技術時，其處理效果并不理想，所排污水也極易造成二次污染，而應用電滲析技術，可依托電場作用控制木質素穿過單陽膜，而木質素經過凝聚、分離處理后，會明顯降低污水濃度，以此確保所排放的生活污水不會造成二次污染。同時，還可以將回收的木質素用作高分子原料、環(huán)氧樹脂添加劑、動物飼料添加劑等。

3 膜法水處理技術在生活污水深度處理中的應用策略

3.1 應用組合污水處理技術

根據(jù)生活污水深度處理情況來看，雖然膜法水處理技術具有同時進行濃縮分離、適應性強等極為顯著的工藝優(yōu)勢，但也存在著明顯的工藝局限性。如果在污水處理系統(tǒng)中僅采取膜法水處理單一技術，難以有效去除污水中含有的各類污染物質，而且還會時常出現(xiàn)膜污染、膜堵塞現(xiàn)象，會造成污水的實際處理效果與生活污水的處理要求存在一定差距。因此，為突破單一技術的局限性，進一步提高污水處理的質量，需要組合應用膜法水處理技術和其他技術。當前，常用的組合技術包括膜生物反應技術、粉末活性炭－超濾膜技術、混凝－超濾技術[6]。具體應用情況如下。

3.1.1 膜生物反應技術

膜生物反應技術是先后采取膜分離、微生物降解方法對生活污水進行固液分離、降解有機物、過濾處理的一項污水處理技術。該技術的處理系統(tǒng)由膜分離單元、生物處理單元兩部分組成。在生活污水深度處理項目中，膜生物反應技術取代了傳統(tǒng)的活性污泥法，具有污泥產出量少、污水分離效果顯著、處理后污水渾濁度接近于零、操作靈活、處理效果穩(wěn)定的工藝優(yōu)勢，因此，具備大面積推廣的技術條件，同時也被廣泛應用于工業(yè)廢水處理等其他領域。

膜生物反應技術是由CCAS連續(xù)循環(huán)曝氣、動態(tài)內循環(huán)、組合式污水處理三類工藝組成。其中，CASS連續(xù)循環(huán)曝氣工藝是設置15 mm間隙機械格柵與沉砂池等設施對污水進行預處理，隨后流入CCAS反應池內進行除磷、脫氮、有機物生物降解、去除溶液懸浮物等一系列操作，再由膜處理分離單元過濾溶液中的水溶性大分子物質以及懸浮物，經處理后其出水達到排放標準、BOD與COD的去除率超過95%、氮磷去除率在80%以上。動態(tài)內循環(huán)工藝是保持所處理污水循環(huán)流動狀態(tài)，從而起到增加與污泥接觸次數(shù)、使污水與污泥處于理想混合狀態(tài)、強化過濾效果的作用，相比于其他工藝，此項工藝可降低人工操作要求、節(jié)省污水在處理成本和徹底解決系統(tǒng)錯流問題。而組合式污水處理工藝是在處理系統(tǒng)中設置EDSB膨脹顆粒污泥床等新型設備，使污水處理期間進行厭氧生物和污水反應，先由膜生物反應器濾除污水中分布的有機污染物和懸浮物，再由膨脹顆粒污泥床降解污水中的難降解有毒物質。

3.1.2 粉末活性炭－超濾膜技術

粉末活性炭－超濾膜技術簡稱為PAC-FU工藝，是在UF裝置內循環(huán)水流中添加適量的粉末狀活性炭材料，再由活性炭吸附水流中分布的低分子物質，并向固相轉移溶解性有機物，經過處理后，再將水流穿過超濾膜去除活性炭粉末，從而起到去除低分子物質、大分子細菌、溶解性有機物的污水處理效果。同時，添加粉末活性炭材料，還可以改善酚去除效果和預防膜污染問題出現(xiàn)，從而始終維持較高的膜比流量。

3.1.3 混凝－超濾技術

混凝－超濾技術是在生活污水中投放混凝藥劑，使污水中的細微懸浮物以及膠體粒子出現(xiàn)脫穩(wěn)現(xiàn)象，使之在一段時間后形成礬花，并在污水穿過超濾膜時形成濾餅層，再在濾餅層上截留、沉積親水性物質，從而完成污水處理操作。該技術能有效去除有機物分子，但需要定期清理濾餅層的沉積物來恢復膜通量。

3.2 提升水處理膜的性能

在現(xiàn)代生活污水深度處理項目中，呈現(xiàn)出污水產生量逐年增加、污水成分愈發(fā)復雜的趨勢，這對污水的處理效果以及能力提出了更高要求，如提升水處理膜的性能，避免在實際使用期間頻繁出現(xiàn)膜材受污、堵塞、結垢問題，力爭滿足污水處理的實際需要。由此，為了改善該技術的應用效果，需要重點提升水處理的膜性能，從抗污染性能、膜通量、適應性、機械強度四方面著手。首先，在抗污染方面，使用具備強大抗微生物繁殖能力的新型膜材，如GE特種抗污染反滲透膜，作為新一代膜元件，GE膜采取三層復合結構與錯流過濾方式，膜孔徑為0.001 μm，適用于處理含鹽量在8000 ppm以內的生活污水，其平均脫鹽率一般保持在99.5%左右。這樣既可以保障污水的處理效果，又可以減少膜污染問題的出現(xiàn)。其次，在膜通量方面，對于膜材的強度、孔徑值和制作工藝進行改進，使用PVDF、PP等材質膜料，或是選用由TIPS或是NIPS工藝制成的膜材，以此來提供單位時間內通過膜面濾出的水量，這將顯著增加水處理膜的使用壽命。然后，在適應性方面，根據(jù)生活污水深度處理要求、實際處理工況以及預處理要求來研發(fā)、選用對應種類的水處理膜，如在應用超濾技術時，可選擇第3代的陶瓷膜，相比于醋酸纖維素膜、聚乙烯薄膜、聚醋酸乙烯膜等水處理膜而言，陶瓷膜的強度更高。最后，在機械強度方面，要優(yōu)先使用具備良好耐磨性、耐熱性與較高機械強度的膜組件，或是直接將膜制作在高強度的支撐材料上。

4 結語

綜上所述，為實現(xiàn)生活污水的深度處理目標，解決淡水資源短缺問題，應及早實現(xiàn)水資源的循環(huán)利用。所以，污水處理廠必須認識到膜法水處理技術的應用價值，且要深入了解各項具體技術手段及污水處理原理，并落實應用組合污水處理技術、提升水處理膜性能兩項措施，以此來實現(xiàn)膜法水處理技術的理想應用效果。