基于膜分離技術(shù)的污水處理工藝優(yōu)化與實踐

摘要：為實現(xiàn)污水的高效處理與資源回收，分析膜分離技術(shù)的流程，并利用電化學(xué)水處理技術(shù)優(yōu)化污水處理工藝。在實踐中，選取某化工企業(yè)的化工污水作為試驗用水，測試該方法處理污水的效果。試驗結(jié)果表明，該方法在去除總磷（Total Phosphorus，TP）、總氮（Total Nitrogen，TN）和化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）方面表現(xiàn)出色，去除率均超過99.9%；處理每立方米污水的成本僅為0.97元，能夠有效減輕企業(yè)和個人的經(jīng)濟負(fù)擔(dān)，促進(jìn)污水處理行業(yè)的健康發(fā)展。

關(guān)鍵詞：膜分離技術(shù)；污水處理；工藝優(yōu)化

中圖分類號：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）01-0-04

Optimization and Practice of Wastewater Treatment Technology Based on Membrane Separation Technology

Abstract： To achieve efficient treatment and resource recovery of wastewater， analyze the process of membrane separation technology and optimize the wastewater treatment process using electrochemical water treatment technology. In practice， chemical wastewater from a certain chemical enterprise is selected as experimental water to test the application effect of this method in wastewater treatment. The experimental results show that this method performs well in removing Total Phosphorus （TP）， Total Nitrogen （TN）， and Chemical Oxygen Demand （COD）， with removal rates exceeding 99.9%; the cost of treating each cubic meter of sewage is only 0.97 yuan， which can effectively reduce the economic burden on enterprises and individuals and promote the healthy development of the sewage treatment industry.

Keywords： membrane separation technology; wastewater treatment; process optimization

膜分離技術(shù)憑借其高效的污染物分離能力，在污水處理領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[1-2]。如何進(jìn)一步優(yōu)化膜分離技術(shù)、提高處理效率并降低運行成本，成為亟待解決的問題。本研究提出通過電化學(xué)水處理技術(shù)優(yōu)化污水處理工藝，以期提升污水處理效果并降低成本，為膜分離技術(shù)在污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論及實踐指導(dǎo)。

1 基于膜分離技術(shù)的污水處理工藝優(yōu)化

膜分離技術(shù)已廣泛應(yīng)用于污水處理領(lǐng)域。選擇合適的膜材料和膜組件，并優(yōu)化膜分離工藝的參數(shù)，是實現(xiàn)高效處理的關(guān)鍵。通過深入研究膜分離機理，結(jié)合污水特性，可以設(shè)計出更具針對性的膜分離工藝[3]。此外，與其他污水處理技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，可以進(jìn)一步提高處理效果。

1.1 膜分離技術(shù)的流程

膜分離技術(shù)是利用不同類型的膜針對不同分子進(jìn)行反滲透、離子交換、過濾和傳輸，從而實現(xiàn)物質(zhì)的濃縮和分離。通透性、選擇性是膜的基本特點，這些特點使得膜能夠根據(jù)物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)和規(guī)格，以不同的速率將其依次分離。膜分離技術(shù)流程如圖1所示。

膜分離技術(shù)的分離機理如下。第一，反滲透。利用壓力差，使液體從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域流動。在此過程中，反滲透膜能夠分離并過濾掉微小的離子與雜質(zhì)，達(dá)到凈化水質(zhì)的目的[4]。第二，離子交換。通過離子交換膜吸附并交換水中的帶電離子，實現(xiàn)離子的集中與選擇性分離。第三，吸附。利用材料對物質(zhì)的親和力進(jìn)行吸附，適用于分離中等分子與小分子。第四，過濾。利用過濾膜的選擇性，去除液體中的雜質(zhì)、細(xì)菌、病毒等。

1.2 污水處理工藝的優(yōu)化

電化學(xué)水處理技術(shù)是指在電極或外加電場的作用下，利用特定的電化學(xué)反應(yīng)器，通過電化學(xué)反應(yīng)、物理反應(yīng)或二者的結(jié)合，去除污水中的污染物的過程[5]。利用電化學(xué)水處理技術(shù)的優(yōu)勢，進(jìn)一步優(yōu)化基于膜分離技術(shù)的污水處理工藝，設(shè)計電化學(xué)-陶瓷膜微濾-反滲透設(shè)備，如圖2所示。

由圖2可知，反應(yīng)器主要由陶瓷微濾膜、電極組成，并與進(jìn)水泵出水口連接在一起。出水泵進(jìn)水口和出水口連接在一起，同時把出水輸入物料罐，利用反滲透膜處理出水，完成污水深度處理。在電化學(xué)反應(yīng)過程中，施加6 V恒定電壓，設(shè)定電極間距為

1.5 cm，電極的有效面積為100 cm2。膜材料選用BW30反滲透膜和0.1 μm微濾膜。優(yōu)化后的污水處理流程如圖3所示。第一步，通過電化學(xué)水處理技術(shù)去除污水中的有機物。第二步，利用微濾膜攔截污水中的細(xì)菌與懸浮物。第三步，利用反滲透系統(tǒng)進(jìn)一步過濾污水。第四步，利用生物反應(yīng)器集中處理濃水，并回收處理后的清液。第五步，進(jìn)一步去除水中的各種雜質(zhì)和有毒有害物質(zhì)，達(dá)到一定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后，回用于特定的非飲用領(lǐng)域[6-7]。

2 基于膜分離技術(shù)的污水處理工藝的實踐

2.1 試驗用水

選取某化工企業(yè)的化工污水作為試驗用水，采用優(yōu)化后的污水處理工藝處理試驗用水，在試驗用水終端安裝電化學(xué)-陶瓷膜微濾-反滲透設(shè)備。經(jīng)測試，試驗用水中的K+含量為57.5 mg/L，Na+含量為525.6 mg/L，Mg2+含量為31.4 mg/L，Ca2+含量為124.8 mg/L，總磷（Total Phosphorus，TP）含量為0.8 mg/L，總氮（Total Nitrogen，TN）含量為7.4 mg/L，化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）為24.8 mg/L，總?cè)芙庑怨腆w（Total Dissolved Solids，TDS）含量為6 533.2 mg/L，pH值為7.5。

2.2 試驗儀器和試驗方法

三維熒光光譜（Excitation-Emission Matrix，EEM）

試驗中的主要儀器為珀金埃爾默儀器公司生產(chǎn)的LS-55型號的熒光分光光度計；通過電感耦合等離子體-原子發(fā)射光譜儀測定金屬離子；采用FE20型pH計測定水體的pH值；采用鉬酸銨分光光度法完成紫外可見分光測定；通過752N型號的光度計測定TP、TN；通過速測儀測定COD；采用稱量法測定TDS。

2.3 主要污染物的去除率

采用優(yōu)化后的污水處理工藝對試驗用水實施處理后，統(tǒng)計主要污染物的去除率，如表1所示。

由表1可知，優(yōu)化后的污水處理工藝在去除TP、TN和COD方面表現(xiàn)突出，去除率均超過99.9%。

這一成果不僅證實了該方法的有效性，也進(jìn)一步證明了其在處理水體污染問題上的巨大潛力。該方法在去除TDS方面也表現(xiàn)出色，去除率高達(dá)97%。結(jié)果表明，采用優(yōu)化后的污水處理工藝可以有效降低水中的雜質(zhì)含量，提升水質(zhì)。

2.4 三維熒光分析

選取EEM作為評估污水處理效果的指標(biāo)，EEM能夠表征處理前后水樣的變化情況。污水處理前后的EEM圖譜如圖4所示。

從圖4（a）可以看出，在波長400～450 nm的區(qū)域內(nèi)存在微弱的信號，這與腐殖酸類物質(zhì)的熒光特性相對應(yīng)，表明原水中含有一定量的腐殖酸類有機組分。從圖4（b）可以看出，經(jīng)過處理后的出水，這個范圍內(nèi)的熒光信號完全消失，這說明研究方法能有效去除腐殖酸類物質(zhì)。同時，在250～320 nm、300～350 nm的區(qū)域內(nèi)，熒光信號大幅減弱，表明蛋白質(zhì)類有機物也被有效去除。綜上所述，采用優(yōu)化后的污水處理工藝不僅能夠有效去除腐殖酸類物質(zhì)，還能有效去除蛋白質(zhì)類有機物，對于保護水資源和生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

2.5 經(jīng)濟效益評估

在膜分離技術(shù)優(yōu)化設(shè)計中，經(jīng)濟效益是一個重要的考量指標(biāo)。通過評估廢水處理方案的經(jīng)濟性，可以為決策者提供科學(xué)依據(jù)。在實際應(yīng)用中，通過優(yōu)化工藝參數(shù)、提高膜材料性能、降低能耗等措施，可以降低膜分離技術(shù)的運行成本，提高經(jīng)濟效益。仿真試驗設(shè)置該化工企業(yè)的污水處理總量為1 600 m3/d，分析應(yīng)用化后的污水處理工藝的運行費用，如表2所示。

由表2可知，化后的污水處理工藝在運行成本上具有顯著優(yōu)勢，處理每立方米污水的成本僅為0.97元。

該方法能夠有效去除污水中的有害物質(zhì)，提升水質(zhì)，減輕企業(yè)和個人的經(jīng)濟負(fù)擔(dān)，促進(jìn)污水處理行業(yè)的健康發(fā)展。

3 結(jié)論

膜分離技術(shù)作為現(xiàn)代污水處理的高效手段，憑借其節(jié)能、環(huán)保特性受到行業(yè)重視。本研究基于工程實踐，探討了膜分離技術(shù)在污水處理中的優(yōu)化與實踐。該技術(shù)通過特定膜材料截留有害物質(zhì)，實現(xiàn)固液分離。選擇合適的膜材料和優(yōu)化操作條件可顯著提高處理效率。未來，繼續(xù)深入研究，為環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

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