再生水處理—膜分離技術

(貴州大學國土資源部喀斯特環境與地質災害重點實驗室 貴州 貴陽 550025)

一、前言

中國水資源總量豐富，位居世界第6位，但是人均水資源相對不足，水資源缺乏的問題日益突出。據國家統計部統計，2017年全國水資源總量28675億m3，人均水資源量為2068m3，與2016年相比人均水資源量減少約300m3[1]。由于水資源的缺乏，從上世紀80年代開始的污水處理再生利用，成為緩解我國城市所面臨的淡水危機的方法之一。

二、膜分離技術應用于再生水

城鎮生活污水再生水處理的工藝一般會根據不同的回用標準采用不同的處理工藝。常規的水處理為混凝沉淀過濾，但是傳統的處理方法對于溶解性有機物、濁度以及水體中的微生物等去除效果不明顯，因此水質參數無法達到回用標準。膜分離技術由于其出水水質優良、穩定等的特點，在污水再生處理技術方面越中。再生水處理工藝的膜分離技術主要有微濾、超濾、納濾、反滲透四種主要的處理方式。

(一)微濾膜

微濾也叫微孔過濾，微濾膜孔徑尺寸一般為0.02～10μm，可以對較大直徑的細菌和其他懸浮類固體進行分離。主要用于分離細菌、細小微粒及其他的污染物[2]。Couto[3]等采用微濾(MF)-膜生物反應器(MBR)混合工藝對紡織染色工藝廢水處理回收利用。微濾膜可以促進顏色的去除，在實驗中微濾膜對靛藍染料的去除率達到了100%，染料可以從濃縮物中回收；污水中的化學需氧量(COD)和電導率去除率分別為65%和25%，從而改善了污水的生物降解性。微濾可以分離污染物、對色度的去除率高，但是其對水體中溶解性有機物的去除效率卻不高，因而只能滿足洗滌或者設備沖洗的再生水水質回用標準。

(二)超濾膜

超濾膜的濾膜孔徑為0.001～0.02μm，介于微濾和納濾之間。能夠從溶液中分離出蛋白質、細菌、膠體、懸浮固體類物質。Diamantis[4]等使用超濾(UF)的方法進一步處理生物吸附活性污泥(BAS)的水體。超濾進料罐的體積為1m3，配備了4m3/h膜進料泵。在污水未經處理的情況下過濾，COD從83mg/L降低至47mg/L，整體超濾的過程去除的總COD約為50%。研究還表明超濾膜表面形成的濾餅層和殘留的低于膜孔的化合物也對水體的過濾起了重要作用。由于超濾的方法對氮磷的去除效果不顯著，因此應在二級處理對氮和磷進行去除。超濾膜的工藝在一定程度上優于微濾工藝的出水水質，但是目前超濾膜還存在著強度不高、水通量較低以及截留效果不好等問題，所以超濾膜的大規模使用，還需要其制備技術進一步的優化。

(三)納濾膜

納濾膜的孔徑范圍介于超濾和反滲透之間，當溶液流過納濾膜，高分子有機質被截留。Wang[5]等運用膜生物反應器(MBR)和納濾(NF)膜的雙膜系統處理抗生素生產的廢水，通過回收納濾的濃縮物，表明MBR-NF工藝對抗生素生產廢水的處理是有效的，處理后污水的TOC，NH4+-N，TP的濃度分別穩定在了5.52，0.68，0.34mg/L，NF滲透物的濁度和電導率值分別為0.15NTU和2.5mS/cm；符合發酵類制藥工業水污染物排放標準(GB21903-2008)。MBR流出物中的有機物如蛋白質，多糖和腐殖質類物質，幾乎完全被NF膜截留，并在MBR中進一步生物降解。但是隨著NF濃縮物的再循環，MBR的微生物群落并沒有顯著變化。王姣[6]等關于納濾工藝應用于焦化廢水的深度處理的研究中顯示，處理后的焦化污水中COD去除率大于70%，出水COD維持在45mg/L以下；對氨氮的去除率達50%以上；對總硬度的脫除率高于96%以上，符合《污水再生利用工程設計規范》(GB/T 50335—2002)中再生水利用標準。表明納濾膜用于再生水回用的優越性。

(四)反滲透膜

滲透膜表面的微孔直徑一般在0.0001～0.001μm之間，是以膜的孔徑劃分類別中最為精細的一類。通常情況下，只有溶劑(一般是水)能夠透過薄膜，幾乎可截留所有的微生物及離子類物質，出水幾乎可以達到純凈水的水質[2]。仲惟雷[7]運用反滲透技術再生回用唐鋼工業廢水。在實驗中，反滲透膜在系統中的運行良好，系統運行壓力為1.1～1.2MPa，出水水質優良和穩定，經處理后的唐鋼工業污水的脫鹽率均大于98%。反滲透系統中產水量在210～230m3/h左右，系統回收率在75%上下浮動。滲透膜可除去可溶性鹽、重金屬、有機物等，分離后出水水質優良穩定。反滲透膜工藝具有運行成本低、操作簡便等優點，現廣泛應用于各種再生水的處理工藝中。

三、總結

由于我國的再生水處理工藝起步晚，目前還面臨一些問題，如城市再生水管網覆蓋率低、受重視程度不高等，因此再生水處理工藝仍需要進一步發展。根據回用的水質標準，再生水處理工藝的過濾和消毒采用的設備可能有所不同。膜分離技術由于其工藝簡單、出水水質穩定、占地少等優點在再生水處理中得以深入的應用。隨著膜分離技術不斷的發展，其與傳統處理方法相結合，提高水質資源利用的同時，可以降低生產對于環境的破壞，達到最佳的處理效果。