膜法水處理技術在生活污水深度處理中的應用研究

趙學仕 張馨藝

（云南碧藍環境工程有限公司 云南昆明 650100）

隨著經濟建設的不斷發展，我國環境保護工程的發展進程也在日益完善。膜法水處理技術作為一種新興的水處理技術正逐漸受到業內越來越多的關注，膜法水處理技術在應用過程中由于不涉及化學反應，因此不易發生二次污染，同時具有分離裝置簡便、節約空間以及易于實現自動控制等優點[1]。在目前生活污水深度處理方面，膜法水處理技術已經得到廣泛應用，并且在實際應用中發揮著重要的作用，因此需要技術人員靈活、合理的應用膜法水處理技術，更好地提升生活污水的利用率，滿足環境保護的要求。

1 膜法水處理技術概述

1.1 膜法水處理技術原理

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

1.2 超濾（UF）技術

超濾技術是一種能夠將液體內部分子進行過濾、濃縮的分離技術，其分離密度介于微濾（MF）與納濾（NF）之間。超濾膜技術原理是指液體在壓力的作用下，液體中的低分子溶質通過濾膜上空隙達到濾膜另一側的過程，使高分子溶質和水中雜質以及其它物質被截留在濾膜上，從而實現液體過濾分離以達到液體的凈化效果。超濾膜技術是本質液體在濾膜上做橫向流動，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通過超濾膜技術的濃縮作用后將會慢慢排放到排放液中，這使我們可以對排放液再次處理以實現水資源再利用的目的。

1.3 反滲透（RO）技術

反滲透技術又稱作逆滲透技術，它通過液體內部的壓力差作用實現溶液、溶劑分離的膜分離技術，我們通過對膜的一側施加壓力，當壓力超過溶液的滲透壓時，溶劑就會逆著自然流動的方向做反向滲透，在膜的低壓側得到滲透液，而在高壓側得到濃縮液。反滲透技術在20世紀50年代才被深入研究，在實驗過程中，科學家們發現可以通過膜的孔徑對廢水進行滲透，從而得到純凈水，滲透實驗過程中，廢水液面明顯上升，但卻不會一直上升，直到出現固定的液面差。在此過程中，由純凈水向廢水滲透叫做正滲透，通過向廢水施壓實現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，遠遠小于細菌和病毒的體積，只有水分子和部分對人身體有益的礦物質元素被允許通過，對人身體有害的重金屬雜質將會被排出，因此反滲透膜又被稱為人體外高科技腎臟。

1.4 EDI技術

EDI技術是一種全新的純水凈化和純水制備技術，它的特點是可以完成水的深度除鹽，解決了水的酸堿再生問題，更加契合環保要求。EDI是電滲析技術和離子交換技術的結合，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現離子的定向遷移，從而完成水的深度脫鹽效果。在除鹽的同時，水通過電解反應產生的氫離子和氧離子交換樹脂實現水的再生，因此不再需要酸堿再生制造純水，EDI技術具有裝置簡便、節約時間和成本以及應用領域廣發特點，被稱為水污染深度處理技術的綠色革命[3]。

2 膜法水處理技術應用探究

2.1 案例分析

現如今，膜法水處理技術作為一種新興水處理技術正受到來自業內越來越多的關注。在膜法水處理技術在生活污水深度處理實際應用過程中，如何減輕膜污染、提高膜的利用率是問題的關鍵所在，為此不同膜技術通常會組合使用，以達到生活污水深度處理的目的。云南省的水環境污染現象普遍，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區，河流的點源污染以及湖庫的面源污染日益突出，湖泊水質富營養化問題嚴重，飲用水源的水質狀況不容樂觀。一方面是由于工業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，加劇了云南省區域性的水環境問題，因此水資源深度處理問題亟待解決。

我們通過對云南某污水處理廠進行的長期跟蹤調查，發現該污水處理廠二級處理出水檢測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果進行測定、比較，旨在為該污水處理廠工藝改在提供科學依據，從而起到提高生活污水凈化率以及節約成本目的。

2.2 實驗方法與裝置

本實驗于污水處理廠內進行，通過以污水處理廠二級處理出水為原水，首先經過微濾或者超濾處理，再進行反滲透或者納濾處理，從而組成四種水處理工藝，并對最終出水水質進行檢測分析。

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），微濾需要氣水反沖洗需要空氣壓縮機，超濾只需用水沖洗即可。主要系統包括：計量箱、計量泵、增壓泵、過濾器、產水箱、反洗泵、反沖洗藥劑自動添加系統等。

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），同時為提高產水率，納濾和反滲透各使用三個膜元件，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。主要系統包括：計量箱、計量泵、增壓泵、高壓泵等。

2.3 結果分析

我們首先通過重鉻酸鉀法對出水COD進行檢測對比，通過檢測發現微濾/反滲透和超濾/納濾技術對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出水BOD5進行檢測對比，通過檢測發現微濾/反滲透和超濾/納濾技術對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；我們通過重量法對出水SS進行檢測，結果與COD和BOD5結果一致。

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運行更加穩定，過濾壓差變化較小，使得反滲透工藝技術充分發揮作用，從而保證了出水水質；②通過超濾技術作為預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。

2.4 電耗分析

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

表1 各個膜組合工藝消耗電量

通過測算結果可知，使用微濾技術的兩種膜組合技術用電量相對較高，含有反滲透技術的膜組合高于含有納濾技術的模組合。究其原因：①微濾膜堵塞現象相對嚴重，增加了耗電量；②與超濾技術相比，微濾反沖洗需要空氣壓縮機的運行；③由于在實驗前就提供了相對良好的出水水質，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為反滲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 產水率分析

產水率檢測是膜法水處理技術在生活污水深度處理效率的重要環節，四種膜組合工藝產水率如表2所示。

表2 各個膜組合工藝產水率

通過檢測可以發現，含有微濾的兩個膜組合工藝與含有超濾的兩個膜組合工藝產水率基本一致，含有超濾的兩個膜組合工藝產水率遠高于含有微濾的兩個膜組合工藝。其原因可能為：①微濾膜堵塞較為嚴重；②產水率與前一級膜通量成正比。因此使用超濾膜為組件時產水率會更高。

2.6 實驗結論

通過以上對各種膜組合工藝出水檢測可得以下結論：①當二級出水優先考慮去除COD、BOD5、SS時，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于TP的去除效果均較為理想，能達到90%以上；③超濾/納濾膜組合工藝具有較好的節能效果，因此在二級出水COD、BOD5、SS濃度較低時，可以優先使用該工藝；④當使用超濾膜為第一組件時，會有好高的產水率。綜上所述，結合云南當地實際情況，超濾/納濾膜組合工藝更加適合該污水處理廠。

3 結語

我們通過對膜法水處理技術原理進行概述，并通過實例著重分析膜法水處理技術對生活污水深度處理的應用探究，可知在不同情況下膜法水處理技術應用也各不相同，需要我們技術人員合理、靈活的應用。膜法水處理技術能夠有效去除污染物、凈化水資源，提高生活污水的處理質量，因此對于緩解水資源缺乏、保護環境有著重要意義。