超濾膜及其組合工藝在污水處理中的應用

梅才華 章尹 張詠雪 丁寧 梁芳

摘? 要：超濾膜作為膜分離技術的核心越來越受到人們的重視，本文總結了近幾年單獨超濾膜工藝及其組合工藝在污水處理中的應用情況，從膜材料種類及改性、膜組件的放置方式、各種工藝之間相互組合處理效果3個方面詳細論述了國內外關于超濾膜工藝在污水處理中應用研究，總結了當前國內外超濾膜研究現狀及方向，并對該研究領域今后的研究重點進行了展望。

關鍵詞：超濾膜? 組合工藝? 污水處理? 處理效果

中圖分類號：TU991.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2021）07（b）-0046-04

Application of Ultrafiltration Membrane and Its Combination Process in Wastewater Treatment

MEI Caihua1? ZHANG Yin1? ZHANG Yongxue1? DING Ning1? LIANG Fang2

（1. College of Civil and Architecture Engineering， Chuzhou University， Chuzhou， Anhui Province， 239000 China; 2. Guangxi Transportation Science and Technology Group Co.，Ltd.， Nanning， Guangxi Zhuang Autonomous Region， 530007 China）

Abstract： As the core of membrane separation technology， ultrafiltration membrane has attracted more and more attention.This paper summarizes the research on the application of ultrafiltration membrane and its combination process in wastewater treatment in recent years， discusses the research status of the application of ultrafiltration membrane and its combination process in wastewater treatment in China and abroad from three aspects： the types and modification of membrane materials， the placement of membrane modules， the treatment effect， and prospects the future research focus in this field.

Key Words： Ultrafiltration membrane;Combined process;Sewage disposal;Treatment effect

超濾膜過濾技術由于具有操作簡單、出水水質好、占地面積小等優點，近年來在水處理領域得到廣泛應用[1-3]。隨著膜性能的改善和膜壽命的延長，超濾膜在污水領域的應用也越來越多[4-5]。目前，超濾膜在污水領域的應用方式主要包括單獨超濾膜及其組合工藝。

1? 單獨超濾膜工藝

單獨超濾膜工藝的研究方向目前主要集中在兩個方面：一是膜的改性，如膜表面引入親水性基團或是對膜進行預處理[6-7];二是改變膜表面的水利條件，如改變膜的放置方式或是對水體曝氣等[8-9]。

1.1 膜材料種類和改性

目前，超濾膜材料主要分為有機材料和無機材料兩種，主要膜材料種類及優缺點如表1所示。

無機膜材料較難成型，在實際應用中較難推廣應用，在膜材料的應用和研究上主要以有機膜材料較為常見。而有機超濾膜的改性一直是業界不斷研究的話題，黃小川[10]通過原位植入法對聚砜超濾膜表面進行改性，得到的改性超濾膜可使微生物粘附減少93%。Abdi等[11]則通過水合氧化鐵顆粒在紫外線條件下對聚醚砜超濾膜進行改性，獲得了超親水性膜，發現該膜對于油水乳液分離具有優異的性能。

1.2 膜組件放置方式

改變膜表面的水利條件，將對膜過濾效果產生直接影響，筆者總結了超濾膜在污水處理領域改變膜組件的放置方式對出水水質所產生的影響。

1.2.1 分置式超濾膜

分置式是指膜組件與原水容器分開設置，混合液在原水容器內經加壓泵增壓后進入膜組件，在壓力作用下混合液中的液體透過膜，成為較為清潔的水，大分子物質等則被膜截留。

黃霞等[12]用分置式超濾工藝過濾糞水，研究分置式超濾工藝對糞水中氮、磷、病毒和細菌的濾除能力，發現分置式超濾膜對于水中懸浮物（ss）、大腸桿菌等擁有超高的濾除能力。劉桂中[13]應用了分置式超濾膜系統處理含油廢水、印制印染廢水、造紙廢水等發現，分置式超濾膜系統處理后的污水比常規處理后的污水更符合國家排放規定，并且分置式超濾膜使用成本更低，可循環使用。

1.2.2 浸沒式超濾膜

浸沒式超濾膜是將膜組件放置在膜池中，通過負壓抽吸或虹吸自流方式過濾水。

張璽[14]以冶金廢水為對象，采用浸沒式超濾膜過濾，經過超濾膜過濾后的出水相比較原來出水濁度降低70%，COD小于30mg/L，過濾效能明顯。林顯增等[15]將浸沒式超濾膜用于處理江水，對COMmn的去除率影響顯著。Wenchao Yin[16]采用浸沒式超濾系統處理經預氧化污水的研究中發現，浸沒式超濾系統可降低39.2%的總有機碳，并在化學清洗時浸沒式超濾系統對化學藥劑的接觸面更大，更利于超濾膜的維護與清洗。

浸沒式超濾膜較分置式超濾膜清洗效果更方便，還可實現氣反洗，延長了膜壽命。但是單獨使用超濾膜過濾原水，會導致跨膜壓差快速上升，膜污染嚴重，在工程應用上更多的是將超濾膜工藝和其他工藝組合應用。

2? 超濾膜組合工藝

2.1 常見超濾膜組合工藝

單獨超濾膜工藝濾除能力較強，但濾膜使用壽命較低，總成本較高。超濾膜可與多種水處理方式相結合，當前主流的組合工藝主要有超濾膜-混凝組合工藝、超濾膜-吸附組合工藝、超濾膜-氧化組合工藝、超濾膜與其他膜組合工藝[17-19]，其工藝原理和適用條件參見表2。

2.2 超濾膜組合工藝去除效果

2.2.1 超濾-混凝組合工藝

申露威[20]以水中總有機碳（TOC）為研究目標，研究了超濾-混凝為主體的組合工藝對TOC去除效果，與其他組合工藝相比，單獨超濾膜工藝總去除率最低，組合工藝中以混凝沉淀-臭氧生物活性炭-超濾膜工藝去除能力最好。Shengji Xia等[21]則在地表污水處理過濾的實驗中發現了當使用混凝劑時超濾膜表面會獲得正流電流（SC）值，不僅可以降低污水處理中超濾膜的工作壓力，還可以提高超濾膜的工作性能。

2.2.2 超濾-吸附組合工藝

彭婷[22]等使用活性炭結合PAC超濾膜處理污水，出水效果相較于單獨使用PAC膜除濁率有所提高，而對于出水COD和DOC則分別提高了27%和35%。常在功[23]等研究了粉末活性炭對于超濾膜污染的影響，實驗結果表明使用粉末活性炭減少了膜孔堵塞和膜孔內吸附污染，還有效緩解了超濾膜使用初期膜通量快速下降的問題。

在超濾膜組合工藝中，活性炭吸附是目前采用最多的吸附方式，超濾膜結合吸附工藝可在一定程度上提高過濾效率，延緩超濾膜污染速度，改善膜反洗的效果，從而大大提高超濾膜使用壽命。

2.2.3 超濾-氧化組合工藝

羅明漢[24]等采用超濾膜結合高級氧化技術對工業園區的混合污水有機物去除，在連續8周的運行下水中的懸浮物、COD、氨氮、總磷和色度等相比較單獨超濾膜有一定降低，對總大腸菌的去除率達100%。趙欣[25]等在氧化-超濾膜污水處理中增加了臭氧氧化技術，臭氧化后小分子質量有機物對于AOC除效果貢獻度明顯提高，所占比例達到74%，大分子質量和中等分子質量有機物所占比例也有明顯降低。

超濾技術因為其獨特性對于溶解性有機物的濾除效果并不明顯，但結合氧化技術之后，超濾處理污水有機物能力大大提高。

2.2.4 超濾與其他膜組合工藝

王寧若[26]等在城市污水的處理研究中發現，超濾–納濾雙膜組合工藝處理城市污水時出水效果良好，納濾的加入，彌補了超濾對水中的無機離子，氮，磷的去除缺陷。黨敏[27]等使用雙膜工藝處理南四湖水的中試試驗時發現，結合納濾之后，系統對無機鹽、單價離子的去除效果達90%以上。李倩[28]等使用超濾–反滲透雙膜法處理冶金廢水，出水含鹽量較高問題，在使用雙膜之后，平均除鹽率可達到96.9%。

3? 結論與展望

超濾膜作為膜分離技術的核心越來越受到人們的重視，有機超濾膜制膜簡單，但使用壽命不長，使用成本較大。結合其他水處理工藝的組合工藝可大大提高膜壽命，而組合工藝中，合適的混凝劑可大大提高超濾膜的使用效率，降低使用成本，混凝或可成為超濾膜污水應用的常用預處理手段。超濾膜技術在污水處理方面的潛力巨大，未來可著重研究膜污染的預防與治理。

（1）目前限制超濾膜廣泛應用的仍然是使用成本，可以通過選擇合適的制膜工藝與材料，提高超濾膜的抗污能力和使用壽命，降低成本。

（2）目前超濾膜的研究偏重于超濾膜改性研究，超濾膜在污水領域的研究可以側重于成品商業膜污染機理的研究，進行膜污染控制。

參考文獻

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