現代化膜分離技術在環境工程中的應用策略

蘇 醒

（河北十環環境評價服務有限公司，河北 保定 071000）

0 引言

就目前的環境工程來看，應用在其水處理工作中的膜分離技術主要包括微濾技術、超濾技術、納濾技術、反滲透技術、滲透汽化技術、液膜分離技術以及集成膜技術等。而在含有污水的處理中，最常用的一項膜分離技術就是有機金屬超濾膜處理技術，此種超濾膜是將有機金屬材料作為基礎開發出的微孔膜結構，其膜孔分布比較集中，孔徑在5 nm 左右，孔隙率可達到傳統高分子膜孔隙率的3～4 倍，膜通量較高。相比較傳統的高分子膜而言，有機金屬膜的親水疏油特點更加顯著。因此，在現代環境工程中，有機金屬膜分離技術已經在含油污水處理中得到了廣泛應用。

1 現代環境工程中的膜分離技術應用試驗

1.1 試驗用水與主要裝置

本次環境工程含油污水膜分離處理中，選擇的含油污水來自于某煉化企業中的污水均質罐，此含油污水中含有高濃度的石油類污染物以及懸浮物，且具有較大的水質波動性，如果處理不佳，便會對周邊環境造成嚴重污染。表1 為本次試驗中所選的含油污水水質情況：

表1 本次試驗中所選的含油污水水質情況

對于該含油污水的膜分離處理，本次試驗中，選擇的主要試驗設備包括以下幾種：

1）袋式過濾器1 臺，其過濾精度是300 μm，流量是10 m3/h，耐壓強度為1 MPa，耐溫值為90 ℃；

2）電加熱器1 臺，其功率是20 kW；

3）電磁式隔膜加藥泵1 臺，其壓力是1.2 MPa，流量是1.5 L/h，功率是0.25 kW；

4）加藥箱1 臺，其容積是20L；

5）有機金屬卷式超濾膜2 支，其型號是PolyCern Titan-UF-70-40-8040，有效面積是23.6 m2，膜卷長度是101.6 cm，膜卷直徑是20.3 cm，孔徑是5 nm；

6）超濾供水泵1 臺，其功率是3 kW，揚程是60m，流量是8 m3/h；

7）超濾循環泵1 臺，其功率是7.5 kW，揚程是30 m，流量是5 m3/h；

8）超濾反洗水泵1 臺，其功率是0.55 kW，揚程是15 m，流量是5 m3/h；

9）排泥泵1 臺，其功率是0.55 kW，揚程是15 m，流量是5 m3/h；

10）一體化產水/反洗水箱1 臺，其底部為錐形，和油水分離箱設置為一體；

11）一體化廢水箱1 臺，和油水分離箱設置為一體；

12）油水分離器1 臺，其沉淀區域面積在2.5 m2以上，流量為8 m3/h。

1.2 膜分離技術應用流程

在通過有機金屬膜分離技術進行含油污水處理的過程中，其主要的應用流程如下：

1）讓含油污水自行流入到隔油池內，重力作用會使存在密度差異的固體渣、含油污水以及非乳化油相分離，其中的固體渣將沉淀到池底，油相將上浮到水面，水相則會溢流到池外；

2）通過泵將隔油池中分離的水相泵送到袋式過濾器內，使其中粒徑超過300 μm 的固體懸浮物被濾除；

3）通過泵將袋式過濾器過濾的含油污水泵送到有機金屬膜過濾器內，將其中的固體懸浮物以及石油類物質去除。其主要的過濾方法是錯流過濾法，進入到過濾器中的一部分水會在過濾之后轉變為產水輸出，剩余的一部分水會在進水一側循環流動，并與膜平行，其中的濃水將會再一次返回到隔油池中[1]；

4）經過一段時間的連續過濾處理后，再實施有機金屬膜的反洗，從而將累積在其表面上的污染物去除。

1.3 膜分離技術試驗方法

本次試驗中，選擇的有機金屬膜通透量分別是30、40、50 t/（m2·h），每一種通透量狀態下連續恒流運行20～30 d，在此過程中對濾膜中的進水壓力、產水壓力和濃水壓力進行測定，對其跨膜壓差進行計算；同時也定期對進水以及產水中的SS 和石油類物質含量進行檢測。運行過程中，循環流量和處理流量比控制在10～20 之間，反沖洗周期為30 s，反沖洗時間為30 s。

試驗中，為避免污染物將膜孔堵住，保障有機金屬膜的使用壽命，特采取CEB（化學強化反沖洗）法和CIP（在線清洗）法定期進行有機金屬膜的清理。其中，CEB 屬于維護性反洗工藝，將質量分數為0.2%的氫氧化鈉溶液用作清洗藥劑，通過反洗-浸泡-反洗的步驟進行濾膜清理，清洗條件為常溫，清洗周期為1～3 d；CIP 屬于跨膜壓差明顯升高之后的正洗工藝，將質量分數為0.4%的氫氧化鈉溶液、質量分數為0.5%的二烷基苯酚硝酸鈉溶液和質量分數為0.5%的EDTA 用作清洗藥劑，通過循環-浸泡-循環-沖洗的方式進行濾膜清理，清洗溫度控制在45～50 ℃，清洗周期為5～10 d[2]。

1.4 膜分離技術分析方法

對于本次有機金屬膜分離處理試驗，主要按照《水質石油類和動植物油類的測定紅外分光光度分析法》HJ 637—2018 中的相關規定來測定試驗污水里的石油類污染物濃度；按照《水質懸浮物的測定重量法》GB/T 11901—1989 中的相關規定對其中的SS 進行測定[3]。測定中，對于累積在表征膜表面上的污染物形貌，主要通過S48000 掃描電子顯微鏡進行檢測；對于污水中的組分，主要通過TEAM型X 射線能譜儀進行檢測。

2 現代環境工程中的膜分離技術應用試驗結果分析

2.1 膜分離工藝處理效果分析

經本次試驗發現，在有機金屬膜通量不同的情況下，污水中的石油類污染物去除率基本相同，且經處理之后的水質均符合排放標準。對于含油污水中的SS，在有機金屬膜通量不同的情況下，其去除率也無明顯差異，經處理之后的水質也完全符合排放標準。表2 為本次有機金屬膜分離處理技術試驗中的含油污水處理情況：

表2 本次有機金屬膜分離處理技術試驗中的含油污水處理情況

經上述處理數據可知，本次試驗中的含油污水處理效果完全符合排放標準。由此可見，有機金屬膜分離處理技術在含油污水處理中的應用效果十分顯著。

2.2 污染物堵塞和清洗效果分析

通過試驗中累積在膜表面上的固體顆粒和其他相關物質的分析發現，污染區內主要的組成元素包括以下幾種：碳，其摩爾分數為35.6%；氧，其摩爾分數為37.8%；鈣，其摩爾分數為9.8%；鐵，其摩爾分數為2.4%；錳，其摩爾分數為1.0%。由此可見，堵塞在金屬膜上的污染物主要是石油類物質以及無機固體顆粒。

經具體試驗發現，在通過CEB 以及CIP 工藝進行有機金屬膜的清洗過程中，對于通量是30 t/m2·h的金屬膜，通過CEB 清洗之后，其跨膜壓差將下降60%以上，通過CIP 清洗之后，其跨膜壓差可下降60%以上；對于通量是40 t/（m2·h）的金屬膜，通過CEB 清洗之后，其跨膜壓差將下降40%～55%，通過CIP 清洗之后，其跨膜壓差可下降70%以上；對于通量是50 t/（m2·h）的金屬膜，通過CEB 清洗之后，其跨膜壓差將下降10%～15%，通過CIP 清洗之后，其跨膜壓差可下降80%以上。

3 結語

膜分離處理技術是當今環境工程污水處理中的一種關鍵技術形式。通過此項技術的合理應用，不僅可實現污水的良好處理，避免污水處理不達標對環境質量的不利影響，同時也可以進一步簡化污水處理流程，降低其處理成本，從而為環境工程中的污水處理提供足具科學性的技術支撐。基于此，在具體的環境工程污水處理工作中，相關單位與工作人員一定要結合實際情況，對膜分離處理技術做到合理應用，以此來滿足其實際的污水處理需求，提升環境工程污水處理質量。