膜法水处理技术在生活污水深度处理中的应用研究

赵学仕 张馨艺

（云南碧蓝环境工程有限公司 云南昆明 650100）

随着经济建设的不断发展，我国环境保护工程的发展进程也在日益完善。膜法水处理技术作为一种新兴的水处理技术正逐渐受到业内越来越多的关注，膜法水处理技术在应用过程中由于不涉及化学反应，因此不易发生二次污染，同时具有分离装置简便、节约空间以及易于实现自动控制等优点[1]。在目前生活污水深度处理方面，膜法水处理技术已经得到广泛应用，并且在实际应用中发挥着重要的作用，因此需要技术人员灵活、合理的应用膜法水处理技术，更好地提升生活污水的利用率，满足环境保护的要求。

1 膜法水处理技术概述

1.1 膜法水处理技术原理

膜法水处理技术是超滤（UF）、微滤（MF）、纳滤（NF）、反渗透（RO）、EDI以及其他不同膜过程有机地结合在一起，实现去除生活污水中污染物目的的深度水处理技术。在膜法处理技术的应用中，膜属于最基础的部分，膜指的是流体间存在的薄凝聚物质，在应用膜的基础上可以使流体被分隔成为两部分，且在两部分物质间能够使传质作用得到发挥。一般情况下，膜的存在形式有两种，固态和液态，且其具有半渗透性和渗透性的特点。根据调查显示，膜具有两个明显的特点，第一，有膜的存在就必然会有两个界面，膜通过界面分别和流体进行接触；第二，选择透过性，选择透过性膜是具有活性的生物膜，它对物质的通过具有半透膜的物理性质，具有主动选择性。膜法水处理技术主要通过膜的这两个特点实现溶液的浓缩和分离[2]。

1.2 超滤（UF）技术

超滤技术是一种能够将液体内部分子进行过滤、浓缩的分离技术，其分离密度介于微滤（MF）与纳滤（NF）之间。超滤膜技术原理是指液体在压力的作用下，液体中的低分子溶质通过滤膜上空隙达到滤膜另一侧的过程，使高分子溶质和水中杂质以及其它物质被截留在滤膜上，从而实现液体过滤分离以达到液体的净化效果。超滤膜技术是本质液体在滤膜上做横向流动，并按照拉力与分子量的大小来选择性过滤的过程，一些过滤后无法穿过滤膜的大分子物质通过超滤膜技术的浓缩作用后将会慢慢排放到排放液中，这使我们可以对排放液再次处理以实现水资源再利用的目的。

1.3 反渗透（RO）技术

反渗透技术又称作逆渗透技术，它通过液体内部的压力差作用实现溶液、溶剂分离的膜分离技术，我们通过对膜的一侧施加压力，当压力超过溶液的渗透压时，溶剂就会逆着自然流动的方向做反向渗透，在膜的低压侧得到渗透液，而在高压侧得到浓缩液。反渗透技术在20世纪50年代才被深入研究，在实验过程中，科学家们发现可以通过膜的孔径对废水进行渗透，从而得到纯净水，渗透实验过程中，废水液面明显上升，但却不会一直上升，直到出现固定的液面差。在此过程中，由纯净水向废水渗透叫做正渗透，通过向废水施压实现渗透的工程叫做反渗透，渗透率一般在0.1-2.5m3/m3d，由于反渗透膜膜的孔径仅为0.0001μm，远远小于细菌和病毒的体积，只有水分子和部分对人身体有益的矿物质元素被允许通过，对人身体有害的重金属杂质将会被排出，因此反渗透膜又被称为人体外高科技肾脏。

1.4 EDI技术

EDI技术是一种全新的纯水净化和纯水制备技术，它的特点是可以完成水的深度除盐，解决了水的酸碱再生问题，更加契合环保要求。EDI是电渗析技术和离子交换技术的结合，通过溶液中阴阳离子交换和膜的选择性渗透以及离子交换作用，在溶液中直流电场的作用下实现离子的定向迁移，从而完成水的深度脱盐效果。在除盐的同时，水通过电解反应产生的氢离子和氧离子交换树脂实现水的再生，因此不再需要酸碱再生制造纯水，EDI技术具有装置简便、节约时间和成本以及应用领域广发特点，被称为水污染深度处理技术的绿色革命[3]。

2 膜法水处理技术应用探究

2.1 案例分析

现如今，膜法水处理技术作为一种新兴水处理技术正受到来自业内越来越多的关注。在膜法水处理技术在生活污水深度处理实际应用过程中，如何减轻膜污染、提高膜的利用率是问题的关键所在，为此不同膜技术通常会组合使用，以达到生活污水深度处理的目的。云南省的水环境污染现象普遍，水污染总体呈上升趋势。城市河流和湖泊是云南省水污染的重灾区，河流的点源污染以及湖库的面源污染日益突出，湖泊水质富营养化问题严重，饮用水源的水质状况不容乐观。一方面是由于工业和生活废污水排放增多带来的水体自净能力的降低，造成了水体污染；另一方面是水环境污染又减少了可利用水资源，使得供水矛盾加剧，两方面互为因果，加剧了云南省区域性的水环境问题，因此水资源深度处理问题亟待解决。

我们通过对云南某污水处理厂进行的长期跟踪调查，发现该污水处理厂二级处理出水检测SS为 6~8mg/L、BOD5为 2.4~4.6mg/L、COD为12~18mg/L，通过以该出水为原水，设定微滤/纳滤、微滤/反渗透、超滤/纳滤、超滤/反渗透四种膜的组合工艺的生活污水深度处理结果进行测定、比较，旨在为该污水处理厂工艺改在提供科学依据，从而起到提高生活污水净化率以及节约成本目的。

2.2 实验方法与装置

本实验于污水处理厂内进行，通过以污水处理厂二级处理出水为原水，首先经过微滤或者超滤处理，再进行反渗透或者纳滤处理，从而组成四种水处理工艺，并对最终出水水质进行检测分析。

微滤装置可以和超滤装置共同使用，其共用一套装置（取水泵、砂滤器、水箱以及清洗系统），微滤需要气水反冲洗需要空气压缩机，超滤只需用水冲洗即可。主要系统包括：计量箱、计量泵、增压泵、过滤器、产水箱、反洗泵、反冲洗药剂自动添加系统等。

纳滤装置和反渗透装置共用一套装置（包括同一套清洗装置），同时为提高产水率，纳滤和反渗透各使用三个膜元件，其中两只膜元件用于过滤原水，另一只膜元件过滤前两只膜元件后的水，并保持串联。主要系统包括：计量箱、计量泵、增压泵、高压泵等。

2.3 结果分析

我们首先通过重铬酸钾法对出水COD进行检测对比，通过检测发现微滤/反渗透和超滤/纳滤技术对COD的去除效果相同，COD的去除率约为17.8%，而微滤/反渗透和超滤/反渗透对COD的去除率约为20%和38.3%，可以看出在COD的检测过程中，微滤/反渗透和超滤/纳滤对COD去除效果要超过微滤/纳滤和超滤/反渗透；我们采用水样稀释的方法来对出水BOD5进行检测对比，通过检测发现微滤/反渗透和超滤/纳滤技术对BOD5的去除效果相同，仅为12.5%，而微滤/反渗透和超滤/反渗透对BOD5的去除效果分别约为50.6%和55.8%，同样微滤/反渗透和超滤/反渗透BOD5的去除效果要超过微滤/反渗透和超滤/纳滤；我们通过重量法对出水SS进行检测，结果与COD和BOD5结果一致。

可见，以微滤/反渗透和超滤/纳滤为前后的水处理工艺有助于去除废水中的COD、BOD5、SS，尤其是对废水中BOD5的去除率提升较大。主要原因包括：①用微滤作为与处理工艺，可以保证接下来的反渗透技术运行更加稳定，过滤压差变化较小，使得反渗透工艺技术充分发挥作用，从而保证了出水水质；②通过超滤技术作为预处理可以提升纳滤的膜通量，延长纳滤膜的使用周期和冲洗周期，从而保证出水水质。

2.4 电耗分析

运行费用主要包括电费、保安过滤器棉芯费用、膜清洗药剂费用，相对于电费后两者费用大可以忽略不计，在此前提下运行费即是用电消耗费用。通过测算，四种膜组合工艺消耗电量如表1所示。

表1 各个膜组合工艺消耗电量

通过测算结果可知，使用微滤技术的两种膜组合技术用电量相对较高，含有反渗透技术的膜组合高于含有纳滤技术的模组合。究其原因：①微滤膜堵塞现象相对严重，增加了耗电量；②与超滤技术相比，微滤反冲洗需要空气压缩机的运行；③由于在实验前就提供了相对良好的出水水质，所以纳滤和反渗透膜的污染较轻；纳滤耗电低于反渗透耗电因为反渗透膜孔径要小于纳滤膜孔径，阻力大，耗电高。因此就综合耗电而言，超滤/纳滤膜组合工艺具有较好的效果。

2.5 产水率分析

产水率检测是膜法水处理技术在生活污水深度处理效率的重要环节，四种膜组合工艺产水率如表2所示。

表2 各个膜组合工艺产水率

通过检测可以发现，含有微滤的两个膜组合工艺与含有超滤的两个膜组合工艺产水率基本一致，含有超滤的两个膜组合工艺产水率远高于含有微滤的两个膜组合工艺。其原因可能为：①微滤膜堵塞较为严重；②产水率与前一级膜通量成正比。因此使用超滤膜为组件时产水率会更高。

2.6 实验结论

通过以上对各种膜组合工艺出水检测可得以下结论：①当二级出水优先考虑去除COD、BOD5、SS时，可以采用微滤/反渗透或者超滤/纳滤膜组合工艺；②通过检测可知四种膜组合工艺对于TP的去除效果均较为理想，能达到90%以上；③超滤/纳滤膜组合工艺具有较好的节能效果，因此在二级出水COD、BOD5、SS浓度较低时，可以优先使用该工艺；④当使用超滤膜为第一组件时，会有好高的产水率。综上所述，结合云南当地实际情况，超滤/纳滤膜组合工艺更加适合该污水处理厂。

3 结语

我们通过对膜法水处理技术原理进行概述，并通过实例着重分析膜法水处理技术对生活污水深度处理的应用探究，可知在不同情况下膜法水处理技术应用也各不相同，需要我们技术人员合理、灵活的应用。膜法水处理技术能够有效去除污染物、净化水资源，提高生活污水的处理质量，因此对于缓解水资源缺乏、保护环境有着重要意义。