生活污水深度处理中膜法水处理技术探讨

赵红艳

（赵桥乡环保工作站，安徽 亳州 236000）

1 膜法水处理技术概述

1.1 技术涵义

膜法水处理技术是将待处理的生活污水推过膜组件，按照物理化学性质来选择性分离污水中的大分子物质与小分子物质，从而使小分子物质顺利通过，并拦截污水中含有的污染性物质，以此来实现污水深度处理的一项技术方法。因此，该方法处理污水的过程为物理过程。

1.2 技术优缺点

首先，相比于其他污水处理技术，膜法水处理技术具有可处理多种滤液、获取高质量滤出水、渗滤液再利用，以及可连续开展污水深度处理操作的工艺优势。在实际污水处理过程中，应用混凝沉淀法、吸附法等传统技术时，则需要先将污水静置一段时间后，使絮状物形成下沉和活性炭表面开始吸附污染物，所以，其污水处理效率相对较低[1]。根据实际应用情况来看，膜法水处理技术也存在膜材易形成污垢、前期投资费用与污水处理成本高昂、污水处理效果会受水体pH值与水体温度等多项因素影响，因此，该技术也有一定的局限性。

2 膜法水处理技术在生活污水深度处理中的具体应用

2.1 超滤技术的应用

超滤技术是使用孔径在0.05～1.0 μm内的UF超滤膜作为膜材，控制生活污水在外界压力作用下穿过超滤膜，截留污水中所含的悬浮固体、有机物、胶体等污染物质，该技术会在污水在处理过程中完成净化、分离与浓缩操作。在实际应用期间，超滤技术有着处理污水量大、操作简单、系统运行能耗小、原液利用率高、大分子物质分级分离的工艺优势，可有效截留分子量在1000以上的大分子物质及胶体[2]。但膜超滤系统无法有效去除污水中所含有的无机离子，其氨氮元素去除率也较低，且膜组件会频繁出现结垢堵塞问题，所以，需要每隔2～3个月使用海绵球进行一次膜材除垢作业。在此基础上，也可以对超滤污水处理系统设备进行优化改造，如安装螺旋卷式或中空纤维式的新型超滤装置，便于在污水处理期间加强搅拌、加强湍流操作，避免在膜材表面沉积、粘附水溶性生物大分子和微生物等物质，以此来解决浓差极化问题。

2.2 微滤技术的应用

微滤技术是使用孔径在0.1～0.2 μm的MF膜，从液相中截留微粒、细菌和其他种类污染物的一种污水处理技术。在实际应用中，可将污水处理过程作为一种筛孔分离过程，是属于精密过滤技术体系。在处理污水期间，可向待处理生活污水施加0.7～7.0 kpa内的操作压力值，使污水在压力作用下穿过MF膜，以此分离溶液和其中含有的细菌、颗粒物与各类胶状体[3]。在实际处理污水过程中，微滤操作方式可分为死端过滤和错流过滤。其中，死端过滤也被称为全量过滤，是在压力作用下使污水穿过膜孔，在膜面部位截留、堆积超出膜孔的溶质粒子，此方法有着操作简单的优势，但需要定期清理膜面堆积物，膜面堆积颗粒越多，则膜材渗透率越低，进而会影响污水的处理速度。而错流过滤是保持膜材表面和溶液流动方向的平行状态，控制溶液沿膜面缓慢流动，使其在操作期间形成剪切力，并控制部分膜面上的部分截留物返回至主体流内，以此来维持稳定的膜透过速度，避免膜面频繁堵塞结垢。

根据应用情况来看，微滤技术有着孔径均匀、污水过滤速度快、空隙率高、仅需保持较低压力值的工艺优势，但该方法对于污水中有机物质的去除率相对较低，且膜体易受到污水污染而丧失活性。因此，为了改善污水的处理效果，在应用微滤技术时，一方面要提前对生活污水进行预处理，如在污水中添加适量粉末状活性炭材料，由活性炭溶解污水中含有的有机物，以此来提升有机物的去除率；另一方面需要选用适当材质的微滤膜，一般情况下可选用陶瓷材质的微滤膜，这样可使陶瓷表面能够截留直径超出膜孔径的大分子物质，而在孔道内部会吸附小分子物质，以此来维持膜体活性，从而可以长时间保持稳定的污水处理效果。

2.3 纳滤技术的应用

纳滤技术也被称为低压反渗透技术，是使用孔径在0.5～10.0 nm的NF纳滤膜来截留污水中80～1000分子量物质。该技术是采取选择性筛分方式，从污水中分离粒径为1 nm左右的溶解组分，同时，还可以开展脱盐、浓缩操作。其中，分离小分子有机物、水体及无机盐，硫酸镁、氯化钙等组分的截留率在60%～90%左右，二价离子与小分子色素等组分的截留率超过98%，而小分子酸碱与单价离子等组分的截留率仅为30%～50%[4]。相比于反渗透等技术方法，纳滤技术具有操作压力低、具备有机小分子分离功能、膜分离效应受离子价数与浓度等因素影响小的工艺特点，其整体分离性能优于微滤技术与超滤技术，所以，该技术主要负责脱除生活污水中的可溶性有机物、硬度成分等污染物。此外，在应用纳滤技术时，为改善污水的处理效果，可与生物降解技术搭配使用，先由纳滤系统截留污水中分子量不超过100的小分子物质，再对污水中所含有机大分子物质进行生物降解处理，以此来降低所处理的生活污水中的残留物含量。

2.4 反渗透技术的应用

反渗透技术是使用孔径值小于1 nm的RO反渗透膜材，以压力差作为推动力对膜一侧污水施加远超过渗透压的压力值，形成1～10 MPa内的静压差，控制溶液逆向自然渗透方向渗透膜体，然后推动污水通过反渗透膜，以此分离液体混合物，并截留污水中含有的全部离子。同时，在低压侧与高压侧分别获取渗透液和浓缩液，使过滤后的纯水电导率保持在5 μs/cm、出水电阻率保持在18.2 M·cm左右，并分别达到三级用水标准和二级用水标准[5]。一般情况下，该技术多用于去除生活污水中含有的可溶性金属盐、胶体粒子、有机物、悬浮物等物质，具有脱盐率高、透水性强、氯化钠截留率超过98%的工艺优势，但对入流水水质有着较高要求。

当前，在生活污水深度处理项目中，反渗透技术逐渐取代了原有的混凝沉淀、活性炭吸附等技术，可有效去除污水中的有机物和不溶性杂质，也可以有效去除污水盐类成分，且处理后的污水具备二次利用条件。同时，该技术需要合理设定施加压力值，压力值越大，则生活污水透过RO反渗透膜材的速度越快，但要提前对待处理生活污水进行预处理，并搭配使用沉降、活性炭吸附、pH值调节等方法，直至预处理后的污水水质达到反渗透处理要求为止。

2.5 电渗析技术的应用

电渗析技术是采取电位差的分离方式，在电场作用下以电位差作为推动力，通过半透膜来选择性分离生活污水中的不同溶质粒子，以控制污水中含有的带电溶质粒子的迁移，并使阴离子在穿透阳膜与阴膜时分别开展向负极运动和向正极运动，以此来实现溶液淡化、浓缩的生活污水处理目的。相比于其他膜法水处理技术，电渗析技术主要适用于去除污水中的电解质离子，其具有系统运行能耗低、热稳定性好、机械强度高的工艺优势，但在污水处理期间无法有效分离有机物，且时常会出现装置结垢问题，所以，对此问题需要予以重视。此外，电渗析技术还可以分离、回用生活污水中所含的电解质离子，以此减少污水的处理成本。例如，城市生活污水中普遍含有高浓度木质素，当采取纳滤、超滤等技术时，其处理效果并不理想，所排污水也极易造成二次污染，而应用电渗析技术，可依托电场作用控制木质素穿过单阳膜，而木质素经过凝聚、分离处理后，会明显降低污水浓度，以此确保所排放的生活污水不会造成二次污染。同时，还可以将回收的木质素用作高分子原料、环氧树脂添加剂、动物饲料添加剂等。

3 膜法水处理技术在生活污水深度处理中的应用策略

3.1 应用组合污水处理技术

根据生活污水深度处理情况来看，虽然膜法水处理技术具有同时进行浓缩分离、适应性强等极为显著的工艺优势，但也存在着明显的工艺局限性。如果在污水处理系统中仅采取膜法水处理单一技术，难以有效去除污水中含有的各类污染物质，而且还会时常出现膜污染、膜堵塞现象，会造成污水的实际处理效果与生活污水的处理要求存在一定差距。因此，为突破单一技术的局限性，进一步提高污水处理的质量，需要组合应用膜法水处理技术和其他技术。当前，常用的组合技术包括膜生物反应技术、粉末活性炭－超滤膜技术、混凝－超滤技术[6]。具体应用情况如下。

3.1.1 膜生物反应技术

膜生物反应技术是先后采取膜分离、微生物降解方法对生活污水进行固液分离、降解有机物、过滤处理的一项污水处理技术。该技术的处理系统由膜分离单元、生物处理单元两部分组成。在生活污水深度处理项目中，膜生物反应技术取代了传统的活性污泥法，具有污泥产出量少、污水分离效果显著、处理后污水浑浊度接近于零、操作灵活、处理效果稳定的工艺优势，因此，具备大面积推广的技术条件，同时也被广泛应用于工业废水处理等其他领域。

膜生物反应技术是由CCAS连续循环曝气、动态内循环、组合式污水处理三类工艺组成。其中，CASS连续循环曝气工艺是设置15 mm间隙机械格栅与沉砂池等设施对污水进行预处理，随后流入CCAS反应池内进行除磷、脱氮、有机物生物降解、去除溶液悬浮物等一系列操作，再由膜处理分离单元过滤溶液中的水溶性大分子物质以及悬浮物，经处理后其出水达到排放标准、BOD与COD的去除率超过95%、氮磷去除率在80%以上。动态内循环工艺是保持所处理污水循环流动状态，从而起到增加与污泥接触次数、使污水与污泥处于理想混合状态、强化过滤效果的作用，相比于其他工艺，此项工艺可降低人工操作要求、节省污水在处理成本和彻底解决系统错流问题。而组合式污水处理工艺是在处理系统中设置EDSB膨胀颗粒污泥床等新型设备，使污水处理期间进行厌氧生物和污水反应，先由膜生物反应器滤除污水中分布的有机污染物和悬浮物，再由膨胀颗粒污泥床降解污水中的难降解有毒物质。

3.1.2 粉末活性炭－超滤膜技术

粉末活性炭－超滤膜技术简称为PAC-FU工艺，是在UF装置内循环水流中添加适量的粉末状活性炭材料，再由活性炭吸附水流中分布的低分子物质，并向固相转移溶解性有机物，经过处理后，再将水流穿过超滤膜去除活性炭粉末，从而起到去除低分子物质、大分子细菌、溶解性有机物的污水处理效果。同时，添加粉末活性炭材料，还可以改善酚去除效果和预防膜污染问题出现，从而始终维持较高的膜比流量。

3.1.3 混凝－超滤技术

混凝－超滤技术是在生活污水中投放混凝药剂，使污水中的细微悬浮物以及胶体粒子出现脱稳现象，使之在一段时间后形成矾花，并在污水穿过超滤膜时形成滤饼层，再在滤饼层上截留、沉积亲水性物质，从而完成污水处理操作。该技术能有效去除有机物分子，但需要定期清理滤饼层的沉积物来恢复膜通量。

3.2 提升水处理膜的性能

在现代生活污水深度处理项目中，呈现出污水产生量逐年增加、污水成分愈发复杂的趋势，这对污水的处理效果以及能力提出了更高要求，如提升水处理膜的性能，避免在实际使用期间频繁出现膜材受污、堵塞、结垢问题，力争满足污水处理的实际需要。由此，为了改善该技术的应用效果，需要重点提升水处理的膜性能，从抗污染性能、膜通量、适应性、机械强度四方面着手。首先，在抗污染方面，使用具备强大抗微生物繁殖能力的新型膜材，如GE特种抗污染反渗透膜，作为新一代膜元件，GE膜采取三层复合结构与错流过滤方式，膜孔径为0.001 μm，适用于处理含盐量在8000 ppm以内的生活污水，其平均脱盐率一般保持在99.5%左右。这样既可以保障污水的处理效果，又可以减少膜污染问题的出现。其次，在膜通量方面，对于膜材的强度、孔径值和制作工艺进行改进，使用PVDF、PP等材质膜料，或是选用由TIPS或是NIPS工艺制成的膜材，以此来提供单位时间内通过膜面滤出的水量，这将显著增加水处理膜的使用寿命。然后，在适应性方面，根据生活污水深度处理要求、实际处理工况以及预处理要求来研发、选用对应种类的水处理膜，如在应用超滤技术时，可选择第3代的陶瓷膜，相比于醋酸纤维素膜、聚乙烯薄膜、聚醋酸乙烯膜等水处理膜而言，陶瓷膜的强度更高。最后，在机械强度方面，要优先使用具备良好耐磨性、耐热性与较高机械强度的膜组件，或是直接将膜制作在高强度的支撑材料上。

4 结语

综上所述，为实现生活污水的深度处理目标，解决淡水资源短缺问题，应及早实现水资源的循环利用。所以，污水处理厂必须认识到膜法水处理技术的应用价值，且要深入了解各项具体技术手段及污水处理原理，并落实应用组合污水处理技术、提升水处理膜性能两项措施，以此来实现膜法水处理技术的理想应用效果。