膜法水处理工艺在生活污水处理中的应用

时间：2024-08-31

文_谢文娟国网能源哈密煤电有限公司大南湖一矿

1 生活污水处理中常见的膜法水处理工艺技术

1.1 反渗透工艺

反渗透技术是生活污水处理中比较常见的一项工艺，其原理是以压力差作为推动力，将污水中溶剂与体系分离开来，通常也被称作逆渗透技术。在实际应用这一项膜法水处理技术时，主要是在膜一侧施加压力，当施加的压力超出初始渗透压时，溶剂会进行反向的渗透，而由于膜具有选择透过性，所以此时在膜的两侧因为压力差的存在就会出现差异，其中低压膜侧得到处理的渗透液，另外高压膜侧就会得到浓缩液。例如，在对海水进行反渗透处理时，低压膜侧得到的是淡水，而高压膜侧得到的则是卤水。需要注意的是，在实际对生活污水进行反渗透处理时，纯净水与废水相比，化学反应位相比较高，所以在该技术应用过程中，纯净水一侧会向着废水一侧进行渗透，当二者始终保持固定不变的液面差时，表明工艺实施结束。其中，纯净水朝着废水一侧进行渗透，被称为正渗透；反之，如果废水一侧得到压力，而朝着纯净水一侧渗透，这个过程则被称为反渗透。相对比正渗透，反渗透可以更加高效的分离污水中的污染物，从而达到深度处理生活污水的实质性效果。

1.2 超滤分离工艺

在对生活污水进行反渗透处理后，污水初步实现净化处理。要想提升生活污水处理效果和纯净度，还需要再次应用膜法水处理技术，其中比较常见的是超滤分离技术，其原理是通过反渗透处理得到的溶液体系，对其进行二次施压，在压力的推动作用下，溶液进行超滤膜分离，即溶液体系中小分子物质和无机物离子会通过孔径更小的超滤膜，而大分子物质则过滤在超滤膜的另外一侧，从而达到深度净化生活污水的效果。

1.3 纳滤分离工艺

该技术作为膜法水处理技术的一种，也是通过施加压力而实现溶液污染物分离的工艺。在应用该技术时，其所施加的压力一般在0.5 ～1.0MPa，介于反渗透工艺与超滤分离工艺之间。与上述分析的两种技术相类似，纳滤分离技术中的纳滤膜也具备选择透过性，但是区别在于该膜所针对的不是分子物质，而是离子，所以分离效果更加显著。通常，纳滤膜对于二价离子具有很强的分离性，最高可以达到95%左右，而对于一价离子的分离率则相对较低，一般在40%以下。正是由于这种特性，使得该工艺主要适用于地下水之或河流水质的处理中，分离这些水质中的农药物质，以达到净化处理目的。

1.4 电渗析工艺

相对比上述的分离和过滤技术，电渗析工艺原理有所区别，其主要是通过外加电场实现污水体系中离子的迁移，最终达到净化和处理污水有害物质目的，一般适用于海水淡化处理和生活污水深度处理工作当中。对于电渗析工艺来说，应用比较多的是离子交换膜技术，该技术中的膜属于功能膜，具体分为阴膜和阳膜，其中前者只可透过阴离子，后者只通过阳离子，在实际应用中通过外加电场的作用，使体系中阴阳离子实现定向移动，最终达到分离和净化目的。

1.5 微孔过滤工艺

该技术当前在工业领域应用最为广泛。实际利用该技术进行生活污水处理时，压力标准、微孔过滤孔径等参数比较关键，影响过滤处理效果，所以实际当中必须要注重控制这两项指标参数。

2 膜法水处理环保工艺在生活污水处理中的实践应用

2.1 反渗透工艺应用

对于反渗透工艺技术来说，其本身无法去除相应的杂质分子或离子，而是通过膜分离原理实现杂质大分子的分离，然后富集到浓水中进行集中排放。随着反渗透处理废水回收率的不断升高，体系浓缩倍数也将呈现增高趋势。通常进水中浓水的Ca、Mg 离子浓度以及含盐量都比较高，相当于进水的4 倍左右。而且反渗透工艺技术的应用当中可以过滤一部分的大分子物质，所以浓水中也就存在较高的有机污染物，可见一般反渗透浓水具备高含盐量、高有机物浓度的特性。

结合具体实例，论述反渗透工艺的实施效果，如某废水处理厂收集的废水水量为50m3/h，其中废水水质相关指标如表1所示。

表1 废水相关水质参数

根据区域所在地环保指标要求，结合上述污水水质参数，确定了反渗透处理的工艺流程。

反渗透浓盐水在经过缓冲水池后，对体系的水质和水量进行一定程度的调节，接着处理后的溶液进入到微滤预处理环节。在该环节的处理中，主要向体系中加入一定量的NaOH，使其与体系中Ca2+发生化学反应形成沉淀并通过微滤膜分离开来，如此便完成了废水的预处理工作。在经过预处理后的废水中加入HCl，目的是对体系进行pH 调节，完成后经中间水箱进入到纳滤处理环节中进行进一步的废水处理工作，而后所得的反渗透产水回进入到回用水箱中储备起来待用。此外，纳滤处理后的废水与反渗透浓水还可以经浓水箱后进入到高压反渗透环节当中，一部分经过处理后进行回用水箱；另一部分进入蒸发结晶系统，在该系统处理后，冷凝水进入回用水箱，而结晶物也可以被回收利用。在上述反渗透工艺中，可以结合药剂软化技术、新型的过滤分离技术等工艺，对反渗透浓水直接进行硬度、碱度以及硅垢的去除处理，如此一来系统整体的回收效率大大提升。

2.2 超滤工艺应用

相对比反渗透技术，超滤工艺可以有效分离生活污水中较大的杂质分子，而且分离过程中不需要施加较大的外力，就可以达到良好的分离效果，可见超滤工艺对于资源的消耗相对较小，而且该技术所能处理的水量一般较大，特别适用于生活污水深度处理工作。而在日本，该工艺不仅应用生活污水的深度处理，而且在污水回用当中也得到广泛应用，一般将超滤工艺技术处理得到的回用水应用到中水管道系统当中，实现洗车、坐便冲水等应用。例如，对于城市当中的超大建筑来说，其循环用水量一般都很大，建筑当中如果不具备中水管道，那么也就无法得到建筑许可证。而将生活污水进行回用处理而应用到这些建筑并不是盲目的，因为这些建筑对于生活污水处理工艺要求十分严格，一方面要满足设备、工艺等方面的要求；另一方面处理得到的水质要求无异味，且要求降低污泥量，而超滤分离技术可以有效满足上述各方面要求。

2.3 电渗析工艺应用

电渗析技术在进行生活污水处理时，主要的处理对象是污水中的木质素，该物质一般存在于造纸工业废水当中，属于大分子物质，胶体性、螯合性一般较高，处理难度较大。而生活中的木质素主要来源于人们所使用的纸制品，比如卫生间所用的手纸会随着洗浴用水排放到生活污水当中，一旦对这类生活污水处理不到位，还会导致自然水资源受到严重污染。而电渗析技术可以有效处理这类废水，深度去除生活污水当中的木质素，原理是通过外加电场让木质素通过阳膜，实现木质素分离和去除的效果。

2.4 微孔过滤工艺应用

该工艺技术在实际进行生活污水处理时，比较常用到的材料是微孔陶瓷，其作为一种无机非金属材料，比较重要的特性就是孔径较小，一般在0.5µ～450µm 之间，因为孔径较小，所以分离和处理生活污水的效果更加显著，通常适用于生活饮用水处理领域。一般来说，微孔陶瓷的分离原理是吸附、表层过滤和深层过滤相结合，一方面可以将污水中的杂质和胶体进行分离处理；另一方面由于孔径极小，还可以拦截水体污染物当中的病毒和病菌，使得处理后的水体可以直接饮用，不会对人体健康造成影响。此外，微孔过滤工艺还具有较强的耐腐蚀性，而且微孔陶瓷没有二次污染的问题，所以环保性更高，同时工艺方法的使用寿命得到大幅度延长，有效降低了成本投入。