膜分离技术在再生水处理中的应用研究

膜分离技术在再生水处理中的应用研究

徐效民

天津中水有限公司天津市300221

摘要：膜分离技术因为具有常温下操纵、无相态变化、无化学变化、选择性好、高效节能、在生产过程中不产生污染等特点，广泛应用于发酵、生物制药、植物提取、化工、饮用水净化、除菌、废水处理等多个领域。分离膜因其独特的结构和机能，在环境保护和水资源再生方面异军突起，基于此，本文主要对膜分离技术在再生水处理中的应用进行分析探讨。

关键词：膜分离技术；再生水处理；应用研究

1、前言

近年来，各级政府部门又对污水处理回用提出了更高的要求．2011年“中央一号”文件《中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定》明确提出，污水处理回用是实现最严格水资源管理目标的一项重要措施．用途不同，对再生水水质要求不同，合理选择再生水处理技术，确保再生水水质符合要求是再生水处理工程正常运行的保障．膜分离技术由于出水水质优良、稳定，占地面积小，易于实现自动化等特点，受到各界高度重视．

2、膜分离技术在再生水处理中的应用现状

根据膜的形态、材料、结构、功能不同，膜有不同的分类．在水处理行业，膜一般按孔径范围分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜与反渗透膜，不同膜的孔径分布不同，净化机理与净化效果也不同．

2.1微滤膜

微滤膜孔径大小为0．01～10．00μm，截留分子量在100000道尔顿以上．由于微滤膜孔径较大，主要依靠筛分效应截留水中的污染物质，可用孔流模型解释它的传质机理．微滤膜具有操作压力低，水通量大等特点．可以去除水中的悬浮物、胶体、细菌等污染物质，对溶解性污染物质去除效果较差，可用于对水质要求不高的再生水处理厂或作为纳滤膜与反渗透膜的预处理．

北京市某再生水厂采用微滤/反渗透工艺深度处理再生水，出水化学需氧量（ChemicalOxygenDemard，COD）质量浓度与浊度的平均值分别低于0．45mg/L与0．064NTU，87．7%出水中的氨态氮（AmmoniaNitrogon，NH3—N）低于检测限．98．8%出水中的总磷含量（TotalPhosphorus，TP）质量浓度低于0．01mg/L，出水总溶解固体（TotalDissolvedSolids，TDS）质量浓度低于30．8mg/L，出水水质良好、稳定．研究者用改性微滤膜深度处理污水厂二级出水．微滤膜出水色度为15倍，总悬浮固体（TotalSuspendedSolids，TSS）、五日生化需氧量（5-daysBidogicalOxygenDemand，BOD5）、TP质量浓度分别小于5．00，5．40，0．03mg/L，总大肠菌群含量少于2个/L，水质满足《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T18920—2002）的要求．以颗粒活性炭流化床生物反应器与微滤组合工艺处理模拟的生活污水，微滤膜孔径为0．1μm，最优条件下，该工艺对溶解性有机碳去除率可达到97．7%．以微滤/反渗透工艺处理污水处理厂二级出水，中空纤维微滤膜孔径为0．05μm，微滤膜通量范围为36．0～45．0L/（m2•h），微滤膜进水COD，BOD5，TSS，硬度质量浓度分别为23～58，5～11，2．0～15．0，120～147mg/L，出水COD，BOD5，TSS，硬度质量浓度分别为8～45，1～8，＜2．0，120～147mg/L．微滤去除悬浮物效果较好，但对溶解性污染物质去除效果较差．

2.2超滤膜

超滤膜孔径范围为0．001～0．010μm．截留分子量1000～100000道尔顿，由于超滤膜孔径较大，主要依靠筛分效应对污染物质进行截留，可用孔流模型解释它的传质机理．超滤膜能够截留分子量大于1000道尔顿、粒径大于2nm的颗粒．研究者用截留分子量为30000道尔顿的聚丙烯腈超滤膜处理城市污水处理厂二级处理水，超滤膜对浊度、细菌总数与大肠杆菌有较高的去除率，但对TOC、254nm波长紫外光下的吸光度UVA254与色度的去除率分别为13．4%，33．1%与51．4%．北京市清河再生水厂采用超滤、活性炭吸附工艺对污水处理厂二级出水进行深度处理，长期运行结果表明，该工艺对有机物质、悬浮物及胶体物质的去除率较高，但对氮的去除率较低．

用慢滤/超滤组合工艺处理模拟的污水处理厂二级处理水．研究结果表明：当二级处理水中生物聚合体质量浓度为0．79mgC/L，不用慢滤池预处理，超滤膜运行12h，跨膜压力从12kPa升高到70kPa；当二级处理水中生物聚合体质量浓度为0．32mgC/L，经慢滤池预处理，超滤膜运行30d，跨膜压力从12kPa升高到70kPa．用截留分子量为1000道尔顿的管式陶瓷超滤膜与截留分子量为25000道尔顿的卷式有机超滤膜处理模拟的污水处理厂二级处理水．卷式超滤膜对浊度，UVA254，COD，色度的去除率分别为95%，80%，75%，50%；管式超滤膜对浊度，UVA254，COD，色度的去除率分别为95%，85%，95%，92%．

2.3纳滤膜

纳滤膜孔径接近于1nm，切割分子量200～1000道尔顿，主要依靠筛分效应与Donnan效应对污染物质进行截留，可用Donnan平衡模型、空间电荷模型、静电位阻模型和杂化模型等模型进行解释．纳滤膜不仅能够去除悬浮物、细菌，也能够去除小分子有机物、无机盐等．

研究者采用臭氧/土壤/纳滤组合工艺处理污水厂二级出水，其中纳滤膜对溶解性有机碳（DissolvedOrganicCarbon，DOC）、UVA254与电导率的去除率分别为72%～83%，75%～84%，40%～50%，出水DOC质量浓度稳定在1mg/L以下．采用微滤/活性炭吸附/纳滤组合工艺处理邯郸市某污水厂二级出水．该工艺对CODMn，TOC，UVA254平均去除率分别达到42．09%，69．54%和78．53%；CODMn，TOC出水平均质量浓度分别为5．90，1．93mg/L；出水UVA254为0．04cm－1．

2.4反渗透膜

反渗透膜孔径在0．0001μm左右，切割分子量小于200道尔顿．反渗透膜属于无孔致密膜，可用溶解－扩散模型解释其传质机理．反渗透膜能够大量去除水中的无机离子与有机物．采用生化塔/沉淀池/消毒/纤维素过滤器/砂滤池/反渗透组合工艺处理某污水厂二级出水，进水COD、氨氮、总硬度质量浓度分别为60，10，450mg/L，出水氨氮质量浓度小于0．5mg/L，COD检测不出，总硬度质量浓度小于1mg/L．采用超滤/反渗透组合工艺处理污水厂二级出水．当操作压力为0．45MPa时，该工艺对TDS、氨氮、碱度、COD的去除率分别为91．01%，90．70%，91．70%，99．38%．

3、结语

再生水回用是解决我国水资源短缺的有效途径之一．我国各级政府部门对再生水的回用提出了明确目标．目前对再生水回用提出的要求不仅是量的增加，还有再生水水质标准的提高．膜分离技术是提高再生水水质的有效技术之一，在再生水处理中具有良好的应用前景。

今后，我国膜分离技术研究方向主要有：①纳滤膜与反渗透膜的工业化生产研究，分析纳滤膜与反渗透膜工业化生产制备参数优化问题；②超滤膜与微滤膜的制备技术优化研究，主要是提高微滤膜与超滤膜的强度、水通量与截留效果；③各种膜应用参数优化研究，提高膜的分离效果、水通量，延长膜的使用寿命．

参考文献：

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[2]邵刚.膜法水处理技术及工程实例[M].北京：化学工业出版社，2002．

[3]刘国光.乳状液膜法分离提取醋酸的模拟实验[J]．环境化学，2002，21（4）：385～388．