纳米平板陶瓷膜技术及其在污水处理中的研究

纳米平板陶瓷膜技术及其在污水处理中的研究

刘林

浙江博华环境技术工程有限公司浙江杭州310018

摘要：作为一种新型膜技术，纳米平板陶瓷膜的应用前景非常广阔。本文对纳米平板陶瓷膜的概念进行介绍，重点分析纳米平板陶瓷莫在污水处理中的相关因素。在当前纳米平板陶瓷膜应用基础上，分析技术应用的关键，分离层材料是纳米平板陶瓷膜技术发展的关键，对运行参数及活性污泥性状的改善对于提高纳米平板陶瓷膜生物反应器的运行稳定性及处理效果具有促进作用。

关键词：纳米平板陶瓷膜；分离层材料；膜通量；膜生物反应器；

将混合物内的组分在化学位差、外界能量等推动作用下，利用组分选择性渗透差异进行不同组分液体或气体的分离、提纯及分级等方法，即为膜分离方法。在传统生物处理方法中，应用膜分离技术，称为膜生物反应器，将以往的二沉池用膜分离取代，对悬浮固体导致的污染物量完全去除，而二沉池对大分子有机物及游离细菌无法截留，而膜分离技术则可有效将此类物质完全阻隔在生物池内。膜生物反应器的应用效果较好，但也存在膜价格昂贵、能耗高、易堵塞及清洗等问题，对其应用也有一定限制。在当前膜生物反应器应用中，膜寿命是阻碍其发展的主要问题，导致膜组件清洗及更换的频率增加，导致运行费用的增加。为了对上述问题进行解决，纳米平板陶瓷膜生物反应器出现，对原膜生物反应器内的有机膜用纳米平板陶瓷膜代替，该方法使膜生物反应器的优势得以保留，并且在膜组件造价方面明显降低，对膜污染得到有效控制。

1、纳米平板陶瓷膜概述

纳米平板陶瓷膜主要支撑层、过渡层和分离层组成，其支撑层主要由三氧化二铝、氧化锆等无机材质调配而成，经过1400度的高温烧制而成，在高温烧制过程中，三氧化二铝、氧化锆等无机材料互相融化形成1.0-5.0um的孔道和支撑网，再在支撑层上镀上更细微的无机配方材料形成过渡层，其孔径在0.1-1.0um之间，其厚度只有1mm左右，最后在过渡层表面镀上特殊的无机材料配方再经过1400度烧制，从而形成不同规格的过滤层孔径，其孔径根据配方可控制在30-100nm之间，其孔径大小呈正态分布，90%以上孔径控制在所需规格左右。，这样从里到外由大到小的孔径分布就像形成喇叭口一样通道结构，更有利于膜过滤的效率，因为在污水中被过滤的杂质等污染物直接被拦截在表面的分离层，而不会到中间的过滤层和支撑层中，不会形成不可逆的污堵，这样也可以利用更好的反冲洗来恢复膜片的性能。

2、纳米平板陶瓷膜与传统有机膜对比优势

纳米平板陶瓷膜与传统有机膜对比有些明显优势：第一，其膜通量比较大，在市政生活废水的MBR处理工艺中，当污泥浓度在8000-12000mg/l下，COD浓度降低到50以上的时候，传统有机膜的膜通量只有15-20l/m2.h，而纳米平板陶瓷膜有40l/m2.h左右的通量，所以通量是传统有机膜的2-3倍；第二，传统有机膜因为是有机材质制作而成容易被氧化而损坏，而纳米平板陶瓷膜是由无机材质经过高温烧制而成的，其化学稳定性比较高，所以使用寿命比较长，理论上可以无限期使用；第三、对油脂类指标不敏感，因为有机膜是由有机材质制作，油脂类也是有机质，根据相似相溶原理，有机膜上沾上油脂类后很难去除，从而影响使用寿命和运行效果，而纳米平板陶瓷膜是无机材质制作而成的，而且陶瓷天然有着亲水疏油的特性，所以油脂类指标不仅不会对其造成影响而且可以高效去除；第四，抗压强度高，因为纳米平板陶瓷膜是经过高温熔化而制成的，所以结构牢固可以承受高压，在破坏性试验中1.0Mpa压力下对其基本上无影响，所以在使用时可以利用高压反冲水对其进行反冲洗恢复通量，而传统有机膜则因为结构较薄不能承受这么高的压力，综上所述都是纳米平板陶瓷膜相对于有机膜的优势，所以在污水处理领域中纳米平板陶瓷膜有着不可比拟的优势。

3、反应器性能受活性污泥性状的影响

纳米平板陶瓷膜生物反应器中其核心部件就是纳米平板陶瓷膜膜组件，其受污泥浓度的影响比较复杂，浓度过高时，要求曝气强度要加强，但加强曝气强度后对污泥絮体会产生破坏，增加了微小絮体的数量，膜污染加重，且料液黏度等性质受污泥浓度的增加也会改变。在实际应用过程中，污泥浓度保持在高状态下，反应器系统的抗冲击能力与处理效率都可提高，但同时会出现氧传质效率递减、运行周期短及膜污染问题，所以对污泥浓度要结合多因素进行综合考虑选择。活性污泥的泥龄对污泥絮体的性状会造成大的影响，随着泥龄的增加，污泥絮体粒径会减小，分布趋于均匀；泥龄不同，絮体形状结构也不同。在污泥降解过程中，反应器内的活性污泥有主导作用，同样影响纳米平板陶瓷膜的分离性能，所以改善污泥形状，对膜污染的缓解及反应器的稳定性运行具有重要作用。

4、其它运行参数对反应器性能的影响

4.1曝气及错流的影响

曝气能够提供给微生物足够的溶解氧，同时也能够为纳米平板陶瓷膜组件提供错流流速，在反应器内实现环流，实现对膜污染的有效控制。在曝气强度范围内，随着曝气强度的增加，膜面错流速度也呈线性增加；如果曝气强度不变时，反应器内部结构对流速有显著的影响。对于纳米平板陶瓷膜的结构与过滤性能而言，受错流流速及曝气强度的影响，也与控制条件、试验装置有关。对于形成错流的曝气的控制，不是曝气强度越大就越好，通常在污泥浓度一定时，对曝气强度要合理控制，但相对于传统有机膜对比，其曝气量可以减少30%左右。

4.2膜通量与出水水头影响

在一定水头差下，纳米平板陶瓷膜生物反应器可自流出水，而水头差对膜通量与处理效率会产生一定的影响。随着出水水头的增加，膜通量减缓。为提高反应器的稳定性，在云心各参数设定中，引入临界通量作为依据。在试验过程中发现，在利于临界值下纳米平板陶瓷膜的运行中，其过滤压差变化平稳。相关研究显示，出水水头对纳米平板陶瓷膜组件的运行效果会产生直接影响，出水水头在达到临界值时，纳米平板陶瓷膜在分离层表面能够有效控制污染，但如果超出临界值，则出水通量急速衰减，纳米平板陶瓷膜组件的产水量降低。对于纳米平板陶瓷膜生物反应器来说，存在最佳的出水水头。出水水头对恢复期的纳米平板陶瓷膜处理效果也同样会产生影响，随着出水水头的增加，膜通量也逐渐增加。所以，对出水水头的合理选择，不但对纳米平板陶瓷膜的运行时间、反清洗时间及出水通量等都有直接的影响。

5、纳米平板陶瓷膜技术在污水处理中的实际应用

纳米平板陶瓷膜对污水中的有机物具有较好的截留作用，可有效降低出水中的悬浮物。并且在实际操作操作中，纳米平板陶瓷膜操控性较好，可快速用于实际应用。例如，纳米平板陶瓷平板膜在对污水处理中应用，有结果的研究结果显示，采用纳米平板陶瓷膜处理后，污水处理费用大幅降低，可节省30%运行费用，而且减少占地面积。通过对pH进行控制在5.05-7.90之间，水力停留时间8h条件下，纳米平板陶瓷膜在对污水处理中，COD浓度随着试验的进展而不断增加，结果表明，当COD浓度低于500mg/L时，出水COD浓度可下降到80mg/L以内，低于GB8978-1996中一级排放标准；如果进水COD浓度处于800-500mg/L之间，出水COD浓度可控制在150-200mg/L，去除率可到80%以上。

6、结语

纳米平板陶瓷膜技术在实际应用中，对膜结构和孔径充分利用，有着很多优势。随着水处理技术的不断研究，纳米平板陶瓷膜技术的发展前景必然越来越广阔，当然该技术与传统膜技术相比，技术还不成熟，还需要从分离层材料、活性污泥形状改善及运行参数优化等方面不断进行研究，促使纳米平板陶瓷膜技术的不断发展。

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