市政污水處理中膜處理技術(shù)的應(yīng)用

李建軍

摘要：隨著科技的不斷進步，越來越多的技術(shù)被廣泛用于市政污水處理，如BAF、A2/O法等，此類污水處理法往往需要摻加一定量化學(xué)藥劑才能去除污水內(nèi)細菌、有毒物質(zhì)，同時極易產(chǎn)生二次污染問題。如何實現(xiàn)低能耗、高效率地完成污水處理工作顯得尤為重要。目前在純水分離、凈化飲用水等方面膜技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，相比其他處理法，超濾工藝的特點可歸結(jié)為低成本、極易制備，且性能良好。

Abstract： With the continuous progress of science and technology， more and more technologies are widely used in municipal wastewater treatment， such as BAF， A2/O， etc. Such wastewater treatment methods often require the addition of a certain amount of chemical agents to remove bacteria and toxic substances from the wastewater， which is easily lead to secondary pollution problem. How to achieve the completion of sewage treatment work in a low-energy and high-efficiency way is particularly important. At present， membrane technology has been widely used in pure water separation， purification of drinking water， etc. Compared with other treatment methods， the characteristics of ultrafiltration process can be attributed to low cost， easy preparation and good performance.

關(guān)鍵詞：市政污水處理;膜處理技術(shù);超濾工藝

Key words： municipal wastewater treatment;membrane treatment technology;ultrafiltration process

中圖分類號：U664.9+2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）13-0214-02

1 膜處理技術(shù)原理及特點

1748年由Abblenallet（法國科學(xué)家）首次發(fā)現(xiàn)膜分離現(xiàn)象后，大量學(xué)者專家展開了膜研究。相比傳統(tǒng)分離過程相比，如過濾、精餾、脫色等，膜分離技術(shù)操作更便捷、設(shè)備更緊湊，更能降低能耗。目前在水處理領(lǐng)域膜處理技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。膜處理技術(shù)具有較為簡單的工藝原理，是在過濾環(huán)節(jié)，經(jīng)泵加壓作用，按照一定流速，料液順著濾膜表面流動，相比膜截留分子量的物質(zhì)分子，較大時則無需透過膜直接可向料罐內(nèi)流入;較小時則構(gòu)成透析液。因此膜系統(tǒng)共有回流液、透析液兩個出口。一定時間內(nèi)一定膜面積流出的透析液量可被看做是膜通量，也可稱為過濾速度。膜分離過程可看做是一個物理過程，按照孔徑大小劃分，包含微濾膜、超濾膜、納濾膜等類型，其選取的過濾方式為錯流過濾、死端過濾法。其特點如下：

①無相態(tài)變化?？墒冀K存有原來的樣子，具有極低的能耗，相比蒸發(fā)濃縮其費用僅為其10～30%。

②無化學(xué)變化。作為一個純物理過程，膜處理過程中不需要使用化學(xué)試劑等。

③良好選擇性。物質(zhì)分離可在分子級內(nèi)實施，相比其他濾材，具有極大優(yōu)勢。

④適應(yīng)性強。處理規(guī)模無限制，操作便捷，便于自動化。

⑤能耗低。僅用電能即可驅(qū)動，具有較低能耗。

2 實驗分析

2.1 實驗裝置及方法

在膜組件內(nèi)污水過濾的方式為內(nèi)壓錯流法，對膜組件兩端閥門適當調(diào)節(jié)，可保證系統(tǒng)能夠恒壓運作，通過濾液體積測定，將膜通量計算出來。同時也可利用閥門調(diào)節(jié)的方式，保證濾液流量不變。因本實驗選取膜組件相同，因此膜有效面積也具有一致性。因此在不改變?yōu)V液流量的前提下，可看做是恒通量運作，利用膜組件兩端壓力變化情況，將系統(tǒng)內(nèi)跨膜壓差計算出來。

本實驗選用PVC超濾膜錯流過濾裝置，其污水處理流程為：

第一，污水由污水處理廠取出，通過超濾膜處理后，獲取過濾液實行二級處理;

第二，過濾液經(jīng)二級超濾后，直接實施第三次超濾處理，重復(fù)進行上述過程，直到濾液與相關(guān)排放標準相符;

第三，所有濃縮液向原料槽內(nèi)返還，并均勻混合原料液，隨后再次過濾處理;

第四，污水經(jīng)各級處理后，即可對其水質(zhì)變化情況進行分析、檢測。

2.2 試劑及分析方法

根據(jù)污水處理廠實際情況，實驗試劑及材料可選用硫酸汞、去離子水、超純水、0.45μm醋酸纖維微孔膜等。水樣模擬配置時，需向250mL的0.01mol/L NaOH溶液內(nèi)摻加適量腐殖酸粉末，經(jīng)24h溶解后，通過移液管量取50mL加入1L去離子水內(nèi)，通過NaOH、HCI進行pH調(diào)節(jié)，待其值達到7.05時，即可進行總需氧量的計算，即TOC=21.02mg/L。

本實驗選取改性PVC中空纖維超濾膜材料，其過濾面積為0.8㎡，孔徑為0.01μm，長度為24.7cm。超濾膜絲內(nèi)存有一定保護液，即乙醇、丙三醇等，需通過蒸餾水多次清洗，待濾液TOC基本等同于初始蒸餾水后，即可進行污水處理。本實驗在某污水處理廠取樣，需在4℃冰箱內(nèi)保存樣品，且在72h以內(nèi)使用完所有樣品，水質(zhì)主要指標如表1所示。

2.3 結(jié)果及分析

2.3.1 恒通量條件下比跨膜壓差分析

通過跨膜壓差變化能夠?qū)⒊瑸V膜污染程度充分反映出來，實驗濾液流量控制為每小時20、30、40L，在保證不改變?yōu)V液流量的情況下，對壓力計變化進行監(jiān)測，跨膜壓差值需一次間隔10min進行記錄，跨膜壓差/純水跨膜差壓=系統(tǒng)比跨膜壓差值=TMP/TMP0。通量條件改變下，如圖1所示。

由此可見，將一個周期定為1h，濾液流量以每小時20、30、40L為準，隨著時間的增加TMP/TMP0的發(fā)展趨勢存在一定差異?？傻贸觯吭黾樱銽MP/TMP0增速就隨之加快。濾液流量為每小時20、30L的情況下，TMP/TMP0具有較為穩(wěn)定的變化趨勢，相比初始值，1h后僅為其1.8、2.4倍。但濾液流量在每小時40L時，料液直接接觸膜后，即出現(xiàn)了膜污染問題，且TMP/TMP0在30min后呈現(xiàn)出直線上升趨勢，相比初始值，1h后達到了其16倍左右。該情況下，裝置溫度大大增加，隨著發(fā)熱問題的不斷加重泵運轉(zhuǎn)困難，無法穩(wěn)定、正常地實施操作，系統(tǒng)運行難度大，必須暫停系統(tǒng)。此時大大增加系統(tǒng)壓力，特別是高壓作用下，將有大量懸浮污染物，如膠體、顆粒等跑到膜組件內(nèi)部，不僅會出現(xiàn)進料口膜孔被堵塞問題，還會在膜表面因沉積物大量附著、積壓，形成濾餅層，因壓力瞬時提升，進而出現(xiàn)系統(tǒng)溫度、能耗增大等問題。通過上述分析，在污水處理中，應(yīng)選取每小時30L作為濾液流量。

2.3.2 超濾膜分級處理污水的效能

據(jù)大量實踐證明，通過PVC超濾膜三級過濾后污水水質(zhì)滿足一級A排放規(guī)定，因此，本文分析依據(jù)以三級過濾為準，并以此展開敘述。

第一，跨膜壓差TMP變化。根據(jù)上述分析，選取每小時30L作為過濾液流量，污水經(jīng)超濾膜連續(xù)3次處理后，污水通過超濾膜三級處理后，系統(tǒng)TMP發(fā)生了極大變化。當原污水被超濾膜直接過濾后，TMP增速迅速，為0.033～0.078MPa，相比初始壓力，為其2.5倍。由此可見，污水直接被處理時，膜污染速度加快，污染程度加大。但通過超濾膜分級處理后，則具有較為穩(wěn)定的TMP，整個運行過程中，增加總量僅為0.0015MPa，則表明一級處理后，污水內(nèi)的大量懸浮物被超濾膜截留，在膜表面此類懸浮物構(gòu)成濾餅層，膜阻力進一步加大，減少膜通量。因水內(nèi)溶解性有機或無機物在二級、三級處理時在膜表面沉積，或?qū)δた锥氯?，?dǎo)致膜有效過濾面積降低，并增加過濾阻力。由能耗方面分析，在二級、三級污水處理中超濾膜技術(shù)可行。

第二，水質(zhì)變化。通過上述分析后，污水經(jīng)三級處理后水質(zhì)產(chǎn)生了極大改變，如表2所示。由此可見，三級處理后，水樣指標均滿足一級A排放要求，具有較高去除率。

3 結(jié)束語

綜上所述，自改革開放以后，我國國民經(jīng)濟高速增長，城市化進程越來越快。為推動城市經(jīng)濟發(fā)展，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標，必須做好市政污水處理工作。作為一項系統(tǒng)性較強的工作，市政污水處理不能一撮而就，應(yīng)由多方面、多角度加以完善。相比其他技術(shù)，膜技術(shù)作為一種新型除污分離技術(shù)，操作更便捷、設(shè)備更緊湊，更能降低能耗。因此，必須合理應(yīng)用膜技術(shù)，將其的優(yōu)勢在污水處理中充分發(fā)揮出來，以期為市政污水處理工作貢獻更大力量。

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