基于膜分離技術的污水處理工藝優化與實踐

摘要：為實現污水的高效處理與資源回收，分析膜分離技術的流程，并利用電化學水處理技術優化污水處理工藝。在實踐中，選取某化工企業的化工污水作為試驗用水，測試該方法處理污水的效果。試驗結果表明，該方法在去除總磷（Total Phosphorus，TP）、總氮（Total Nitrogen，TN）和化學需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）方面表現出色，去除率均超過99.9%；處理每立方米污水的成本僅為0.97元，能夠有效減輕企業和個人的經濟負擔，促進污水處理行業的健康發展。

關鍵詞：膜分離技術；污水處理；工藝優化

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）01-0-04

Optimization and Practice of Wastewater Treatment Technology Based on Membrane Separation Technology

Abstract： To achieve efficient treatment and resource recovery of wastewater， analyze the process of membrane separation technology and optimize the wastewater treatment process using electrochemical water treatment technology. In practice， chemical wastewater from a certain chemical enterprise is selected as experimental water to test the application effect of this method in wastewater treatment. The experimental results show that this method performs well in removing Total Phosphorus （TP）， Total Nitrogen （TN）， and Chemical Oxygen Demand （COD）， with removal rates exceeding 99.9%; the cost of treating each cubic meter of sewage is only 0.97 yuan， which can effectively reduce the economic burden on enterprises and individuals and promote the healthy development of the sewage treatment industry.

Keywords： membrane separation technology; wastewater treatment; process optimization

膜分離技術憑借其高效的污染物分離能力，在污水處理領域得到了廣泛應用[1-2]。如何進一步優化膜分離技術、提高處理效率并降低運行成本，成為亟待解決的問題。本研究提出通過電化學水處理技術優化污水處理工藝，以期提升污水處理效果并降低成本，為膜分離技術在污水處理領域的應用提供理論及實踐指導。

1 基于膜分離技術的污水處理工藝優化

膜分離技術已廣泛應用于污水處理領域。選擇合適的膜材料和膜組件，并優化膜分離工藝的參數，是實現高效處理的關鍵。通過深入研究膜分離機理，結合污水特性，可以設計出更具針對性的膜分離工藝[3]。此外，與其他污水處理技術聯合應用，可以進一步提高處理效果。

1.1 膜分離技術的流程

膜分離技術是利用不同類型的膜針對不同分子進行反滲透、離子交換、過濾和傳輸，從而實現物質的濃縮和分離。通透性、選擇性是膜的基本特點，這些特點使得膜能夠根據物質的化學性質和規格，以不同的速率將其依次分離。膜分離技術流程如圖1所示。

膜分離技術的分離機理如下。第一，反滲透。利用壓力差，使液體從高濃度區域向低濃度區域流動。在此過程中，反滲透膜能夠分離并過濾掉微小的離子與雜質，達到凈化水質的目的[4]。第二，離子交換。通過離子交換膜吸附并交換水中的帶電離子，實現離子的集中與選擇性分離。第三，吸附。利用材料對物質的親和力進行吸附，適用于分離中等分子與小分子。第四，過濾。利用過濾膜的選擇性，去除液體中的雜質、細菌、病毒等。

1.2 污水處理工藝的優化

電化學水處理技術是指在電極或外加電場的作用下，利用特定的電化學反應器，通過電化學反應、物理反應或二者的結合，去除污水中的污染物的過程[5]。利用電化學水處理技術的優勢，進一步優化基于膜分離技術的污水處理工藝，設計電化學-陶瓷膜微濾-反滲透設備，如圖2所示。

由圖2可知，反應器主要由陶瓷微濾膜、電極組成，并與進水泵出水口連接在一起。出水泵進水口和出水口連接在一起，同時把出水輸入物料罐，利用反滲透膜處理出水，完成污水深度處理。在電化學反應過程中，施加6 V恒定電壓，設定電極間距為

1.5 cm，電極的有效面積為100 cm2。膜材料選用BW30反滲透膜和0.1 μm微濾膜。優化后的污水處理流程如圖3所示。第一步，通過電化學水處理技術去除污水中的有機物。第二步，利用微濾膜攔截污水中的細菌與懸浮物。第三步，利用反滲透系統進一步過濾污水。第四步，利用生物反應器集中處理濃水，并回收處理后的清液。第五步，進一步去除水中的各種雜質和有毒有害物質，達到一定的水質標準后，回用于特定的非飲用領域[6-7]。

2 基于膜分離技術的污水處理工藝的實踐

2.1 試驗用水

選取某化工企業的化工污水作為試驗用水，采用優化后的污水處理工藝處理試驗用水，在試驗用水終端安裝電化學-陶瓷膜微濾-反滲透設備。經測試，試驗用水中的K+含量為57.5 mg/L，Na+含量為525.6 mg/L，Mg2+含量為31.4 mg/L，Ca2+含量為124.8 mg/L，總磷（Total Phosphorus，TP）含量為0.8 mg/L，總氮（Total Nitrogen，TN）含量為7.4 mg/L，化學需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）為24.8 mg/L，總溶解性固體（Total Dissolved Solids，TDS）含量為6 533.2 mg/L，pH值為7.5。

2.2 試驗儀器和試驗方法

三維熒光光譜（Excitation-Emission Matrix，EEM）

試驗中的主要儀器為珀金埃爾默儀器公司生產的LS-55型號的熒光分光光度計；通過電感耦合等離子體-原子發射光譜儀測定金屬離子；采用FE20型pH計測定水體的pH值；采用鉬酸銨分光光度法完成紫外可見分光測定；通過752N型號的光度計測定TP、TN；通過速測儀測定COD；采用稱量法測定TDS。

2.3 主要污染物的去除率

采用優化后的污水處理工藝對試驗用水實施處理后，統計主要污染物的去除率，如表1所示。

由表1可知，優化后的污水處理工藝在去除TP、TN和COD方面表現突出，去除率均超過99.9%。

這一成果不僅證實了該方法的有效性，也進一步證明了其在處理水體污染問題上的巨大潛力。該方法在去除TDS方面也表現出色，去除率高達97%。結果表明，采用優化后的污水處理工藝可以有效降低水中的雜質含量，提升水質。

2.4 三維熒光分析

選取EEM作為評估污水處理效果的指標，EEM能夠表征處理前后水樣的變化情況。污水處理前后的EEM圖譜如圖4所示。

從圖4（a）可以看出，在波長400～450 nm的區域內存在微弱的信號，這與腐殖酸類物質的熒光特性相對應，表明原水中含有一定量的腐殖酸類有機組分。從圖4（b）可以看出，經過處理后的出水，這個范圍內的熒光信號完全消失，這說明研究方法能有效去除腐殖酸類物質。同時，在250～320 nm、300～350 nm的區域內，熒光信號大幅減弱，表明蛋白質類有機物也被有效去除。綜上所述，采用優化后的污水處理工藝不僅能夠有效去除腐殖酸類物質，還能有效去除蛋白質類有機物，對于保護水資源和生態環境具有重要意義。

2.5 經濟效益評估

在膜分離技術優化設計中，經濟效益是一個重要的考量指標。通過評估廢水處理方案的經濟性，可以為決策者提供科學依據。在實際應用中，通過優化工藝參數、提高膜材料性能、降低能耗等措施，可以降低膜分離技術的運行成本，提高經濟效益。仿真試驗設置該化工企業的污水處理總量為1 600 m3/d，分析應用化后的污水處理工藝的運行費用，如表2所示。

由表2可知，化后的污水處理工藝在運行成本上具有顯著優勢，處理每立方米污水的成本僅為0.97元。

該方法能夠有效去除污水中的有害物質，提升水質，減輕企業和個人的經濟負擔，促進污水處理行業的健康發展。

3 結論

膜分離技術作為現代污水處理的高效手段，憑借其節能、環保特性受到行業重視。本研究基于工程實踐，探討了膜分離技術在污水處理中的優化與實踐。該技術通過特定膜材料截留有害物質，實現固液分離。選擇合適的膜材料和優化操作條件可顯著提高處理效率。未來，繼續深入研究，為環保和可持續發展貢獻力量。

參考文獻

1 林茜茜.膜分離技術在城鎮污水處理中的應用[J].廣東化工，2023（23）：92-94.

2 茍少康.生物膜分離技術在醫院污水處理中的應用[J].皮革制作與環保科技，2023（10）：17-19.

3 陳 誠，周 勇，陳啟林，等.反滲透膜分離技術在含磷污水處理中的應用[J].磷肥與復肥，2022（4）：44-45.

4 劉靖宇.膜分離技術在工業污水處理中的應用[J].江西建材，2021（12）：308-310.

5 稅桂鴻，程曉英，劉 強，等.電化學-膜分離法組合工藝深度處理化工廢水中水研究[J].水處理技術，2023（4）：124-127.

6 周 勝，吳 勇.膜分離技術在化工廢水處理中的研究與應用[J].煉油與化工，2023（4）：10-14.

7 曾 濤，趙 杰.基于膜分離技術在污水處理中的應用研究[J].環境科學與管理，2021（3）：69-73.