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生活污水深度處理中膜法水處理技術(shù)探討

2022-11-27 06:18趙紅艷
皮革制作與環(huán)保科技 2022年1期
關(guān)鍵詞:膜法活性炭污水處理

趙紅艷

(趙橋鄉(xiāng)環(huán)保工作站,安徽 亳州 236000)

1 膜法水處理技術(shù)概述

1.1 技術(shù)涵義

膜法水處理技術(shù)是將待處理的生活污水推過膜組件,按照物理化學(xué)性質(zhì)來選擇性分離污水中的大分子物質(zhì)與小分子物質(zhì),從而使小分子物質(zhì)順利通過,并攔截污水中含有的污染性物質(zhì),以此來實(shí)現(xiàn)污水深度處理的一項(xiàng)技術(shù)方法。因此,該方法處理污水的過程為物理過程。

1.2 技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)

首先,相比于其他污水處理技術(shù),膜法水處理技術(shù)具有可處理多種濾液、獲取高質(zhì)量濾出水、滲濾液再利用,以及可連續(xù)開展污水深度處理操作的工藝優(yōu)勢。在實(shí)際污水處理過程中,應(yīng)用混凝沉淀法、吸附法等傳統(tǒng)技術(shù)時,則需要先將污水靜置一段時間后,使絮狀物形成下沉和活性炭表面開始吸附污染物,所以,其污水處理效率相對較低[1]。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況來看,膜法水處理技術(shù)也存在膜材易形成污垢、前期投資費(fèi)用與污水處理成本高昂、污水處理效果會受水體pH值與水體溫度等多項(xiàng)因素影響,因此,該技術(shù)也有一定的局限性。

2 膜法水處理技術(shù)在生活污水深度處理中的具體應(yīng)用

2.1 超濾技術(shù)的應(yīng)用

超濾技術(shù)是使用孔徑在0.05~1.0 μm內(nèi)的UF超濾膜作為膜材,控制生活污水在外界壓力作用下穿過超濾膜,截留污水中所含的懸浮固體、有機(jī)物、膠體等污染物質(zhì),該技術(shù)會在污水在處理過程中完成凈化、分離與濃縮操作。在實(shí)際應(yīng)用期間,超濾技術(shù)有著處理污水量大、操作簡單、系統(tǒng)運(yùn)行能耗小、原液利用率高、大分子物質(zhì)分級分離的工藝優(yōu)勢,可有效截留分子量在1000以上的大分子物質(zhì)及膠體[2]。但膜超濾系統(tǒng)無法有效去除污水中所含有的無機(jī)離子,其氨氮元素去除率也較低,且膜組件會頻繁出現(xiàn)結(jié)垢堵塞問題,所以,需要每隔2~3個月使用海綿球進(jìn)行一次膜材除垢作業(yè)。在此基礎(chǔ)上,也可以對超濾污水處理系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化改造,如安裝螺旋卷式或中空纖維式的新型超濾裝置,便于在污水處理期間加強(qiáng)攪拌、加強(qiáng)湍流操作,避免在膜材表面沉積、粘附水溶性生物大分子和微生物等物質(zhì),以此來解決濃差極化問題。

2.2 微濾技術(shù)的應(yīng)用

微濾技術(shù)是使用孔徑在0.1~0.2 μm的MF膜,從液相中截留微粒、細(xì)菌和其他種類污染物的一種污水處理技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中,可將污水處理過程作為一種篩孔分離過程,是屬于精密過濾技術(shù)體系。在處理污水期間,可向待處理生活污水施加0.7~7.0 kpa內(nèi)的操作壓力值,使污水在壓力作用下穿過MF膜,以此分離溶液和其中含有的細(xì)菌、顆粒物與各類膠狀體[3]。在實(shí)際處理污水過程中,微濾操作方式可分為死端過濾和錯流過濾。其中,死端過濾也被稱為全量過濾,是在壓力作用下使污水穿過膜孔,在膜面部位截留、堆積超出膜孔的溶質(zhì)粒子,此方法有著操作簡單的優(yōu)勢,但需要定期清理膜面堆積物,膜面堆積顆粒越多,則膜材滲透率越低,進(jìn)而會影響污水的處理速度。而錯流過濾是保持膜材表面和溶液流動方向的平行狀態(tài),控制溶液沿膜面緩慢流動,使其在操作期間形成剪切力,并控制部分膜面上的部分截留物返回至主體流內(nèi),以此來維持穩(wěn)定的膜透過速度,避免膜面頻繁堵塞結(jié)垢。

根據(jù)應(yīng)用情況來看,微濾技術(shù)有著孔徑均勻、污水過濾速度快、空隙率高、僅需保持較低壓力值的工藝優(yōu)勢,但該方法對于污水中有機(jī)物質(zhì)的去除率相對較低,且膜體易受到污水污染而喪失活性。因此,為了改善污水的處理效果,在應(yīng)用微濾技術(shù)時,一方面要提前對生活污水進(jìn)行預(yù)處理,如在污水中添加適量粉末狀活性炭材料,由活性炭溶解污水中含有的有機(jī)物,以此來提升有機(jī)物的去除率;另一方面需要選用適當(dāng)材質(zhì)的微濾膜,一般情況下可選用陶瓷材質(zhì)的微濾膜,這樣可使陶瓷表面能夠截留直徑超出膜孔徑的大分子物質(zhì),而在孔道內(nèi)部會吸附小分子物質(zhì),以此來維持膜體活性,從而可以長時間保持穩(wěn)定的污水處理效果。

2.3 納濾技術(shù)的應(yīng)用

納濾技術(shù)也被稱為低壓反滲透技術(shù),是使用孔徑在0.5~10.0 nm的NF納濾膜來截留污水中80~1000分子量物質(zhì)。該技術(shù)是采取選擇性篩分方式,從污水中分離粒徑為1 nm左右的溶解組分,同時,還可以開展脫鹽、濃縮操作。其中,分離小分子有機(jī)物、水體及無機(jī)鹽,硫酸鎂、氯化鈣等組分的截留率在60%~90%左右,二價離子與小分子色素等組分的截留率超過98%,而小分子酸堿與單價離子等組分的截留率僅為30%~50%[4]。相比于反滲透等技術(shù)方法,納濾技術(shù)具有操作壓力低、具備有機(jī)小分子分離功能、膜分離效應(yīng)受離子價數(shù)與濃度等因素影響小的工藝特點(diǎn),其整體分離性能優(yōu)于微濾技術(shù)與超濾技術(shù),所以,該技術(shù)主要負(fù)責(zé)脫除生活污水中的可溶性有機(jī)物、硬度成分等污染物。此外,在應(yīng)用納濾技術(shù)時,為改善污水的處理效果,可與生物降解技術(shù)搭配使用,先由納濾系統(tǒng)截留污水中分子量不超過100的小分子物質(zhì),再對污水中所含有機(jī)大分子物質(zhì)進(jìn)行生物降解處理,以此來降低所處理的生活污水中的殘留物含量。

2.4 反滲透技術(shù)的應(yīng)用

反滲透技術(shù)是使用孔徑值小于1 nm的RO反滲透膜材,以壓力差作為推動力對膜一側(cè)污水施加遠(yuǎn)超過滲透壓的壓力值,形成1~10 MPa內(nèi)的靜壓差,控制溶液逆向自然滲透方向滲透膜體,然后推動污水通過反滲透膜,以此分離液體混合物,并截留污水中含有的全部離子。同時,在低壓側(cè)與高壓側(cè)分別獲取滲透液和濃縮液,使過濾后的純水電導(dǎo)率保持在5 μs/cm、出水電阻率保持在18.2 M·cm左右,并分別達(dá)到三級用水標(biāo)準(zhǔn)和二級用水標(biāo)準(zhǔn)[5]。一般情況下,該技術(shù)多用于去除生活污水中含有的可溶性金屬鹽、膠體粒子、有機(jī)物、懸浮物等物質(zhì),具有脫鹽率高、透水性強(qiáng)、氯化鈉截留率超過98%的工藝優(yōu)勢,但對入流水水質(zhì)有著較高要求。

當(dāng)前,在生活污水深度處理項(xiàng)目中,反滲透技術(shù)逐漸取代了原有的混凝沉淀、活性炭吸附等技術(shù),可有效去除污水中的有機(jī)物和不溶性雜質(zhì),也可以有效去除污水鹽類成分,且處理后的污水具備二次利用條件。同時,該技術(shù)需要合理設(shè)定施加壓力值,壓力值越大,則生活污水透過RO反滲透膜材的速度越快,但要提前對待處理生活污水進(jìn)行預(yù)處理,并搭配使用沉降、活性炭吸附、pH值調(diào)節(jié)等方法,直至預(yù)處理后的污水水質(zhì)達(dá)到反滲透處理要求為止。

2.5 電滲析技術(shù)的應(yīng)用

電滲析技術(shù)是采取電位差的分離方式,在電場作用下以電位差作為推動力,通過半透膜來選擇性分離生活污水中的不同溶質(zhì)粒子,以控制污水中含有的帶電溶質(zhì)粒子的遷移,并使陰離子在穿透陽膜與陰膜時分別開展向負(fù)極運(yùn)動和向正極運(yùn)動,以此來實(shí)現(xiàn)溶液淡化、濃縮的生活污水處理目的。相比于其他膜法水處理技術(shù),電滲析技術(shù)主要適用于去除污水中的電解質(zhì)離子,其具有系統(tǒng)運(yùn)行能耗低、熱穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度高的工藝優(yōu)勢,但在污水處理期間無法有效分離有機(jī)物,且時常會出現(xiàn)裝置結(jié)垢問題,所以,對此問題需要予以重視。此外,電滲析技術(shù)還可以分離、回用生活污水中所含的電解質(zhì)離子,以此減少污水的處理成本。例如,城市生活污水中普遍含有高濃度木質(zhì)素,當(dāng)采取納濾、超濾等技術(shù)時,其處理效果并不理想,所排污水也極易造成二次污染,而應(yīng)用電滲析技術(shù),可依托電場作用控制木質(zhì)素穿過單陽膜,而木質(zhì)素經(jīng)過凝聚、分離處理后,會明顯降低污水濃度,以此確保所排放的生活污水不會造成二次污染。同時,還可以將回收的木質(zhì)素用作高分子原料、環(huán)氧樹脂添加劑、動物飼料添加劑等。

3 膜法水處理技術(shù)在生活污水深度處理中的應(yīng)用策略

3.1 應(yīng)用組合污水處理技術(shù)

根據(jù)生活污水深度處理情況來看,雖然膜法水處理技術(shù)具有同時進(jìn)行濃縮分離、適應(yīng)性強(qiáng)等極為顯著的工藝優(yōu)勢,但也存在著明顯的工藝局限性。如果在污水處理系統(tǒng)中僅采取膜法水處理單一技術(shù),難以有效去除污水中含有的各類污染物質(zhì),而且還會時常出現(xiàn)膜污染、膜堵塞現(xiàn)象,會造成污水的實(shí)際處理效果與生活污水的處理要求存在一定差距。因此,為突破單一技術(shù)的局限性,進(jìn)一步提高污水處理的質(zhì)量,需要組合應(yīng)用膜法水處理技術(shù)和其他技術(shù)。當(dāng)前,常用的組合技術(shù)包括膜生物反應(yīng)技術(shù)、粉末活性炭-超濾膜技術(shù)、混凝-超濾技術(shù)[6]。具體應(yīng)用情況如下。

3.1.1 膜生物反應(yīng)技術(shù)

膜生物反應(yīng)技術(shù)是先后采取膜分離、微生物降解方法對生活污水進(jìn)行固液分離、降解有機(jī)物、過濾處理的一項(xiàng)污水處理技術(shù)。該技術(shù)的處理系統(tǒng)由膜分離單元、生物處理單元兩部分組成。在生活污水深度處理項(xiàng)目中,膜生物反應(yīng)技術(shù)取代了傳統(tǒng)的活性污泥法,具有污泥產(chǎn)出量少、污水分離效果顯著、處理后污水渾濁度接近于零、操作靈活、處理效果穩(wěn)定的工藝優(yōu)勢,因此,具備大面積推廣的技術(shù)條件,同時也被廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢水處理等其他領(lǐng)域。

膜生物反應(yīng)技術(shù)是由CCAS連續(xù)循環(huán)曝氣、動態(tài)內(nèi)循環(huán)、組合式污水處理三類工藝組成。其中,CASS連續(xù)循環(huán)曝氣工藝是設(shè)置15 mm間隙機(jī)械格柵與沉砂池等設(shè)施對污水進(jìn)行預(yù)處理,隨后流入CCAS反應(yīng)池內(nèi)進(jìn)行除磷、脫氮、有機(jī)物生物降解、去除溶液懸浮物等一系列操作,再由膜處理分離單元過濾溶液中的水溶性大分子物質(zhì)以及懸浮物,經(jīng)處理后其出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)、BOD與COD的去除率超過95%、氮磷去除率在80%以上。動態(tài)內(nèi)循環(huán)工藝是保持所處理污水循環(huán)流動狀態(tài),從而起到增加與污泥接觸次數(shù)、使污水與污泥處于理想混合狀態(tài)、強(qiáng)化過濾效果的作用,相比于其他工藝,此項(xiàng)工藝可降低人工操作要求、節(jié)省污水在處理成本和徹底解決系統(tǒng)錯流問題。而組合式污水處理工藝是在處理系統(tǒng)中設(shè)置EDSB膨脹顆粒污泥床等新型設(shè)備,使污水處理期間進(jìn)行厭氧生物和污水反應(yīng),先由膜生物反應(yīng)器濾除污水中分布的有機(jī)污染物和懸浮物,再由膨脹顆粒污泥床降解污水中的難降解有毒物質(zhì)。

3.1.2 粉末活性炭-超濾膜技術(shù)

粉末活性炭-超濾膜技術(shù)簡稱為PAC-FU工藝,是在UF裝置內(nèi)循環(huán)水流中添加適量的粉末狀活性炭材料,再由活性炭吸附水流中分布的低分子物質(zhì),并向固相轉(zhuǎn)移溶解性有機(jī)物,經(jīng)過處理后,再將水流穿過超濾膜去除活性炭粉末,從而起到去除低分子物質(zhì)、大分子細(xì)菌、溶解性有機(jī)物的污水處理效果。同時,添加粉末活性炭材料,還可以改善酚去除效果和預(yù)防膜污染問題出現(xiàn),從而始終維持較高的膜比流量。

3.1.3 混凝-超濾技術(shù)

混凝-超濾技術(shù)是在生活污水中投放混凝藥劑,使污水中的細(xì)微懸浮物以及膠體粒子出現(xiàn)脫穩(wěn)現(xiàn)象,使之在一段時間后形成礬花,并在污水穿過超濾膜時形成濾餅層,再在濾餅層上截留、沉積親水性物質(zhì),從而完成污水處理操作。該技術(shù)能有效去除有機(jī)物分子,但需要定期清理濾餅層的沉積物來恢復(fù)膜通量。

3.2 提升水處理膜的性能

在現(xiàn)代生活污水深度處理項(xiàng)目中,呈現(xiàn)出污水產(chǎn)生量逐年增加、污水成分愈發(fā)復(fù)雜的趨勢,這對污水的處理效果以及能力提出了更高要求,如提升水處理膜的性能,避免在實(shí)際使用期間頻繁出現(xiàn)膜材受污、堵塞、結(jié)垢問題,力爭滿足污水處理的實(shí)際需要。由此,為了改善該技術(shù)的應(yīng)用效果,需要重點(diǎn)提升水處理的膜性能,從抗污染性能、膜通量、適應(yīng)性、機(jī)械強(qiáng)度四方面著手。首先,在抗污染方面,使用具備強(qiáng)大抗微生物繁殖能力的新型膜材,如GE特種抗污染反滲透膜,作為新一代膜元件,GE膜采取三層復(fù)合結(jié)構(gòu)與錯流過濾方式,膜孔徑為0.001 μm,適用于處理含鹽量在8000 ppm以內(nèi)的生活污水,其平均脫鹽率一般保持在99.5%左右。這樣既可以保障污水的處理效果,又可以減少膜污染問題的出現(xiàn)。其次,在膜通量方面,對于膜材的強(qiáng)度、孔徑值和制作工藝進(jìn)行改進(jìn),使用PVDF、PP等材質(zhì)膜料,或是選用由TIPS或是NIPS工藝制成的膜材,以此來提供單位時間內(nèi)通過膜面濾出的水量,這將顯著增加水處理膜的使用壽命。然后,在適應(yīng)性方面,根據(jù)生活污水深度處理要求、實(shí)際處理工況以及預(yù)處理要求來研發(fā)、選用對應(yīng)種類的水處理膜,如在應(yīng)用超濾技術(shù)時,可選擇第3代的陶瓷膜,相比于醋酸纖維素膜、聚乙烯薄膜、聚醋酸乙烯膜等水處理膜而言,陶瓷膜的強(qiáng)度更高。最后,在機(jī)械強(qiáng)度方面,要優(yōu)先使用具備良好耐磨性、耐熱性與較高機(jī)械強(qiáng)度的膜組件,或是直接將膜制作在高強(qiáng)度的支撐材料上。

4 結(jié)語

綜上所述,為實(shí)現(xiàn)生活污水的深度處理目標(biāo),解決淡水資源短缺問題,應(yīng)及早實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用。所以,污水處理廠必須認(rèn)識到膜法水處理技術(shù)的應(yīng)用價值,且要深入了解各項(xiàng)具體技術(shù)手段及污水處理原理,并落實(shí)應(yīng)用組合污水處理技術(shù)、提升水處理膜性能兩項(xiàng)措施,以此來實(shí)現(xiàn)膜法水處理技術(shù)的理想應(yīng)用效果。

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