随着人们生活条件的改善,对于水质处理的要求也随之不断提高,而膜技术因其稳定优质的出水水质,备受研究人员青睐,针对愈加复杂的入水水质,发展出了以超滤膜技术为主,微滤、纳滤、反渗透为辅,与强化混凝、微生物作用、高级氧化、活性炭吸附等技术相结合的高指标水处理工程技术。
传统的混凝-沉降-过滤-消毒给水处理工艺,与主要针对酸碱性、总氮、总磷、生化需氧量(BOD)、化学需氧量(COD)、重金属等的排水处理工艺,已经渐渐不能满足大众对健康水质的要求。近些年,面对放射性物质、小分子污染物、难降解有机物等传统工艺难以解决的问题,膜技术展现了极高的实用性。但现阶段,膜技术还存在一些有待进一步完善的方面,诸如处理量较低、易堵塞、易污染等等,常需要一些前置处理工艺。
膜技术成治水研究热点
1.应用于饮用水处理
随着水体污染的复杂化和人民生活水平的提高,对饮用水供给质量要求不断提高,传统的饮用水处理工艺在应对新型污染物与新标准时常有所不足。反渗透膜(RO-致密膜)和纳滤膜(NF-孔径小于2纳米)能完全去除病毒、持久性有机污染物、重金属元素和消毒副产物,微滤膜(MF-孔径大于100纳米)和超滤膜(UF-2纳米到100纳米)能够截留细菌、胶体、大分子污染物等颗粒物,且不改变水本身的化学性质,不产生任何新的污染物,污染物的去除过程具有极高稳定性,处理后的水浊度分别可低于0.1NTU(水浊度单位)和0.2NTU。
研究者通过粉末活性炭的静态吸附腐殖酸实验和微滤膜连续流条件下处理低温微污染水的试验,对两者各自处理低温(10摄氏度)微污染水的物化性能进行了研究。实验结果表明:氨氮的平均去除率为95%;UV254、总有机碳(TOC)和高锰酸盐指数的平均去除率分别为88.4%、76.3%和58.9%;三卤甲烷生成势(THMFP)平均去除率为81.7%;浊度去除率在99%以上。
2.应用于印染等高浓度难降解有机物废水处理
印染工业废水具有强酸碱性、高色度、难降解有机物含量高、可生化性差的特点,传统的活性污泥法系统极易崩溃,接触氧化法具有较好处理效果,但是需要投入加大量药剂,成本高且会产生不确定的氧化降解副产物。
研究人员制成的中空纤维纳滤膜对染料有很好的截留率,在其截留过程中,微粒的筛分效应和荷电效应起到了主导作用;废水中的染料浓度和无机盐浓度对纳滤膜的截留性能有着十分显著的影响,在0.6MPa下将印染废水浓缩5~10倍,纳滤膜对采用重铬酸钾作为氧化剂测定出的化学需氧量(CODCr)的去除率大于70%,对色度的去除率为99%,能够有效地截留废水中携带的染料和有机物。
在采用膜处理之前采用其他工艺对废水进行预处理,可以增强处理效果。研究人员对有机高分子超滤膜的处理废水(制浆黑液与造纸白水)工艺进行研究,并对膜截留相对分子质量、过滤的次数、废水pH值等能够影响处理效果的因素进行了探讨。研究结果表明,若单独使用超滤膜进行处理,并不能满足排放标准的要求。但如果先用混凝法进行预处理,再应用超滤膜处理,当膜截留相对分子质量数达到2000时,水处理结果符合GB3544—2008排放标准要求。
3.应用于含重金属废水处理
重金属废水具有毒效时间长,沿食物链在生物体内蓄积,生态系统自净机制下不可降解的特点,传统中和沉淀工艺的出水往往不能达到排放要求,且会产生新的毒性产物,采用膜分离技术对该废水浓缩,滤过液一般都能达到排放标准,同时可用适当方法从浓缩液中回收有价值的重金属资源。
研究人员等进行了纳滤膜回收含镍废水的工业研究。在操作压力为2.2MPa、进料流量为1800L/h的条件下,纳滤过程能够将镍封漂洗水浓缩至20000mg/L,平均膜通量大于40 L/(h.m2)。Ni2+、有机添加剂和硼酸平均截留率分别大于99%、90%、35%,微孔剂则会被完全截留。60天的工业运行结果表明,当透过液和浓缩液分别回用于镍封漂洗槽和光亮镍电镀槽时,满足电镀生产的要求;单批次操作之后用清水循环5分种以及运行5天后,以2%柠檬酸溶液循环30分钟,可以有效解决膜面污的染问题,最终达到工业化生产要求,具有异常显著的社会与经济效应。
走出推广难的困境
膜分离技术因其原理简单、操作方便、无二次污染、能耗低、净化处理效果稳定强,在水处理领域备受关注。不仅如此,膜分离技术还广泛应用于涉及溶液中微粒分离的其他领域,诸如航天员尿液-饮用水循环处理设备、化学物质提纯、医学血液透析等。但是膜组件的高昂成本,膜本身的寿命都制约着膜分离技术大规模推广。
为此,研究人员从两方面进行了改善:一方面,研发新型膜材料与配套膜组件,提高半透膜本身使用寿命;另一方面,增加多种前置处理工艺,在膜分离之前,以更廉价更耐用的方法处理掉大部分较易处理的目标颗粒,或将大颗粒转化为小颗粒,如多孔径分级膜分离技术,前置高级氧化预处理工艺等。
膜技术是我国水处理技术发展的阶段性成果,因此在未来的水处理中,重视膜技术的应用与发展十分必要。应不断完善膜技术,使其能够更为有效地应用于水处理之中,最大程度地改善水质。
可以料想,随着膜分离技术的不断完善,它在给排水工程、资源化综合利用等领域的应用范围将进一步拓展,取代大部分传统水处理工艺,成为高指标水处理工程的常用手段。
