膜技术在城市污水处理中的应用研究

蔡诚 马世虎

【摘要】：我国城市污水越来越多，传统处理方法效果不理想。随着膜技术的发展，膜性能的提高及其成本的不断降低，采用膜技术对城市污水处理越来越受欢迎。本文对膜技术进行简要叙述且说明其优点，并总结膜技术在城市污水处理的经验。

【关键词】：膜技术；城市污水；应用

中图分类号：[TU992.3] 文献标识码： A 文章编号：

引言

随着城市化进程的加快，城市污水已经严重影响与城市周围水环境。相关资料显示，我国城市污水处理率只有污水总量的20%左右，而且越来越多的城市生活污水不能经过处理达标后排放，导致水环境形势日益严峻。我国水环境的恶化，特别是湖泊的富营养化，很大程度上威胁着城市居民的用水安全，影响城市经济的可持续发展。目前，我国城市污水处理的主要方法为活性淤泥法，其原理是利用淤泥中的活性成份，主要是指各种微生物成.份，通过工程化处理，从而降解污水中的氮、磷以及藻类等营养元素，达到自然净水的目的。但是受工艺条件以及技术的限制，我国城市污水处理的处理率低、投资大、成本高并且效果不尽如人意，也容易造成对环境造成“二次污染”。随着膜技术的快速发展，其在污水处理方面已经卓有成效，在城市污水处理中也很受欢迎。

一、膜技术的概述

生物膜技术是近些年才发展起来的一项新技术，针对水体污染物成份，利用现代生物工程技术，进行培养发酵不同功能的活性菌，并且按一定比例混合制成生物膜，也称“生物带”。直接投放到已经污染的水体中，对一些富营养元素进行分解转化，实现对污水处理的目的。

1、膜技术的处理机制

膜生物反应器是由生物反应器和膜分离技术相结合而成得反应系统。污染物在反应池中被降解，通过膜组件的过滤作用来实现水与污泥的分离。污水处理的动力来自泵的真空抽吸。膜组件通常一直浸没于反应池中，膜组件下部会设置大孔径的空气管曝气，从而以避免污泥的沉积。运行中必须进行定时的反冲洗来防止膜的堵塞。通过膜组件的过滤，可以有效去除悬浮物质，对病毒、细菌等也有一定的截留作用。

2、膜组件的分类

膜组件设计可以有多种形式，他们均根据两膜构性设计而成：其一，管式构型；其二，平板构型。卷式和板框式膜组件均使用平板膜，而毛细管、管状以及中空纤维膜组件一般均使用管式膜。相关膜组件示意图，见图1。

图1：膜组件示意

二、膜技术的优势

1、投资少，我国城市污水处理厂相关的基础建设投资较大，需要大量的管网、机械设备等设施，而采用膜技术占地小、投资设备少，比传统方法节约成本50%以上。

2、淤泥少，没有“二次污染”。对城市污水常采用活性淤泥法处理，容易造成大量淤泥的堆放，对环境产生“二次污染”；生物膜把城市污水净化后，就会因缺乏“营养”而死亡，基本不会造成“二次污染”。

3、效率高。生物膜表面积大，微生物菌密度非常高，远远高于淤泥中的自然微生物活性成份。另外，可以多次投放，且方便快捷，处理效果明显。

三、膜技术在城市污水处理中的应用研究

1、膜生物反应器对城市生活污水的处理

膜生物反应器(Membranebioreactor，MBR)是生物反应器与膜分离技术相结合的新技术，我国对膜生物反应器的应用发展比较迅速。目前，已经有多个正在运行或者处于建设中的膜生物反应器工程项目，其主要工艺特点如下。

(1)、污泥龄容易控制。污水中的难降解成分在生物反应器内可以有足够的停留时间，提高了难降解物质的降解效果。反应器在低污泥负荷、高容积负荷、长泥龄的条件下运行，可以实现基本无剩余污泥的排放。

(2)、高效截留微生物作用。能够使微生物彻底截留在反应器内，实现了反应器污泥龄(SRT)和水力停留时间(HRT)的完全分离，有利于反应器灵活稳定的运行。

(3)、能够十分有效的进行固液分离。分离效果明显高于传统的沉淀池，并且处理过的水质良好，浊度和悬浮物接近于零，可以直接回收利用。

(4)、反应器内的微生物浓度很高，耐冲击负荷效果好。

(5)、占地面积小，结构紧凑，工艺设备集中，有利于一体化自动控制。

2、膜分离技术处理城市工业废水

工业废水水量十分大，含有副产物及添加物等残留物质，水质污染严重，复杂多变。城市工业废水的再生回用是节约水资源、减少污染物排放量，实现节能减排的重要途径之一。同时参考外国相关污水处理厂（表1、表2）的污水处理情况，膜分离技术在污水处理上的明显效果因此，应用膜分离技术处理城市工业废水具有重要意义。

表1

表2

（1）、对造纸业废水处理。近年来，内对中小型造纸工业废水的处理采用超滤法和酸化法，主要是提取废水中的木质素并降低BOD和COD。相关膜技术可以用于处理造纸工业产生的黑液，对COD的去除率高达98%，提取的木质素也可以用于其它化工产品，达到了污染治理并且再生利用的目的。

（2）、处理纺织印染废水。目前已经研制出一种新型超滤膜，该膜不仅适合浓缩和分离中碱，而且适合无碱玻璃纤维浸润液剂废水。在处理废水时发现，BOD和COD去除率达到93%以上，排放水质达到了相关排放标准。

（3）、处理重金属废水。在合金生产等金属加工业中，经常需要用大量的水冲洗，从而废水中含有浓度很高的铁、锌、铜和镍等一些重金属。采用膜技术，可以对废水达到90%以上回收利用，同时可以浓缩重金属离子的含量，并且可以回收利用浓缩后的重金属。特别是在制革过程中，经常用到硫酸铬，导致废水中存在大量铬盐，因此使用纳滤回收铬盐，一方面可以避免了其对环境的损害，另一方面可以取得较好的经济效益。

（4）、处理高浓度的有机废水。在城市污水中有时也难免遇到高浓度有机废水，传统方法弊端众多，膜技术对高浓度有机污水处理中发挥着重要的作用。将液膜法用于除酚有快速、高效、专一的优点。混合型表面活性剂能显著改变含单一表面活性剂的液膜性能，降低液膜的传质阻力，提高液膜的传质效率。运用有关混合型表面活性剂膜体系处理苯酚等有机废水在最佳操作条件进行处理，混合型表面活性剂的各项指标均很好，除酚率也可以达到99%以上。此外膜分离技术在制糖废水、制药废水、啤酒废水、乳化液废水、味精废水等领域也得到了广泛应用。

3、高效厌氧与膜分离浓缩得组合新技术处理市政污水

城市生活污水中另一种重要而潜在的水资源就是市政污水。如果采用相关膜组件可以有效截留污水中各种污染物，并且使污水浓缩15倍以上，再用高效厌氧反应器进行甲烷发酵生产生物能源，得到的透析液可以回用于市政绿化、工业冷却、市政水景观、补充地下水与地表水、消防用水或者各种生活杂用等，有的也可以做进一步处理，使水质变成优质饮用水商品，不仅开辟了市政污水处理的新途径，也实现了城市污水的资源化利用。

4、在投资费用方面，采用膜技术的污水可省去滤池、二沉池以及相关消毒设施，可以节省了很大的土建费用。不过也相应地增设了细筛网、膜组件、过滤液抽吸泵、反清洗设备和大孔径曝气器等设备。随着制膜技术地进步，膜组件价格势必将大幅度下降，该处理工艺将获得更为广泛的应用。

结语

随着城市用水资源短缺，以及水污染程度的不断加剧,人们对水问题的关注也日益增加。目前以各种膜分离技术为基础并结合各种传统工艺设施处理污水，正在成为城市污水处理领域有较大前景的方向之一。特别是在沿海高含盐量的生产以及生活污水深度处理工艺地区，膜技术将是城市废水深度处理的首选技术。膜技术将作为城市人们解决各种水问题、缓解水危机的有效手段之一,将在城市污水处理以及生态文明建设中发挥着极其重要的作用。

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