膜分离技术：开源减排保障水安全-第2页-北极星水处理网

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“三致”有机污染物和炭疽杆菌的研究,结果表明, 纳滤过程对有机污染物的去除率超过了 90 %;“三合二消毒”与超滤或纳滤相结合的工艺过程,对炭疽杆菌均有理想的去除效果,去除率接近 100 %。

3.1.4 膜法中水回用技术

中水作为城市的第二水源,通过新型中水回用技术的实施,能有效实现减排和增加水源的双重效果。中水来源广泛,水质差异大,常见的有生活废污水和工业冷却水等。传统的中水回用工艺主要包括预处理和主处理两个阶段,根据水源水质以及中水的用途不同而采用不同的处理技术,包括混凝沉淀、过滤、活性炭吸附等传统物化处理方法,以及活性污泥、生物接触氧化等生物处理方法。与这些传统工艺相比,新兴的膜分离技术更能满足降低处理成本和提高回用水质的要求。

火电厂的冷却水一直是中水回用技术的重要应用领域,由于其消耗量巨大,回用技术的处理效果和效率是其成功应用的关键。Li 等将微滤与反渗透过程相耦合,对河北省某电厂冷却水进行处理,实现了冷却水的高效回用。该系统能截留 98 % 的盐,出水水质较好,且该双膜法的冷却水处理回用周期仅为传统化学处理法的 35 %左右。Alt- man 等则采用以纳滤为核心的过程去除冷却水中盐离子以达到中水回用的目的,研究发现膜过程装置的规模控制是决定中水回用经济性的关键所在。大连北海热电厂采用反渗透技术处理二级中水,出水水质各项指标远小于再生水用作工业用水的水质标准限值,大大节约了水资源消耗量,2013 年全年环比节约自来水 2×106 t。

据环保部统计年报数据,2012 年我国城镇生活污水排放量达 4.627×1010 t,占全国废水年排放量的 65 %以上。因此,将膜技术用于我国城镇生活污水处理,实现中水回用的潜力巨大。将生物处理与膜分离过程相结合的膜生物反应器(MBR)可以使污泥保持较高活性,实现水源中污染物的有效降解和去除,既减少了中水系统的占地面积,又有效解决了传统生物法污泥产率较高的缺点。2008 年北京奥运会多个场馆中心就采用自动化程度高的浸没式 MBR 工艺进行中水回用,处理规模达1 000 m3/d, 确保了绿色奥运的顺利举行。

为了进一步降低污水处理成本,一种将膜分离与厌氧发酵相结合的新型厌氧膜生物反应器(AM-BR)技术正得到日益广泛的关注,该技术在去除污染物的同时产生大量的沼气,有效降低了过程的能耗,如图 1 所示。Dutta 等采用流态AMBR 法处理含药物等有机物的城市污水,发现该方法使用颗粒活性炭(GAC)载体媒介能有效降低膜污染。Wei等将正渗透膜过程(FO)以及热泵耦合到AMBR 过程中,能有效实现城市污水处理过程中的能量回收,其对城市污水中化学需氧量(COD)的去除率大于 98 %。

值得注意的是,由于回用的中水仍可能残存微量的重金属、有机物等污染物,有在土壤、有机体内沉积富集的可能,所以中水回用尚存在一定的环境与健康风险。为了降低这一风险,除加强管理以及法规建设外,提高中水回用技术的净化效果以及运行稳定性至关重要。研发截留效率高、稳定性好的膜,以及开发新型膜过程组合工艺将是今后研究的重点。

3.2 膜法工业废水减排处理技术我国目前工业废水排量大,污染物种类复杂,

污染行业以及污染程度存在区域差异性,治理难度大。近年来,各种膜技术的快速发展为解决工业废水污染问题提供了可能性,其中微滤、超滤和纳滤等膜具有不同的孔径,主要通过筛分作用去除污水中的细菌、病毒、大分子污染物以及部分小分子污染物,实现不同类型废水的除污;反渗透、离子交换膜、双极膜等致密膜则可实现污水的深度处理以及高附加值物质的回收。因此,可以通过不同膜过程的组合来满足不同的废水处理要求,图 2 给出了一个理想的全膜法废水处理组合工艺流程概念。实际应用中则往往根据废水的具体情况选择不同的组合工艺。例如,俞海桥等采用超滤-反渗透双膜法对污染浓度高的皮革废水进行处理,产水水质达到回用标准,且处理成本仅为传统处理方法的 50 %。

纳滤是近年来广受关注的一种膜技术,由于其截留分子质量大小相对比较集中的特点,可以有效截留水中药物、染料等有机物,成为废水处理组合工艺中的核心技术。Ravikumar 等采用纳滤-反渗透双膜法实现了对药物废水的处理,该双膜法对总溶解固体(TDS)和COD 的去除率分别达到了 95.3 %和 99.5%。Qin 等通过调节纳滤膜分子链结构,达到了从高盐染料废水中回收萘磺酸的目的。Zhu等通过选择具有合适截留分子质量的纳滤膜,实现了对染料废水中活性染料的回收去除,活性染料截留率高达 99.8 %。Shukla 等采用超滤-纳滤-反渗透的组合膜工艺,实现了对造纸行业漂染废水的处理。

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