超滤膜技术在市政生活污水处理中的应用.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：魏斌（1980），男，汉族，山东济南人，本科，注册公用设备工程师（给排水），研究方向为工业和市政污水处超滤膜技术在市政生活污水处理中的应用 魏 斌 山东上水环境科技集团有限公司，山东 济南 250014 摘要：摘要：随着城市化的快速发展，市政生活污水的处理成为环境保护的一项重要任务。超滤膜技术，因其高效的分离性能和较低的能耗，成为市政生活污水处理领域的重要研究对象。本文以超滤膜技术在市政生活污水处理领域的应用为研究对象，探讨其在不同处理环节中的应用效果及存在的问题，为实现高效、节能的市政生活污水处理提供科学依据，也为未来相关研究提供参考。关键词：关键词：超滤膜技术；市政生活污水；污水处理；污染与阻塞 中图分类号：中图分类号：TU991.2 0 引言 随着工业化和城市化的快速发展，人类活动产生的污水量日益增加，其中市政生活污水占有很大比例。市政生活污水包含有大量的有机物、微生物和其他污染物，若不经过有效处理，直接排放会严重污染水体，影响人类和其他生物的健康。因此，市政生活污水的处理成为现代社会环境保护的一项重要任务。超滤膜技术因其高效的分离性能和较低的能耗，成为市政生活污水处理领域的重要研究对象，其通过超滤膜对污水中的悬浮物、胶体和部分溶解物质进行分离，有效去除污水中的污染物，提高水质，达到环保标准1。1 超滤膜技术的基本原理 1.1 超滤膜的结构和分类 超滤膜是一种精密的过滤设备，主要由聚合物或无机材料制成，通过筛分原理，利用一定的压力差使溶液中的溶剂和小分子溶质通过膜，而截留较大分子的溶质和颗粒物，从而实现对溶液的净化和分离。超滤膜的结构通常包括支撑层、过滤层和覆盖层三部分，其中，支撑层为整个膜提供机械支撑，保证膜的稳定性；过滤层是膜的核心部分，主要负责对溶液进行分离和净化；覆盖层的主要作用是保护过滤层，延长膜的使用寿命2。超滤膜按照材料的不同，可以分为聚合物膜和无机膜两大类。聚合物膜通常由聚砜、聚酰胺、聚丙烯等材料制成，具有成本低、加工方便等优点，广泛应用于食品、制药等行业。无机膜主要包括陶瓷膜、金属膜和玻璃膜等，具有耐高温、耐腐蚀等特点，适用于高温、强酸碱等恶劣环境。此外，超滤膜还可以根据形状和结构分为平板膜、中空纤维膜、螺旋卷膜等，每种形状的膜都有其独特的优点和应用领域。1.2 超滤过程的机理 超滤过程的机理主要包括筛分效应和溶质-溶剂相互作用两部分。筛分效应是指超滤膜上的孔径对溶液中的溶质和溶剂的选择性分离，通常孔径越小，截留的溶质粒径越小，分离效果越好。然而，膜孔径的减小也会导致膜的阻力增大，降低过滤速率，因此，需要根据实际需求合理选择膜的孔径。溶质-溶剂相互作用是指溶质和溶剂分子在过滤过程中的相互作用，这种相互作用主要包括静电作用、氢键作用、范德华力等，它们共同决定了溶质在膜表面的吸附和排斥行为。其中，静电作用是指带电的溶质分子与膜表面的带电基团之间的相互作用，这种相互作用的强弱取决于溶液的 pH 值、离子强度等因素；氢键作用主要发生在膜表面的极性基团和溶质分子之间，通常，氢键作用的强弱取决于膜材料和溶质分子的结构特性；范德华力是一种较弱的相互作用力，主要发生在膜表面的非极性基团和溶质分子之间3。2 市政生活污水的特点与处理要求 2.1 市政生活污水的组成和特点 市政生活污水是城市居民生活活动产生的废水，主要来源包括居民家庭、商业区、学校、医院等。这类污水的组成复杂，一般包括有机物、无机物、微生物和其他污染物。其中，有机物主要包括蛋白质、碳水化合物、脂肪和洗涤剂等，它们是污水中的主要污200中国科技期刊数据库 工业 A 染物，可导致水体富营养化，影响水质；无机物主要包括硝酸盐、磷酸盐、氯化物等，它们在污水中的含量较低，但仍需通过处理将其去除；微生物主要包括细菌、病毒、藻类等，它们在水体中的大量繁殖会导致水体污染，威胁人类健康；其他污染物包括重金属、有毒有害物质等，它们对人类和环境都具有潜在危害。市政生活污水的特点主要有以下几点：首先，污水的数量庞大，因城市人口密度高，居民生活活动频繁，产生的污水量也随之增加；其次，污水的成分复杂，由于居民生活活动多样，导致污水中含有多种污染物，这对污水处理带来一定难度；再次，污水的性质不稳定，受季节、气候、居民活动等因素影响，污水的成分和浓度会随时发生变化；最后，污水的水质较差，由于含有大量有机物、微生物和其他污染物，未经处理的污水直接排放会对水体造成严重污染，威胁环境和人类健康4。2.2 市政生活污水处理的目标和标准 市政生活污水处理的主要目标是通过一系列处理工艺，去除污水中的有机物、无机物、微生物和其他污染物，降低污水的污染物含量，提高水质，达到环保标准，使处理后的水可以安全排放或回用。在这个过程中，需要通过物理、化学和生物等方法，将污水中的悬浮物、胶体和溶解物质分离出去，同时还需要杀灭污水中的病原微生物，防止疾病的传播。在中国，市政生活污水的处理和排放标准主要依据城市污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）进行。这个标准规定了市政生活污水处理厂排放的主要污染物指标，包括化学需氧量、生物需氧量、悬浮物、氨氮、总磷、总氮等，对各项指标的允许排放浓度和排放方式都做了严格限制。此外，还需要参考地方的相关法规和标准，根据当地的环境质量和污水处理厂的实际情况，制定合适的处理5。3 超滤膜技术在市政生活污水处理中的应用 3.1 在初级处理过程中的应用 初级处理是市政生活污水处理的第一步，主要是通过物理方法，如筛分、沉淀等，去除污水中的悬浮物和部分有机物。在初级处理过程中，超滤膜技术的应用可有效提高悬浮物的去除率，优化整个处理流程。超滤膜是一种孔径较小的膜，可拦截悬浮物、胶体和部分大分子有机物，使之不能通过膜层，从而达到分离的效果。超滤膜技术在初级处理过程中的应用，不仅可去除悬浮物，还可部分去除胶体和大分子有机物，提高后续处理工艺的效率。在初级处理过程中，超滤膜技术的应用还可改善污水的物理性质，如颜色、浊度等，从而提高水质。由于超滤膜可拦截悬浮物和部分有机物，处理后的水质得到明显改善，颜色变浅，浊度降低，为后续处理创造了有利条件。同时，超滤膜技术的应用还可减少后续处理工艺的负荷，提高整个处理系统的处理能力，有效减少污水处理厂的运行成本。3.2 在生化处理过程中的应用 生化处理是市政生活污水处理的核心环节，主要通过微生物的新陈代谢，将污水中的有机物转化为无机物，从而降低污水的有机物含量。在生化处理过程中，超滤膜技术的应用可提高有机物的去除率，优化整个处理流程。超滤膜技术可用于分离生化反应器中的微生物和水，使微生物得以回流，增加反应器中的微生物浓度，提高有机物的去除效率。超滤膜技术在生化处理过程中的应用还可提高水质，满足更高的排放标准或回用要求。由于超滤膜可拦截大分子有机物和微生物，处理后的水质得到明显改善，有机物含量降低，水体变得清澈透明，为后续深度处理创造了有利条件。此外，超滤膜技术的应用还可减少深度处理工艺的负荷，提高整个处理系统的处理能力，有效节约污水处理厂的运行成本6。3.3 在深度处理过程中的应用 深度处理是市政生活污水处理的最后一步，主要通过物理、化学或生物方法，进一步去除污水中的残留有机物、营养物质和病原体，使污水达到排放标准或回用要求。在深度处理过程中，超滤膜技术的应用可有效提高污水的处理效率，满足更高的排放或回用标准。超滤膜技术通过拦截微生物、胶体和大分子有机物，从而实现对水质的深度净化，使得水质明显改善，更加透明清澈。深度处理过程中，超滤膜技术不仅可用于去除有机物，还可用于去除水中的营养物质，如氮、磷等，从而防止水体富营养化。通过超滤膜技术，水中的氮、磷等营养物质可被有效去除，满足更高的排放标准。同时，超滤膜技术的应用还可去除水中的病原体，防止水体受到污染，保护生态环境和人类健康。超滤膜201中国科技期刊数据库 工业 A 技术的应用，为实现水资源的可持续利用提供了技术支持，为保护水体生态环境和提升水质安全水平做出了贡献。3.4 在污水回用过程中的应用 污水回用是解决水资源短缺问题的重要途径，也是实现城市可持续发展的重要方式。在污水回用过程中，超滤膜技术的应用可保证水质满足回用标准，实现水资源的再利用。超滤膜技术通过拦截微生物、胶体和大分子有机物，可去除水中的悬浮物、病原体和有机物，使得水质符合回用要求。超滤膜技术在污水回用过程中的应用，不仅可提高水质，还可减少水资源的浪费，实现水资源的循环利用。在污水回用过程中，超滤膜技术还可用于除去水中的氮、磷等营养物质，防止水体富营养化，保护水体生态环境。通过超滤膜技术，水中的氮、磷等营养物质可被有效去除，满足更高的回用标准。同时，超滤膜技术的应用还可提高水质安全水平，防止病原体的传播，保护人类健康。总之，超滤膜技术在污水回用过程中的应用，为解决水资源短缺问题、保护水体生态环境和提升水质安全水平提供了技术支持。4 超滤膜技术应用中的问题与解决方案 4.1 超滤膜的污染与阻塞 4.1.1 分析超滤膜在使用过程中可能遇到的污染和阻塞问题 超滤膜在使用过程中，容易遇到污染和阻塞的问题，影响膜的过滤效果和使用寿命。超滤膜的污染主要来自水中的悬浮物、微生物、有机物和无机物，这些物质在超滤过程中可能沉积在膜表面，形成滤饼层，导致膜的阻塞。水中的悬浮物和微生物是导致超滤膜污染和阻塞的主要因素。悬浮物在超滤过程中可能沉积在膜表面，形成滤饼层，增加膜的阻力，导致过滤效率降低。微生物在水中生长繁殖，形成生物膜，阻塞膜孔，使过滤过程受阻。此外，水中的有机物和无机物也会对膜造成污染，降低膜的过滤效果。有机物在水中分解，产生胶体和溶解性有机物，这些物质会沉积在膜表面，形成滤饼层，增加膜的阻力。无机物，如金属离子和矿物颗粒，也可能在膜表面形成沉积物，影响膜的过滤效果。4.1.2 解决污染和阻塞的方法和措施 针对超滤膜在使用过程中可能遇到的污染和阻塞问题，可以采取一系列的方法和措施进行解决。首先，选择合适的超滤膜材料和结构，根据污水的特点和处理要求，选择适应性强、抗污染性好的膜材料和结构。其次，优化超滤过程的操作参数，控制水流的速度和方向，减少悬浮物和微生物在膜表面的沉积，防止滤饼层的形成。合理的操作参数可提高超滤过程的效率，减少膜的污染和阻塞。此外，定期对膜进行清洗和维护，去除膜表面的污染物，恢复膜的过滤效果。清洗和维护是保持膜清洁，延长膜使用寿命的重要手段。最后，开发和应用新型膜材料和技术，提高膜的抗污染性能和过滤效果。新型膜材料和技术的应用可有效解决传统膜材料存在的污染和阻塞问题，提升超滤膜技术在市政生活污水处理中的应用效果。4.2 超滤膜技术的成本与效益 4.2.1 超滤膜技术在污水处理中的经济性 超滤膜技术作为一种有效的污水处理方法，其经济性成为衡量其应用价值的重要指标。在污水处理中应用超滤膜技术，需要考虑其投入成本、运行费用和维护费用等多个方面。在投入成本方面，超滤膜技术需要购置超滤膜、相关设备和工艺系统，这些初始投资是评估其经济性的关键因素之一。另外，超滤膜的更换成本也不容忽视，因为膜的使用寿命有限，需要定期更换。在运行费用方面，超滤膜技术的主要费用包括电费、水费和劳动费等。其中，电费和水费是最主要的费用，其费用的高低直接关系到超滤膜技术在污水处理中的经济性。4.2.2 提高超滤膜技术经济效益的途径 提高超滤膜技术在污水处理中的经济效益，需要从减少投入成本、降低运行费用和提高过滤效果等多个方面着手。在减少投入成本方面，可以通过研发新型膜材料和工艺技术，降低超滤膜的制造成本，从而降低整个系统的投入成本。同时，通过改进膜的结构和优化过滤工艺，提高膜的使用寿命，减少膜的更换频率，从而降低投入成本。在降低运行费用方面，可以通过优化运行参数和工艺流程，提高过滤效率，从而减少电费和水费的支出。另外，通过定期对膜进行清洗和维护，保持膜的清洁，防止膜的阻塞和污染，从而延长膜的使用寿命，降低运行费用。5 结语 总之，在当前环境保护日益受到重视的背景下，202中国科技期刊数据库 工业 A 污水处理成为了重要的研究领域之一，市政生活污水作为主要的污水类型之一，其处理效果直接关系到人们的生活环境和健康。超滤膜技术在市政生活污水处理领域具有重要的研究价值和应用前景，随着技术的不断进步，相信超滤膜技术将在未来的市政生活污水处理领域发挥更为重要的作用，为人们的生活环境和健康做出更大的贡献。参考文献 1卢俊怀,张艳.超滤膜技术在环保工程污水处理中的应用J.皮革制作与环保科技,2023,4(9):16-17.2聂心童,孙超,何亚其,等.超滤膜技术在废水处理领域中的应用研究进展J.当代化工研究,2023(12):5-7.3刘洪茂.分析超滤膜技术在环保工程污水处理中的应用J.中文科技期刊数据库(文摘版)工程技术,2021(7):2.4王进.浸没式超滤膜在市政污水深度处理中的应用J.中文科技期刊数据库(引文版)工程技术,2022(7):5.5张燕,翟佳,杨凯薇,等.超滤膜技术在环保工程污水处理中的应用J.区域治理,2020(48):1.6洪洁.超滤膜技术在环保工程污水处理中的应用J.皮革制作与环保科技,2020,1(11):6.203