超濾膜分離的基本原理
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超濾膜分離的基本原理范文第1篇
1前言
超濾膜技術是一種能夠將溶液進行凈化、分離或者濃縮的膜透過分離技術,介于微濾和納濾之間。超濾膜是懸浮顆粒及膠體物質的有效屏障, 同時超濾膜也可以實現對“兩蟲、藻類、細菌、病毒和水生生物的有效去除,從而達到溶液的凈化、分離與濃縮的目的。與傳統工藝相比,超濾膜技術在水處理方面具有能耗低、操作壓力低、分離效率高、通量大及可回收有用物質等優點,廣泛應用于飲用水凈化、生活污水回收、含油廢水、紙漿廢水、海水淡化等水處理中。在此,本文就超濾膜技術在環境工程水處理中的應用展開簡要闡述,以供參考。
2 超濾膜技術的基本原理及特點
2.1超濾膜技術的基本原理
超濾(Ultra Filtration,簡稱UF)是溶液在壓力作用下,溶劑與部分低分子量溶質穿過膜上微孔到達膜的另一側,而高分子溶質或其他乳化膠束團被截留,實現從溶液中分離的目的。其截留機理主要是篩分作用,但有時膜表面的化學特性(膜的靜電作用)也起著截留作用。超濾分離時是在對料液施加一定壓力后,高分子物質、膠體物質因膜表面及微孔的一次吸附,在孔內被阻塞而截留及膜表面的機械篩分作用等三種方式被超濾膜阻止,而水、無機鹽及低分子物質透過膜。
超濾膜技術截留分子量的定義域為500-500000左右,對應孔徑約為0.002-0.1μm,操作靜壓差一般為0.1-0.5MPa,被分離組分的直徑約為0.005-10μm。
2.2 超濾膜技術的特點
1.對雜質的去除效率高,產水水質大大好于傳統方法。
2.徹底消除或者大大減少化學藥劑的使用,避免二次污染。
3.系統易于自動化,可靠性高。運行簡易,設施只有開啟,關閉兩檔。
4.具有良好的化學穩定性,有耐酸、耐堿以及耐水解的性能,能廣泛應用于各種領域。
5.耐熱溫度可達到140℃,可采用超高溫的蒸汽和環氧乙烷殺菌消毒;能在較寬的PH范圍內使用,可以在強酸和強堿和各種有機溶劑條件下使用。
6.過濾精度高,能有效濾除水中99.99%的膠體、細菌、懸浮物等有害物質。
7.與常規水處理系統費用相當生活污水經過超濾使處理水質變好從而進行回用,而工業廢水中由于一般技術不能達標,采用超濾技術能充分處理廢水。
3 超濾膜技術在水處理中的應用
3.1 飲用水凈化
當前,隨著我國水污染問題的日益嚴重,我國出現了新的水質問題,如賈第蟲和隱孢子蟲(兩蟲)問題、水蚤及紅蟲問題、藻類污染加劇及臭味和藻毒素問題、水的生物穩定性問題等。而將超濾膜技術應用于飲用水的凈化時,其可去除水中包括水蚤、藻類、原生動物、細菌甚至病毒在內的微生物,對水中的致病微生物、濁度、天然有機物、微量有機污染物、氨氮等都有較好的處理效果,能滿足人們對水質的要求。
如,張艷等[2]以混凝沉淀為預處理方法,通過中試試驗,對浸沒式超濾膜處理東江水的最佳運行方式進行了研究,該工藝通過對水中的致病微生物、濁質、天然有機物、有毒有害微量有機污染物、氨氮、重金屬等設置多級屏障,可以使其含量得到逐級削減,最后得到優質飲用水。 3.2造紙廢水的處理
超濾膜技術應用于造紙廢水中,主要是對某些成分進行濃縮并回收,而透過的水又重新返回工藝中使用。一般,造紙廢水膜分離技術研究主要包括:回收副產品,發展木素綜合利用;制漿廢液的預濃縮;去除漂白廢水中的有毒物質等。
楊友強等[3]研究了超濾法處理造紙磺化化機漿(SCMP)廢水及影響超濾的各種因素,結果表明:截留分子量為20000u的聚醚砜(PES200)膜適于處理SCMP廢水,清洗后膜的通量可恢復98%。黃麗江等[4]采用0.8μm微濾(MF)與50nm超濾(UF)無機陶瓷膜組合工藝對造紙廢水進行了處理,在溫度為15℃、壓力為0.1MPa的操作條件下,0.8μm膜對COD的去除率為30%~45%,50nm膜對COD的去除率為55%~70%。
3.3含油廢水的處理
含油廢水存在的狀態分三種:浮油、分散油、乳化油。前兩種較容易處理,可采用機械分離、凝聚沉淀、活性炭吸附等技術處理,使油分降到很低。但乳化油含有表面活性劑和起同樣作用的有機物,油分以微米級大小的離子存在于水中,重力分離和粗粒化法都比較困難,而采用超濾膜技術,它使水和低分子有機物透過膜,在除油的同時去除COD及BOD,從而實現油水分離。
如,油田含油廢水中通常油量為100~1000mg/L,超過國家排放標準(<10mg/L),故排放前采用先進的高效衡壓淺層氣浮技術和中空纖維膜分離技術進行了分離,在操作壓力為0.1MPa、污水溫度40℃時,膜的透水速度可達60~120L/(m2·h),出水中含油量為痕跡,懸浮物固體含量平均值為 0. 32mg/ L,懸浮物粒徑中值平均值為 0. 82μm,完全達到了特低滲透油田回注水的水質標準。
3.4城市污水回用
城市污水是一種重要的水資源,國外早已開始廣泛英語膜法進行城市污水回用,隨著我國水污染問題的愈發嚴重,將超濾膜技術應用于城市污水回用,也日漸引起了人們的關注。如,湯凡敏等[5]利用 CASS 與超濾膜組合工藝處理小區生活污水,當水力停留時間為12h、CODCr濃度在215~ 677 mg/ L 之間時,該工藝出水 CODCr穩定在30 mg/ L 左右;NH3-N 濃度為 22.2~ 41.2 mg/ L時,出水NH3-N 最低可達0. 2 mg/ L,去除率達到90%以上,出水pH 值在 7.26~7.89 之間,出水濁度小于 0. 5,出水水質優于回用水標準,可直接回用。
3.5海水淡化
超濾膜分離的基本原理范文第2篇
關鍵詞：無機膜;分離;應用
無機膜是指以金屬、金屬氧化物、陶瓷、沸石、碳素和多孔玻璃等無機材料制成的半透膜，常用的材料有Al2O3、TiO2、SiO2、C、SiC等。無機膜基本分類為：一是從表層孔結構上可以分為致密膜和多孔膜兩大類，其中多孔陶瓷膜應用較為成熟和廣泛。二是按照制膜材料，可以分為陶瓷膜、金屬膜、合金膜、高分子金屬絡合物膜、分子篩復合膜、沸石膜和玻璃膜等。三是按照結構中有無擔體的特點，可以分為非擔載膜和擔載膜。四是按膜孔徑和應用場合可分為微濾膜和超濾膜等。與有機膜相比，無機膜具有耐高溫、耐有機溶劑、耐酸堿、抗微生物侵蝕，剛性及機械強度好，孔徑均勻、孔徑分布范圍窄，不老化、壽命長等優點，可以滿足更高的使用要求。加之近十年來生物、醫藥化工、食品等行業的發展，促進了無機膜的發展。因此，無機膜受到世界各國的關注，它的研究與應用已成為當代膜科學技術領域中的重要組成部分。[1]
一、基本原理
（1）無機膜中氣體傳遞特性與分離模型。膜法氣體分離的基本原理是根據混合氣體中各組分在壓力的推動下透過膜的傳遞速率不同，從而達到分離目的。對不同結構的膜，氣體通過膜的傳遞擴散方式不同，因而分離機理也各異。氣體通過無機膜的分離依賴于氣體在膜中的傳遞特性。目前常見的氣體通過膜的分離機理有2種，即氣體通過多孔膜的微孔擴散機理和氣體通過致密膜的溶解――擴散機理。
第一，Knudsen擴散。在微孔直徑比氣體分子的平均自由程小的情況下，氣體分子與孔壁之間的碰撞遠多于分子之間的碰撞，此時則發生Knudsen擴散。一般而言，在有壓差條件下膜孔徑5～10nm，無壓差條件下孔徑5～50nm時，Knudsen擴散起主導作用。基于Knudsen擴散的氣體A和B的通量比，即理論分離因子α為：α=（Fk）A/（FK）B=（MB/MA）1/2。可見，Knudsen擴散是依據分子量的不同而進行氣體分離時。分離系數與被分離氣體分子量的平方根成反比，在分離H2、He、N2等輕分子時具有較高的分離系數，但隨著溫度的升高，擴散通量會下降。對混合氣體通過多孔膜的分離過程，為了獲得良好的分離效果，要求混合氣體通過多孔膜的傳遞以分子流為主。基于此，分離過程應盡可能滿足下列條件：多孔膜的微孔孔徑必須小于混合氣體中各組分的平均自由程，氣體分子的平均自由程應盡可能小，而溫度升高會使氣體分子的平均自由程度增大，為此要求混合氣體的溫度應足夠低;在一定條件下，Knudsen擴散速率與壓差成正比。因此，膜兩側的壓力應盡可能高。
第二，表面擴散。氣體分子與膜表面發生化學作用，能被吸附于膜表面，膜孔壁上的吸附分子通過吸附狀態的濃度梯度在表面上進行擴散。這一過程中被吸附狀態對膜的分離性能有一定的影響。被吸附組分比不吸附組分擴散快，從而導致滲透的差異，達到分離的目的。表面擴散的機理比較復雜，在低表面濃度條件下，純氣體的表面流量可由Fick定律描述：Fs=-ρ（1-ε）μsDsdq/dl。式中：ρ為固體介質的密度，ε為固體介質的孔隙，μs為形狀因子，DS為表面擴散系數，dq/dl為表面吸附隨膜厚度的變化。由上式可知，增大膜的表面積，減小膜孔徑和改善膜的吸附性能可增大表面吸附量和擴散通量。但表面擴散要求膜材料僅對要分離的分子有作用，否則，其他分子會占據表面活性位，從而減小膜表面的有效分離能力，此時需要對膜孔徑表面上不希望的活性位用化學處理的方法進行屏蔽或中和。
第三，多層擴散與毛細管冷凝。依據Knudsen擴散和表面擴散的氣體分離過程的選擇性相對較低，而多層擴散卻有可能提高通量和選擇性。當孔的量很高，被分離物質在膜表面上發生物理吸附，并在膜孔內發生毛細管冷凝時，它會堵塞孔道而阻止非冷凝組分的滲透。這種情況一般發生在溫度接近可冷凝組分的冷凝點，其吸附量可由擴展BET方程求得，而其冷凝壓力與溫度和孔徑的關系可用開爾文方程求得。當一種物質在介質上發生多層吸附水時，會產生多層擴散，這是單層擴散的擴展。多層擴散的擴散通量先隨壓差增加而增加，若同時發生毛細管冷凝，傳質行為將發生改變，此時擴散通量達到最大，之后由于液相傳質控制，擴散量急劇下降。
第四，分子篩效應。分子篩是多孔硅鋁酸鹽（沸石）或非石墨類碳，它們含有分子大小的微孔。分子篩膜分離氣體時，氣體分子與微孔孔壁的作用非常強，分子大小稍有差異或分子與孔壁的親和力略有不同，就會導致氣體透過膜的速度有很大的區別。分子篩膜就是根據氣體分子的大小以及形狀來“篩分”分子，因而有很高的分離因子（選擇性）和滲透通量。分子篩膜的孔徑大小與結構對氣體的分離有很大影響。碳分子篩膜經適當高溫活化，除去表面上的含氧基團，可使微孔擴大。若繼續在更高的溫度下煅燒，將導致微孔收縮。因而，對于一定組成的混合氣體，可以用熱化學的方法調節碳分子篩膜的孔徑以達到最優分離。
第五，致密膜的溶解――擴散機理。氣體通過致密膜的傳遞過程一般用溶解擴散機理來描述，不是反應速率控制。此機理假設氣體透過膜的過程如下列3步組成：一是氣體在膜的上游側表面吸附溶解，是吸附過程。二是吸附溶解在膜上游側表面的氣體在濃度差的推動力下擴散過膜，是擴散過程。三是膜下游側表面的氣體解吸，是解吸過程。一般說來，氣體在膜表面的吸附和解吸過程能較快地達到平衡，而氣體在膜內的滲透擴散過程較慢，是氣體透過致密膜的速率控制步驟。氣體在致密膜內的擴散過程可用Fick定律來描述。氣體在致密膜中傳遞的推動力來自膜上下游側的壓力差、濃度差或電位差等引起化學位差，依據組分在操作條件下相對傳遞速率的差異而達到分離的目的。另一類用于氣體分離的致密膜是固體電解質膜，如經Y2O3穩定話的ZrO2膜（YSZ膜）。當YSZ膜兩側有氧的濃度差時，YSZ膜是僅導氧離子的電導體，它的導電機理是空穴導電。在被Y2O3穩定的ZrO2中，部分Zr4+被Y3+置換，產生一定數目的氧離子晶格空位，即氧離子空穴，而ZrO2屬于正方晶系結構，具有大的中心空間。因此，在高溫下氧離子有可能經由這些空穴位置穿過晶格。如果有外加電壓作推動作用，氧離子就會從YSZ膜的一側傳遞導另一側，調節外加電壓就可以控制氧對膜的滲透速率。
（2）無機膜中液體傳遞特性與分離模型。無機膜技術對液相體系的分離主要是微濾和超濾。其基本原理是在壓力差下，利用膜孔的滲透和截留或篩分性質，使不同組分得到分級或分離。產品可以是純液體或欲回收的組分。工作效率則以滲透通量和滲透選擇性為衡量指標，兩者均與膜結構、體系性質及操作條件等密切相關，其中膜阻塞即為嚴重的障礙。另外，膜的表面特性，如荷電或不荷電、憎水或親水的形式，決定了膜與溶質有強弱不同的相互作用和截留效能，也就對分離產生不同的影響。為了適應分離的要求，可以通過膜的表面修飾來調整膜的結構與性能。
二、無機膜的研究狀況
無機膜的研究和應用始于20世紀40年代，早期的陶瓷膜主要應用在核原料鈾同位素的分離，在隨后近半個世紀中，隨著無機膜材料與制備技術的發展，無機膜逐步在飲料行業、水質處理、乳制品等領域得到了應用。20世紀90年代以后，以氣體分離和膜分離――反應器組合構件為主的無機膜的研究和應用得到了廣泛的關注。無機膜的研究主要集中在以下幾方面：膜及膜反應器設計及制備工藝的研究，膜表面改性，膜結構及性能的測試與表征以及應用等方面。
（1）膜設計。膜設計技術包括膜材料和膜結構形態研究，微孔大小與均勻分布的控制方法研究，膜制備技術，特別是膜復合和超薄膜制備技術的研究。
（2）膜的表面改性。由于某些膜隨溫度等使用條件的變化，膜的孔等結構也隨著變化，從而影響膜的熱穩定性、選擇透過性及催化活性等性能。目前，一般采用摻雜或采用溶液浸漬、吸附或氣相沉積等方法將第二組分沉積在第一組分膜的孔內壁或第二組分與第一組分發生化學反應，其反應物粘附在孔內壁，使改性過的膜有更小的孔徑和較高的分離系數和催化活性。在無機膜的表面涂上一定的金屬，使其表面性質發生變化，在氣體分離和膜反應器中得到應用。目前制備的SiO2膜有很好的氣體分離特性，但由于室溫下SiO2表面的親水性使它易吸附空氣中的水分，使微孔阻塞，而影響分離特性。Renate M.devos等制備一種憎水性的SiO2膜，以改善SiO2膜對水的吸附性，疏水是通過消除SiO2表面的羥基而實現。一種是用化學處理法即用各種硅烷對表面進行處理;另一種方法是熱處理。
（3）結構及性能的測試與表征。制備完好致密無缺陷的反滲透膜或對反滲透膜結構性能的測試與表征是當前的熱點、難點課題。無機分離膜的過濾分離機理要根據膜類型來定，致密膜的過濾機理一般以溶解――擴散的方式進行，多孔無機膜則根據膜孔的大小而定，當孔徑從幾十個微米到二個納米其分離機理將會發生很大的變化，即從湍流（孔徑>5μm）粘帶流克努森擴散表面擴散毛細管凝聚與分子篩等。但目前這些機理還不完善，仍處在發展和完善之中。
（4）膜反應器的設計。包括根據不同催化反應體系和膜分離性能的要求，設計高效、適用膜反應器;著眼于反應器結構型式的研究;并流或逆流操作過程解析;反應與分離部分的濃度和溫度梯度解析等傳熱傳質工程方面的研究，以達到膜分離――催化過程的最優化設計。
三、無機膜的應用
無機膜的應用主要涉及液相分離、氣體分離和膜反應器三個方面。其中在液體分離的微濾和超濾膜中，使用最多的是陶瓷膜，約占分離膜的80%左右。
（1）在飲用水凈化中的應用。陶瓷微濾膜和超濾膜處理地表水制備飲用水已在歐洲應用多年，自1984年，法國就開始用陶瓷膜進行工業規模的飲用水生產。英國Fairey工業陶瓷有限公司、瑞士Katadyn等使用陶瓷濾芯用于飲用水凈化的歷史悠長。隋賢棟等人采用硅藻土梯度陶瓷微濾膜對自來水的凈化進行了研究，結果表明，平均孔徑為0.15μm的梯度陶瓷膜，可100%濾除水中的大腸桿菌、沙門氏菌、金葡萄球菌和霉菌等致病病菌以及鐵銹、紅蟲和各種懸浮微粒。通過簡單的機械清刷，通量可完全恢復，無膜的深層污染和孔隙堵塞，可有效地防止凈水的再次污染。一個254mm的標準濾芯可凈化普通自來水50m3以上。
（2）在廢水處理中的應用。目前，無機膜主要用于含油廢水、化工及石化廢水、造紙和紡織廢水、生活污水及放射性廢水的處理。王懷林等人采用0.8μm氧化鋁膜和0.2μm氧化鋯膜對油田含油廢水進行處理，取得了較好的結果;黃肖容等利用離心方法制備了梯度氧化鋁膜管，用之凈化生活污水，孔徑為0.1～0.35μm的氧化鋁膜管對生活污水的BODCr的去除率達83%，CODCr的去除率達67%，大于0.1μm固體懸浮物的去除率100%。Lahiere和Goodboy用孔徑為0.2～0.8μm的氧化鋁膜處理含15～500mg/L芳香和石蠟油廢水，膜面流速達4.6m/s，通量為1250～1540L/（m2?h），并較好地解決了膜污染及膜清洗等問題。Jonsson和Petersson采用0.2μm氧化鋯膜處理造紙廢水，通量為15～1300L/（m2?h），COD去除率為25%～45%。Cumming和Turner采用孔徑為2μm的氧化鋯膜和0.2μm氧化鋁膜處理低放射性廢水，取得了較好的效果。
（3）在氣體分離方面的應用。近年來出現的離子電子混合導體致密膜和具有分子篩分功能的多孔膜展現出良好的發展前景。Huang等以Pd/Al2O3復合膜分離H2/N2，結果表明具有很高的分離系數。Lin等用Pd膜分離H2/N2體系，H2的滲透速率為（2.62～6.11）×10-6m3/（m2?s?Pa0.5），分離系數為200～1400，透過氣中氫氣的純度可達99.6%，氫氣的回收率為90%。Tong等利用MFI型沸石分子篩在室溫常壓下分離H2/烴類的多組分氣體混合物，氫氣的滲透通量幾乎為，烴類組分的滲透通量達2.4×10-4mol/（m2?s）。此外，無機膜在原料氣脫濕、有機溶劑回收以及強腐蝕性氣體干燥等方面，也取得了較好的分離效果。
（4）滲透汽化和膜催化技術中的應用。湯斌等考察了酒精發酵液中組成對硅沸石膜進行滲透汽化分離特性的影響，認為有機高分子化合物及無機鹽可改變溶液的相平衡和溶液的化學位，從而提高酒精的滲透汽化分離效果。美國能源部從90年代初即開始支持以離子與電子混合導體膜的膜催化反應研究，在甲烷轉化合成氣的研究中取得重要的進展，其甲烷轉化率大于99%。
（5）在食品和生物化工中的應用。無機膜用于牛奶、果酒、果汁、飲料、白酒、啤酒、飲用水等的除菌過濾，效果十分顯著;陶瓷膜在生物化工領域的應用研究是近期的熱點之一，涉及領域包括細胞脫除、無菌水生產以及低分子有機物的澄清和生物膜反應器。
（6）無機催化膜反應器的主要應用。目前，無機催化膜反應器基本上集中應用于脫氫、加氫和氧化反應。脫氫、加氫等涉及氫傳遞的膜反應器，多采用選擇滲透性的金屬鈀膜或鈀合金膜，也有用多孔膜（如γ-Al2O3膜、分子篩膜等）以獲得高的滲透通量。用于氧化反應過程中無機膜催化膜反應器的研究，大部分圍繞穩定的氧化鋯膜（YSZ膜）和金屬銀膜，應用多孔膜及鈣鐵礦型致密膜的研究也取得了一定得成果。此外，在化工、石油化工等工業中，傳統的過濾技術很難滿足產品和原料液的純度要求，無機膜優異的材料性能和高精度的分離性能使其成為苛刻條件下精密過濾的技術之一。
四、展望
作為一種新型膜分離技術，無機膜在很短的時間里迅速發展，在許多重要分離領域中顯示了其獨特的操作特性。其優良性能已經被眾多的研究者和使用者所認識，在今后很長一段時間內，膜功能集成化是一個重要的發展方向。在工程實踐中，由于反應條件、應用場合等千差萬別，特別是膜元件作為反應器的核心部件，在理論和實踐等方面尚有許多問題需進一步研究，如再生性能好的無機膜的制備;高溫下設備的密封問題;高溫結碳對膜的污染問題;反應過程的模擬技術和催化劑的固定問題等。隨著膜材料及制備技術的發展，膜反應器必將會越來越廣泛地應用到化工、環保、生物、和食品等工業領域。
參考文獻：
[1] 劉陽，曾芝芳，陳虎，等.無機膜的研究進展及應用[J].中國陶瓷工業，2000，7（4）：25-30.
超濾膜分離的基本原理范文第3篇
【關鍵詞】垃圾滲濾液；MBR；NF；RO
垃圾滲濾液是當今世界上公認難處理、污染嚴重、物理和化學性質復雜的高濃度污染廢水[1]。垃圾滲濾液的處理是城市環境綜合治理的重要組成部分，有助于改善城市的自身環境，提高居民生活質量的需要，促進城市經濟的發展、社會和城市的建設，環境保護事業的可持續發展。
1 垃圾滲濾液處理的來源和特點
垃圾滲濾液中污染物主要有以下三個來源[2]：垃圾本身含有的大量可溶性有機物、無機物在雨水、地表水或地下水的浸入過程中溶解的污染物；垃圾通過生物、化學、物理作用產生的可溶性的污染物；覆土和周圍土壤滲入的可溶性污染物。
垃圾滲濾液的組成受垃圾成分、氣候、水文地質、垃圾填埋時間和填埋方式等因素的影響，垃圾滲濾液主要有以下幾個特征：（1）滲濾液水質水量隨時間變化大。（2）滲濾液成份復雜。一般而言滲濾液中的有機物可分為三類：低分子量的脂肪酸類、腐殖質類高分子的碳水化合物及中等分子量的灰黃霉酸類物質。（3）COD濃度很高。隨著填埋時間的延長，BOD/COD 值降低甚至低于0.1，說明穩定期和老齡滲濾液的可生化性較差。（4）氨氮含量高。（5）金屬離子含量高。（6）色度高，有臭味。2 選擇垃圾滲濾液處理工藝的原則
根據進水水質特點、排放標準要求、滲濾液處理的規模，結合當地自然和社會經濟等條件綜合分析確定，選擇垃圾滲濾液處理工藝的原則如下：（1）處理工藝確保出水穩定并達到設計排放標準，處理技術先進、可靠；（2）工程運行費用低，管理、維修方便，運轉自動化程度較高；（3）可根據進水水量、水質靈活調整運行方式和參數，最大限度地發揮處理裝置和構筑物的處理能力。
借鑒和參考國內外先進技術和經驗，結合當地的實際情況，選擇切實可行的處理工藝，保障垃圾滲濾液處理處理系統的正常、穩定運行。
3 柳州市垃圾滲濾液處理實例
柳州市生活垃圾滲濾液處理廠設計處理量600m3/d，設計進水指標CODcr 3000-8000mg/L、BOD5 1000-3000mg/L、氨氮1200-2500 mg/L、總氮1400-3000mg/L，采用水質均化+膜生物反應器（MBR）+納濾（NF）+反滲透（RO）的組合工藝， 將生化和膜處理相結合，能將滲濾液中的污染物質分解，減少污染物的總量，同時具備脫氮除磷功能，可以處理不同“場齡”生活垃圾填埋場產生的滲濾液。出水指標執行《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB16889-2008）表二排放要求。
3.1 預處理系統
垃圾衛生填埋場產生的滲濾液匯入調節池中，滲濾液經提升后經籃式過濾器進入水質均化罐，水質均化罐起到調節進水水質，平衡滲濾液中營養物，提高滲濾液的可生化性的作用。
3.2 MBR系統
“反硝化（A）-硝化（O）-超濾（UF）”稱為膜生物反應器（MBR）。垃圾滲濾液含有較高的有機污染物，選擇工藝時既要考慮COD和BOD5的去除，又要強化氨氮和總氮的去除。MBR及其組合工藝的主要特點：①出水水質穩定，由于膜的高效分離作用，分離效果遠好于傳統沉淀池；系統內能夠維持較高的微生物濃度，提高了反應裝置對污染物的整體去除效率，保證良好的出水水質。②剩余污泥產量少，該工藝可以在高容積負荷、低污泥負荷下運行，剩余污泥產量低，降低了污泥處理費用。③可去除氨氮及難降解有機物，由于微生物被完全截流在生物反應器內，從而有利于增殖緩慢的微生物如硝化細菌的截留生長，系統硝化效率得以提高。
該處理工藝選擇外置管式超濾膜，超濾用于去除廢水中大分子物質和顆粒。超濾截留大分子物質和微粒的機理是膜表面孔徑機械篩分作用，膜孔阻塞、阻滯作用和膜表面及膜孔對雜質的吸附作用，還可以去除一些膠體顆粒和微生物細胞。外置式管式超濾膜具有運行穩定可靠，操作管理容易，易于膜清洗、更換等優點。
3.3 納濾（NF）
納濾采用螺旋式卷式膜，是以壓力差為推動力，介于反滲透和超濾之間的截留水中粒徑為納米級顆粒物的一種膜分離技術。它截留有機物的分子量大約為200-400左右，截留溶解性鹽的能力為20-98%之間，對單價陰離子鹽溶液的脫除率低于高價陰離子鹽溶液。
3.4 反滲透膜（RO）
反滲透技術（RO）是以壓力為驅動力的膜分離技術，其基本原理以壓力差為推動離，施加超過溶液滲透壓的壓力于半透膜，將濃溶液中的水壓滲到膜的稀溶液一側，而濃溶液則不斷濃縮留在膜的另一側，達到濃縮液分離的目的[3]。
RO處理系統不易受環境的影響，對反滲透影響較大的環境因素主要是壓力、溫度、進水水質。RO處理系統能去除無機鹽、重金屬離子、有機物、膠體、細菌、病毒等，保證出水達標。
膜分離在應用存在膜污染的問題，主要存在有無機污染、有機污染和微生物污染三種形式。由于污染物質在膜表面形成附著層或堵塞膜孔，從而導致膜通量減少、膜及膜孔結構發生變化[4]。當進水污染物濃度較高時，進水的滲透壓就特別高，需要進水有較高的壓力克服滲透壓，才能實現物料分離，這導致能耗較高。
3.5 其他處理系統
本處理工藝中生化處理產生的剩余污泥經脫水后運至垃圾填埋庫區填埋；各處理工藝中產生的臭氣統一收集進行處理；反滲透產生的濃縮液收集至濃縮液池，最終回灌至垃圾填埋庫區。
4 運行情況
該滲濾液處理工藝運行以來，各處理單元處理效果較好，出水指標CODcr 14.6mg/L、BOD5 6.3mg/L、氨氮0.76 mg/L、SS 3.4 mg/L，根據監測結果顯示水質指標均滿足《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB16889-2008）表二排放要求。
5 結束語
MBR+NR+RO法組合工藝處理垃圾填埋場滲濾液，克服了生化處理難以達標的缺點，出水效果較好，能達到《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB16889-2008）表二的排放要求，該處理工藝具有良好的穩定性、安全性和適應性。
【參考文獻】
[1]張益，陶華.垃圾處理處置技術及工程實例[M].北京：化學工業出版社，2002：8-9.
[2]曾中平.膜生物反應器+雙膜法工藝在生活垃圾滲濾液處理中的應用[J].西南給排水，2009，31（2）：5-7.
超濾膜分離的基本原理范文第4篇
【關鍵詞】城市污水；深度處理；工藝；特征
0.概述
據2012年中國環境公報顯示，全國化學需氧量排放總量2423.7萬噸，比上年下降3.05%；氨氮排放總量253.6萬噸，比上年下降2.62%。新增城鎮污水日處理能力1294萬噸、城鎮污水再生水日利用能力301萬噸，315個造紙、印染企業新建化學氧化深度處理工藝和回用工程。
我國的水資源總量有限且人均水量偏低，由于我國幅員遼闊，水資源狀況差異很大，是嚴重缺水的地區且水資源污染日益嚴重，因此水資源的深度處理后綜合再利用就成為我國當前環境治理的主要工作。
1.污水深度處理工藝
污水深度處理（sewage depth processing）是指城市污水經一級、二級處理后，為了達到一定的回用水標準使污水作為水資源回用于生產或生活的進一步水處理過程。針對污水的原水水質和處理后的水質要求可進一步采用三級處理或多級處理工藝。常用于去除水中的微量COD和BOD有機污染物質、SS、氮、磷高濃度營養物質及鹽類。
1.1物理化學法
物理化學方法是通過機械截流、化學沉淀、化學氧化、離子交換等原理將污染物從水中去除。
①機械截流。最簡單的機械截流方法是過濾，單純的過濾通常采用石英砂為濾料，對懸浮物及膠體有較好的去除，出水的濁度、SS通常較低，對COD及色度也有一定效果。
②化學沉淀。混凝沉淀工藝是污水深度處理中最常用的工藝，我國大多數污水廠在深度處理工藝中均采用此方法。向水中投加化學藥劑，藥劑水解后與污染物相互作用，通過混凝過程形成大顆粒絮體，通過沉淀或氣浮得到分離。混凝沉淀工藝經濟、成熟，但處理效果受水質改變影響較大，且對水質要求較高時，該工藝則無法滿足處理效果。
③化學氧化。化學氧化是各種高級氧化技術的基礎，它是使用化學氧化劑將污染物氧化成微毒、無害的物質或轉化成易處理的形態。常用的化學氧化劑包括H2O2、O3、ClO2、K2MnO4、K2FeO4等。
④離子交換。離子交換樹脂已在不同領域廣泛應用。離子交換法是利用樹脂的特點將水中的污染物質通過氫離子或氫氧根離子的交換吸附在樹脂上，達到對污染物的去除目的。
1.2生物方法
利用微生物自身可對有機物、含氮化合物、含磷化合物等物質進行分解吸收來產生能量及營養物質的特性，培養出某些特定的微生物，利用它們的這種特點處理污水中的污染物質，達到對水質凈化的目的。生物處理法一般運行費用較低，生物培養馴化成熟后，通常無需人工強化，在其自身生長的過程中就可將水中的污染物質去除，流程簡單、易于管理。生物處理法包括好氧處理和厭氧處理兩大類。
1.3物理化學與生物組合方法
由于污水廠生物二級出水中有的污染物含量仍然很高、成分也比較復雜，因此在深度處理的過程中，無論是單獨物化法，還是單獨生物法都很難使出水達到國家回用水標準，一般單獨工藝受沖擊負荷能力差，有時為了使出水水質提高，成本甚至會增加幾倍。組合工藝則不僅可充分利用各工藝自身的優點，而且能發揮不同工藝協同合作，達到處理目的，可節省運行成本。
混凝沉淀工藝與曝氣生物濾池工藝組合，在混凝沉淀階段可將SS、有機物去除一部分，減少了SS對曝氣生物濾池的堵塞，提高反沖洗周期時間，減低濾池的負荷，增加濾池的工作效率，改善出水水質，并且由于兩極屏障，混凝沉淀無需將污水直接處理達標，可減少混凝劑的投量節省藥劑費用。氧化工藝與曝氣生物濾池工藝組合，前階段工藝利用氧化性強的氧化劑改善水質的結構，將不利于生物利用的大分子有機物轉化為有利于生物利用的小分子有機物，有助于加強下一階段的生物處理，處理的效果和運行成本遠優于兩種工藝單獨處理之和。
1.4曝氣生物濾池技術
曝氣生物濾池工藝（簡稱BAF）是第三代污水處理生物膜反應器，它充分發揮了生物代謝作用、物理過濾作用、生物膜和填料的物理吸附作用以及反應器內食物鏈的分級捕食作用，不僅具有生物膜技術優勢，同時也起著有效的空間濾池作用。曝氣生物濾池的基本原理是在一級強化的基礎上，以顆粒狀填料及其附著生長的生物膜為主要處理介質，充分發揮生物代謝作用、物理過濾作用、生物膜和填料的物理吸附作用以及反應器內食物鏈的分級捕食作用，實現污染物在同一單元反應器內的去除。
曝氣生物濾池借鑒了生物接觸氧化反應器和深床過濾的設計原理，省去了二次沉淀設備。BAF存在的主要問題如下所示：①曝氣生物濾池對進水懸浮物要求較高，最好控制在60mg/1以下，這樣對曝氣生物濾池前的處理工藝提出較高要求。②曝氣生物濾池水頭損失較大，由于停留時間短，硝化不充分，產泥量較大，污泥穩定性較差，進一步處理困難。③除磷效果一般，需加化學除磷。④缺少選擇性能高、成本低的濾料，沒有統一的濾料標準體系。
1.5電吸附技術
目前生產中對于污水的處理大量采用炭材料吸附來進行重金屬離子、有機污染物和有色物質的脫除，應用的主要有活性炭，包括粒狀活性炭和纖維狀活性炭。盡管活性炭等在吸附去除水中和氣流中的污染物應用方面有很多優勢，但也存在一定的缺點。
電吸附的優勢為：①可吸附去除難生物降解的有機物質。②凈化程度好，可用于處理稀溶液體系。③能耗小，操作成本低。因此電吸附技術在城市污水處理和水的深度凈化、有機物的分離和回收、吸附劑的再生等方面有著良好的應用前景。
1.6膜分離法
膜分離技術是指在分子水平上不同粒徑分子的混合物在通過半透膜時，實現選擇性分離的技術，半透膜又稱分離膜或濾膜，膜壁布滿小孔，根據孔徑大小可以分為：微濾膜（MF）、超濾膜（UF）、納濾膜（NF）、反滲透膜（RO）等，膜分離都采用錯流過濾方式。
膜分離法的主要特點是無相變，能耗低，裝置規模根據處理量的要求可大可小，而且設備簡單，操作方便安全，啟動快，運行可靠性高，不污染環境，投資少，用途廣等優點。在常溫和低壓下進行分離與濃縮，因而能耗低，從而使設備的運行費用低。設備體積小、結構簡單，故投資費用低。膜分離過程只是簡單的加壓輸送液體，工藝流程簡單，易于操作管理。
2.結語
城市污水資源化可以節約用水，提高水利用效率，保護環境和生態的平衡。將城市污水作為第二水源開發利用，是解決水資源短缺的有效措施，是具有經濟可行性的。據專家測算，城市污水回用比遠距離引水更經濟。對于企業，污水回用不僅節約了寶貴的水資源，而且還節約了排污費用。因此城市污水深度處理后綜合利用既有經濟效益，又兼具社會效益，符合我國可持續發展戰略要求，是應該大力推廣的技術。
【參考文獻】
[1]倪玖欣.我國現階段城市污水深度處理工藝及回用的意義[J].山西建筑，2013，39（28）.
[2]顧國蓮.生活污水深度處理工藝低成本運行措施的應用[J].大眾科技，2013，15（170）.
