隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展、人口增多、城市工業(yè)化加快、人民生活水平提高和工業(yè)污染嚴(yán)重、水資源短缺，用水量逐年增加。特別是我國北方地區(qū)多屬于干旱和半干旱地區(qū)，污水回用成為我國專家學(xué)者研究焦點之一。
城市污水和工業(yè)廢水是一種重要的潛在水資源，目前我國正在大力提倡“廢水資源化”。而膜技術(shù)是污水回用關(guān)鍵技術(shù)。由于傳統(tǒng)污水處理出水中含有懸浮物、有機物、微生物和無機物，超濾和反滲透組合工藝是解決污水回用理想技術(shù)，主要用于城市污水處理后達(dá)到中水標(biāo)準(zhǔn)回用，自來水、地下水、地表水的凈化，大型反滲透系統(tǒng)的前級預(yù)處理。本實驗的目的是考察用超濾反滲透處理城市二級生活污水回用，考察超濾反滲透對COD 、TN 、NH3-N、TP 、Cl-處理效果。
反滲透技術(shù)是利用壓力表差為動力的過濾技術(shù)，源于美國二十世紀(jì)六十年代宇航科技的研究，后逐漸民用，目前已廣泛運用于科研、醫(yī)藥、食品、飲料、海水淡化等領(lǐng)域RO反滲透膜孔徑小至納米級（1納米=10-9m），在一定的，H2O分子可以通過RO膜，而源水中的無機鹽、重金屬離子物、膠體、細(xì)菌、病毒等雜質(zhì)無法通過RO膜，從而使可以透過和無法透過的濃縮水嚴(yán)格區(qū)分開來。RO膜過濾后的純水電5s/cm，符合國家實驗室三級用水標(biāo)準(zhǔn)。再經(jīng)過原子級離子交換過濾，出水電阻率可以達(dá)到18.2M.cm，超過國家實驗室一級標(biāo)準(zhǔn)（GB682-92）。
1、實驗方法和材料
1. 1 實驗工藝流程
1. 2 實驗設(shè)備簡介
（1) 超濾裝置:超濾作為反滲透的預(yù)處理.超濾設(shè)備運行參數(shù)如下：膜元件規(guī)格Ф200×1500；有效膜面積：46 m2；運行方式：內(nèi)壓式；運行壓力：0.05～0.15 MPa；運行壓差：0.028～0.15 MPa；反洗壓力: 0.2～0. 24MPa ；水通量：59 L/ (m2•h)；產(chǎn)水率:75 %；膜孔徑：0.05μm。在該項目中采用了親水性好、壽命長、過濾精度高的OMEXELLTMSFP-2660超濾作為反滲透的前處理，保證了反滲透的可靠運行。OMEXELL超濾膜采用聚偏氟乙烯（PVDF）材料，這種含氟高分子材料的突出特點是耐氧化能力很強，允許在運行和清洗時使用較強烈的化學(xué)條件，因而能夠更徹底地去除膜上的污染物，保障膜過濾系統(tǒng)的長期穩(wěn)定。 另外，該超濾膜采用了采用不易堵塞的外壓式結(jié)構(gòu)，更適應(yīng)來水懸浮物含量較高的場合，也使清洗更簡便、徹底。
OMEXELL超濾膜組件通常以恒流方式運行，透膜壓差將隨運行時間逐漸增加，此時通過定期的反洗、氣擦洗以及化學(xué)分散清洗等手段，可以清除膜面的濾餅層；而使用殺菌劑則能夠有效地控制微生物繁殖，更徹底的除去膜面污染物。
（2）反滲透裝置:反滲透膜組件裝置采用膜長度為1.0 m ,膜面積為約7.9 m2 ，單根膜脫鹽率為99.5 %。反滲透運行壓力一般在1.3～1.8 MPa ；最大水通量：7.2m3/d；最高操作壓力：4.14 MPa ；水通量：21.2 L/(m2•h) ；運行壓差:1.2 MPa。抗污染反滲透膜應(yīng)有一般復(fù)合膜高脫鹽率的優(yōu)點以外，還必需具備二個條件，一是具有很光滑的膜表面，使得任何細(xì)小的污染顆粒很難或很少在膜表面沉積和附著；二是具有很寬的過流流道，確保濃縮了污染物物料（高濃度的污染物）在膜系統(tǒng)中能夠高速流動和順暢排出。
（3）阻垢劑加藥裝置: 用于向反滲透進(jìn)水中投加阻垢劑，以防止膜元件結(jié)垢。反滲透濃水端，特別是反滲透壓力容器中最后一根膜元件的濃水側(cè)往往出現(xiàn)諸如CaCO3、CaSO4濃度積大于其平衡溶解度指數(shù)而結(jié)晶析出，在膜表面結(jié)垢造成污堵，并可能損壞膜元件，因此在進(jìn)入膜元件之前設(shè)置了阻垢劑投加裝置，投加對此類鹽具有良好分散作用的阻垢劑。
（4）還原劑加藥裝置:反滲透設(shè)備要求進(jìn)水的余氯小于0.1 mg/L ,加入亞硫酸鈉還原劑以消除氧化性殺菌劑的有效成分,防止其對反滲透膜元件的損壞。
1.3 實驗進(jìn)水水質(zhì)
該實驗的原水為傳統(tǒng)活性污泥法工藝污水廠的二沉池出水，其水質(zhì)見表1 所示。
2、結(jié)果與討論
2. 1 工藝對CODCr去除效果分析
超濾膜、反滲透膜對COD 的去除效果見圖2，3。由圖2，3 可以看出,超濾膜對CODCr的去除效率較低，平均為49.3%，最高為57.3%，最低為38.2%，反滲透對CODCr的去除效率在71.1%～84.6%之間。影響超濾和反滲透去除效率主要與原水水質(zhì)有關(guān)，若水中懸浮顆粒較多，則去除效率較高，因為水中顆粒較多時,能吸附一部分有機物，另外水中大顆粒有機物也可以通過膜去除。反滲透出水CODCr平均值在4.8mg/L，最高為6.8mg/ L，大多數(shù)出水CODCr值測不出。超濾和反滲透對CODCr總?cè)コ示S持在90 %以上。
2. 2 工藝對TN和NH3-N去除效果分析
TN一般包括NH3-N、有機氮、NO2-N 和NO3-N。在常規(guī)檢測中沒有檢測NO2-N和NO3-N指標(biāo),因此工藝對TN ，NH3-N去除效果放在一起進(jìn)行綜合分析，從而理清N的去除過程。超濾對TN和NH3-N幾乎沒有去除,該工藝對TN ,NH3-N的總?cè)コЧ妶D4，5 所示。
對于這兩個指標(biāo)，進(jìn)水曲線和超濾產(chǎn)水曲線基本重合，即超濾對TN ，NH3 - N基本沒有去除作用。反滲透對TN ，NH3-N的去除作用都比較明顯；就TN 而言，反滲透從第25天起效果明顯好轉(zhuǎn)且非常穩(wěn)定；就NH3-N而言，去除效果良好且一直很穩(wěn)定。反滲透對TN，NH3-N的去除曲線都很平和穩(wěn)定且非常相近,這說明反滲透對NH3-N去除比較徹底，在此過程中NH3-N不是因為轉(zhuǎn)化為NO3-N而被去除。
2. 3 工藝對TP 去除效果分析
“超濾+反滲透”集成工藝對TP的去除效果見圖6。從圖6可以看出,超濾對TP 基本上沒有去除效果，去除率最高不足15%。這一部分TP主要附著在顆粒相對較大的懸浮物或可溶性固體顆粒上，而且很多情況下幾乎不去除，與理論相符合。個別時候超濾產(chǎn)水TP 高于進(jìn)水，這是由于實驗誤差引起的。而反滲透對TP 的去除效果相當(dāng)明顯，平均去除率高達(dá)96.7 %，且相當(dāng)穩(wěn)定，波動范圍僅為1.2 %。
2. 4 工藝對濁度去除效果分析
超濾和反滲透對濁度的去除見圖7。在穩(wěn)定運行之后，超濾對其的去除基本上達(dá)100%，大大緩解了反滲透膜的工作壓力。該工藝產(chǎn)水從外觀上看清澈透明。
2.5 工藝對TDS 去除效果分析
該試驗中,超濾和反滲透工藝對TDS的去除效果見圖8。超濾對TDS 沒有去除效果。原因是原水中可溶物的粒子直徑都很小，一般要在0.01μm 以下，它們能夠透過超濾膜。而反滲透產(chǎn)水的TDS非常穩(wěn)定，在16.7mg/L左右，最高不超過20 mg/ L，最低不低于15 mg/ L。
2.6 工藝對Cl-去除效果分析
超濾和反滲透工藝對Cl-的去除效果如圖9 所示。超濾對Cl-不但沒有去除,而且在很多情況下還大于進(jìn)水中Cl-。這是因為在超濾前加的FeCl3混凝劑帶進(jìn)了Cl-。而反滲透對Cl-的去除效果很好而且比較穩(wěn)定,其平均去除率達(dá)到97 %。
超濾運行方式可采用全量過濾和錯流過濾。全量過濾時進(jìn)水100%透過膜，當(dāng)進(jìn)水濁度大于等于15NTU時，應(yīng)采用錯流過濾方式：即一部分水透過膜成為產(chǎn)水#另一部分水在膜絲內(nèi)側(cè)流動，稱為濃水。濃水可全部循環(huán)回到超濾進(jìn)水中，也可以排放掉部分濃水，以免循環(huán)回路中濃水的濁度太高，經(jīng)過一段時間（通常為15min-60min）的過濾,隨著顆粒物在膜內(nèi)的沉積,超濾膜需進(jìn)行周期反洗,以便沖掉膜內(nèi)污染物,恢復(fù)超濾膜過濾性能。反洗一般分為常規(guī)反洗和加藥反洗(CEB)兩種。在本次試驗中，常規(guī)反洗分為正沖、反洗（底部反洗、頂部反洗），再正沖三個步驟。正沖水采用超濾進(jìn)水，反洗水采用超濾產(chǎn)水。CEB加藥反洗即在反洗水中注入一定量的次氯酸鈉，對膜進(jìn)行殺菌消毒和強化清洗$然后通過浸泡2分鐘，加強反洗效果。
2.7超濾膜技術(shù)的前景分析
高性能的中空纖維超濾膜能滿足大多數(shù)水處理的要求并能擅長處理各種類型的源水可以提供即可靠又節(jié)約投資的水處理工藝。目前在國內(nèi)水工業(yè)市場,超濾技術(shù)已在電力、鋼鐵、化工等工業(yè)廢水處理領(lǐng)域得到較多應(yīng)用。隨著經(jīng)濟社會發(fā)展,大規(guī)模廢水處理工程將越來越多,為超濾膜技術(shù)開辟了廣闊的市場空間。2010年后我國將開始進(jìn)入嚴(yán)重的缺水期,而水質(zhì)污染也逐漸成為我國城市安全供水的最大障礙。城市生活污水處理和中水回用將成為解決未來城市水資源危機的有效途徑之一。因此超濾膜在未來市政污水處理市場將會具有廣闊的市場空間。
3、結(jié)論
（1）超濾出水符合《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 18920-2002)，超濾產(chǎn)水可以用作生活雜用水以及水質(zhì)要求較差的其他回用水。
（2）反滲透工藝出水水質(zhì)最優(yōu),能夠完全滿足《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》( GB/ T18921 -2002) ,反滲透產(chǎn)水可以回用于城市污水再生利用景觀環(huán)境用水以及水質(zhì)要求較差的其他回用水。
（3）超濾對濁度的去除效果最為明顯,去除率接近100 %。
（4）反滲透對各指標(biāo)的去除效果都非常好,但是脫鹽率不及97% ，與其正常脫鹽率99%以上還有差距。其原因可能與原水中其他污染物的存在有關(guān)，有待于進(jìn)一步探討。
