正渗透技术应用于污废水处理的研究进展

正渗透技术应用于污废水处理的研究进展

张敏杰

湖南省环境治理行业协会

摘要：近年来，由于我国工农业的快速发展，水污染问题越来越严重，但相关的污水处理技术并没有取得明显的突破。到2020年底，我国城市污水处理能力达到2029亿吨/天，污水处理市场前景仍然相当广阔。为了更好地遵守城市污水排放标准、缓解水资源短缺压力，膜技术发展迅速，在污水处理领域效果良好。

关键词：正渗透技术；污废水处理；研究进展；

引言

全球环境状况令人担忧，一些国家已开始开发控制环境污染的技术。水在人类文明中发挥着重要作用，是包括人类在内的生态系统的支柱，因为获得安全饮用水是健康生活的先决条件之一。水以海洋、河流和湖泊的形式约占地球表面的71%，但地球上只有2.5%的水是淡水，可用的饮用水不到1%，有足够数量的水(三分之二)被困在水井和冰川中。事实上，地球上只有0.007%的水是人类直接获取的。

1工业废水的危害

随着当今城市工业化进程的不断加快，工业生产所产生的废水量也越来越大。在工业废水中，通常含有十分复杂的成分，包括重金属、有毒有害化学物质、油脂、氧化物、过氧化物等，且处理不当的工业废水有毒有害污染物浓度很高。一旦这些工业废水排放到城市生活污水厂中，便会对生活污水处理工艺系统造成很大的冲击，严重的情况甚至直接导致工艺失效或设备损坏，从而对城市生活污水厂的正常生产运行造成很大危害。另外，未经过严格处理的城市工业污水如果排放到环境中，也会对自然环境、土壤、水体、动植物等带来巨大危害，从而危害到人体健康乃至于生命安全。由此可见，城市工业废水对于城市生活污水处理厂以及城市生态环境、人体健康都具有非常大的危害性。

2正渗透污废水处理主要影响因素

2.1正渗透膜材料

fo技术的迅速发展与fo薄膜材料的快速发展有关，fo薄膜材料最初用于fo领域，但未产生良好的处理效果。美国hti公司改进后生产的非等温纤维素膜基本上可以满足水处理需求，在fo市场占有很大份额。改性薄膜材料自开发以来，结构和性能均得到改善，进一步提高了fo膜的渗透性和抗污染性，不同类型的改性薄膜材料可用于不同的废水处理场景。fo薄膜材料的选择应符合以下条件:①具有较强的耐盐能力；②膜材料厚度较薄，同时支承层孔隙率较低；③膜疏水性较好；④膜材料具有较高的机械强度。在废水处理领域，最常用的fo薄膜仍然主要是美国hti公司生产的CTA薄膜，它具有良好的水亲和性、较强的机械强度、清洁的薄膜表面、较低的杂质和污染程度、比界面合法生产的raw薄膜厚度小得多，并且具有一定的缺点是容易在碱性条件下水解，化学稳定性差，薄膜性能下降较快，操作压力较大。

2.2浓差极化

在fo应用中，由于溶液渗透率不同，在薄膜两侧会产生水分子穿过薄膜孔的驱动力，但实际上，穿过薄膜孔的水流往往低于理论纯水流量。提高流通速度，加快薄膜表面湍流速度，可以有效减小薄膜边界层厚度，从而减少外部厚度极化的负面影响。根据典型的不对称fo薄膜结构，薄膜取向有两种模式。内部厚度极化发生在膜材料内部。当活性相进入萃取液(al-ds)时，原料液体的溶解度被捕获并浓缩在多孔支撑层的膜材料中，从而形成在膜材料中浓缩的内部厚度差极化，在这种情况下可以获得更大的水流。

3污废水处理中的研究进展

3.1生物法

生物法中，目前应用较多的是藻类与微生物。作为一种新型生物法，微藻法相比传统废水处理工艺更具有可持续性。微藻法可以减少氮、磷和碳物质的使用，有效地回收养分，减少温室气体排放和能源消耗，实现废水处理和生物质再利用，具有广阔的研究前景。利用微藻进行生物修复是减少废水污染的一种潜在途径。此外，藻类可用于生产高价值的生物产品。藻类-细菌联合处理工艺是一种有效去除化工企业废水中污染物的绿色技术，它有效利用厌氧菌及兼性菌，分解废水中的污染物。相比单一藻类或细菌系统，藻类-细菌共生系统更能充分利用营养物来去除废水中的污染物。废水处理过程可以形成藻类-细菌絮凝体，无须使用絮凝剂。藻类-细菌的共生不仅可以有效处理化工企业废水，还可以生产生物燃料、生物肥料和动物饲料。藻类具有抗污染能力，适应性强，可以作为生物吸附剂。目前，利用多种微生物对废水进行生物处理的研究已经相当多，但藻类-细菌联合的生物处理技术研究较少。利用微藻-细菌进行生物处理可以消除污染，同时产生的生物质可以转化为其他增值生物产品。因此，生物法是最有前途的工业废水处理方法，有助于发展循环经济。

3.2物化处理

所谓物化处理，就是借助于物化作用将工业废水中的污染物去除。就目前的工业废水紧急处理来看，吸附技术、离子交换技术、萃取技术以及膜分离技术等都属于物化处理技术。就目前的城市生活污水处理厂来看，在工业废水的紧急处理中，膜分离技术是比较常用的一种技术形式。该技术的主要原理是借助于膜的选择透过性来分离工业废水中的污染物，同时也可以对目标物质进行浓缩和提纯。作为一种多学科交叉组合而成的新型环保高效分离技术，膜分离技术在物理、化学以及生物性质上的优势有很多，该技术可以在不添加辅助剂、不发生相变化的基础上将工业废水中的大部分污染物去除。膜材料可以按照有机材料和无机材料进行划分，其中，有机膜包括聚氟聚合物膜、芳香族聚酰胺膜、醋酸纤维素膜等，这些膜材料均由有机高分子物质合成，选择性和过滤性都比较高；无机膜包括金属膜和陶瓷膜，相比较有机膜而言，其选择性和过滤性都比较低。而按照孔径、膜材料又可以分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜以及反渗透膜等。

结束语

Fo是一种用于废水处理的前景看好的新型膜技术。具体而言，fom br与MBR技术相结合，为废水中的有机物质、营养物质和微污染物的处置以及氮和磷资源的直接回收提供了巨大的潜力。随着循环经济和生物经济概念的出现，在无害环境和可持续利用资源方面取得成功的fo技术也将为膜材料开创一个新的兴趣周期。虽然有许多编辑方法大大提高了fo膜的加工性能，但实际市场份额仍然以CTA膜为主，膜材料并未取得根本性突破，仍有很大的改进馀地。此外，除了选择化学质量较好的膜材料外，fo薄膜支撑层内部厚度差极化是水流远低于理论值的主要原因，选择合适的支撑层制备方法和优化fo薄膜分离性能对长期发展具有重要意义。

参考文献

［1］任潇，王策，李咏梅．正渗透膜技术的研究与应用进展［Ｊ］．环境污染与防治，２０１８，４０（２）：２３０－２３５．

［2］郭豪，谢朝新，周宁玉，等．改性正向渗透膜研究进展综述［Ｊ］．当代化工，２０１７，４６（７）：１４６６－１４６９．

［3］李猛，姚宇健，张轩，等．薄层复合膜的纳米改性：设计、制备及应用［Ｊ］．化工进展，２０１９，３８（１）：３６５－３８１．

［4］朱卫军，王新华，李秀芬，等．正渗透膜生物反应器与反渗透耦合系统的运行性能研究［Ｊ］．膜科学与技术，２０１８，３８（０３）：１０４－１０９．

［5］段文松，李带，张方芳，等．正渗透膜生物反应器运行过程中溶质反渗对微生物群落的影响［Ｊ］．化工学报，２０１９，７０（５）：１９８１－１９９０．