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膜分离技术在污水回用中的应用

徐平谢春玲贾世荣
(美国海德能公司上海代表处上海200001)

摘要：本文介绍膜技术在污水回用领域中的应用。超滤和微滤用于除浊；反渗透和纳滤用于脱盐。膜集成技术使污水实现再资源化。文中举例说明了膜分离技术优势，以及在国内外市政污水回用的实际应用概况。
关键词：膜分离污水回用超滤反渗透纳滤

(,,200001)

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1前言
据统计，我国人均水资源占有量仅相当于世界人均水资源占有量的1／4，在全国600多个城市中有400多个存在供水不足问题，2003年缺水比较严重的城市达到一五7个，全国城市缺水年总量达60亿立方米。近年来，随着经济和社会的发展，污染物排放量也在逐年增加。2003年，全国工业和城镇生活废水排放总量为460亿吨。全国城市污水排放量348.9亿m3，污水处理率只有42.2%。按“十五”计划要求：2005年，城市污水集中处理率要达到45%。[1]

据专家测算，如果以城市供水量为基准值100%计算，仅采取节水方式可以将用水效率提高到120%，而采用节水与水再生利用方式可使用水效率提高到一八0%。因此，可行的节水、水回用和水循环利用方案，可大大提高用水效率。目前我国污水再生利用进展缓慢，只有少数几个缺水城市建设了规模较小的再生水回用设施。同步规划和建设污水再生利用设施，实现由单一的污水处理达标排放向污水综合利用转变，是缓解城市水资源短缺的重要措施。以北京为例，到2008奥运年，北京市城市污水处理率的目标是由目前的56%提高到90%以上，再生水回用规模将由目前的排水量的1%提高到50%左右。[2]
通过对城市污水厂二级处理的出水进行深度处理，回用为工业冷却水，工艺用水，浇灌水，或消防用水等，污水实现再资源化，使城市循环经济理念中的水环网构成水生态良性循环[3]。
在污水回用领域中，超滤/微滤与反渗透/纳滤的集成技术以其高效除浊和除盐能力的有机结合，以其占地面积小、对环境污染少、自动化程度高、适用范围广的优势，以其规模化生产带来的成本的不断下降，以其可靠的应用技术和经验正逐渐在国内得以推广应用。

2膜分离技术基础和发展
2．1超滤和微滤技术基础和发展
膜的分离谱图请见图1。超滤和微滤用于去除细微颗粒物。超滤膜对水中的颗粒物的去除率，跟超滤膜分离层本身的孔径有关。通常超滤膜的分离精度在5~50，即0.005~0.05µm；而微滤膜的分离精度通常为0.1μm以上。在一般的地表水处理应用中，通常选择截留分子量是10~20万道尔顿，对应截留精度在10~30的超滤膜，因为这一范围的超滤膜能完全除去水中的病毒。
超滤和微滤采用表面过滤机理，象一个细筛。膜表面的孔径大小一致，流道均匀。比膜表面孔径大的颗粒物被截住，留在膜的给水/浓水侧。小颗粒随着液体透过膜。这种选择性透过功能使得超滤膜非常适用于那些对过滤水质有严格要求的场合。如果膜表面完整性良好，去除效果可以得到保证。除此之外，超滤技术比传统过滤还有结构紧凑（节省占地33%）、自动化程度高（可实际无人操作）、化学药品用量少（节省投资、废液排放少）等优点。

图1按孔径分类的分离膜谱图
上个世纪70年代用于水处理的超滤膜以聚砜材料为主。90年代随着应用领域的不断拓宽，对超（微）滤膜的机械强度、抗污染能力、化学稳定性、渗透性能和清洗恢复性等方面要求也提高，促成了超微滤膜技术的发展和多样性。目前，超（微）滤膜材料主要为聚醚砜（）、聚偏氟乙烯（）、聚砜（）、（聚丙烯腈）、聚氯乙烯（）等；膜结构形式有中空丝、管式、卷式和平板等几种；膜组件的形式分为加压（外置式）和负压（浸没式或内置式）两大类。
目前，超滤和微滤技术在国内已成功应用于电力、石化、冶金、造纸、啤酒饮料、市政等行业和领域。而据统计及预测，全球范围内超滤和微滤市场在本世纪以来更是步入高速成长期，预计2005年增长率可高达60~80%。
2．2反渗透和纳滤技术基础和发展
反渗透膜和纳滤膜用于各类脱盐。反渗透脱盐率(以计)>99%，海水淡化反渗透膜脱盐率可高达99.8%；而纳滤膜脱盐率通常不超过90%。膜的选择透过性与组分在膜中的溶解、吸附和扩散有关。一般来说，反渗透分离过程中化学因素（膜及其表面特性）起主导作用。60年代初的膜材料为醋酸纤维素，80年代芳香族聚酰胺复合膜问世，逐渐成为主导膜材料。在水处理应用中，反渗透膜和纳滤膜的结构形式以卷式和中空纤维式为主，板式和管式仅用于特殊浓缩分离处理。
反渗透和纳滤主要应用领域有海水和苦咸水淡化、纯水和超纯水制备、工业用水处理、饮用水净化等等。目前世界上反渗透海水淡化厂总产水能力已达200万吨/天。在我国，反渗透和纳滤膜已广泛用于海水淡化、锅