膜技術(shù)在污水處理與回用領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛，逐漸成為污水再生利用的關(guān)鍵技術(shù)。本文重點介紹膜及膜集成工藝在污水深度處理方面的主要工藝類型，不同膜工藝的優(yōu)點和特點，工藝選擇的原則以及不同工藝典型案例分析等。
一、膜工藝類型及適用性
超濾/微濾膜是一種高精密過濾技術(shù)，在水處理方面其主要功能是實現(xiàn)懸浮物、細菌及顆粒性雜質(zhì)與水的分離達到水凈化效果，根據(jù)處理對象和處理目標不同，可以選擇不同的膜元件型式和膜過濾工藝，目前在污水深度處理與回用方面的應(yīng)用概括起來主要有三種類型：
(1) 外置正壓膜過濾工藝(CMF)：這種膜過濾形式是目前最為成熟和應(yīng)用最廣泛的一種過濾方式，它是在傳統(tǒng)膜過濾工藝的基礎(chǔ)上加入反洗、氣水雙洗、加藥強化清洗等膜污染控制手段后使膜過濾保持在高通量穩(wěn)定運行。目前該工藝已經(jīng)廣泛用于市政污水三級深度處理，地表水凈化，海水淡化預(yù)處理、工業(yè)用水處理等方面，CMF也是最常用的反滲透預(yù)處理技術(shù)，與反滲透組成的雙膜工藝(CMF+RO)是目前制備高品質(zhì)再生水以回用到生產(chǎn)過程的常規(guī)工藝。
(2) 膜生物反應(yīng)器(MBR)工藝是一種將膜浸沒于活性污泥混合液中的使用方式，其直接作用是泥水分離，間接作用是可以提高污泥濃度，有效截留各種微生物，具有強化有機物、氨氮的去除效果，減少占地面積。因此在用地緊張及高標準排放要求地區(qū)，或高氨氮廢水處理方面具有較大優(yōu)勢。MBR技術(shù)正以超乎想象的速度在污水處理領(lǐng)域拓展其應(yīng)用。
(3) 浸沒式負壓膜過濾工藝(SMF)：這種膜過濾技術(shù)是將膜組件浸沒在被處理的水中，采用重力流和負壓運行方式實現(xiàn)水的凈化過濾，其功能和處理對象與CMF基本相同，適用于污水深度處理回用，既有傳統(tǒng)工藝中水廠的提標擴容和自來水廠的升級改造。SMF技術(shù)在國際上也被稱為第四代膜技術(shù)。
二、不同工藝對比及選擇原則
污水處理達到某一標準可能存在多種途徑，工藝方案的選擇主要受以下幾種因素影響：
(1) 投資成本：考慮土地、設(shè)備和土建綜合投資成本，以達到同樣處理目標的前提下投資最低優(yōu)先為原則。
(2) 運行成本：主要考慮能耗、藥劑費及人工成本。
(3) 操作和維護簡單，工人勞動強度低。
不同膜工藝具有不同的特點，CMF\SMF工藝適合于處理二沉池以后相對清潔的水，MBR工藝中直接將膜放置在活性污泥中。
CMF工藝在膜法水處理中應(yīng)用最早，也最為成熟。模塊化組合設(shè)計靈活，適合從每小時數(shù)噸到每小時數(shù)千噸處理規(guī)模的水處理項目。系統(tǒng)運行簡單，操作維護方便，產(chǎn)水水質(zhì)高，可以與RO技術(shù)組成雙膜處理工藝，得到更高品質(zhì)的脫鹽水。
由于MBR工藝中膜設(shè)計通量較低，導(dǎo)致膜系統(tǒng)噸水投資大約是CMF/SMF的2倍左右，同時由于膜的工作環(huán)境污泥濃度高，通常需要連續(xù)曝氣吹掃膜絲以避免嚴重的污泥淤積，因此能耗相對高，運行成本高，而且直接與RO組成雙膜制造高品質(zhì)再生水有一定風(fēng)險而較少被采用，但是MBR對有機物和氨氮的高去除率適合于高標準排放水或雜用水處理。
SMF工藝的主要特點：
一是由于其特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計和負壓運行使能耗相對CMF更加減少能耗;
二是膜在膜池中的密集排布可使占地面積相對更小，控制相對簡單，更適合大型水處理工程;
三是由于其外部完全開放式的布局使得其對進水水質(zhì)波動的適應(yīng)性更強;
四是膜池除了新建，也可以利用既有的池子(如砂濾池)實現(xiàn)膜法改造，達到提升產(chǎn)水水質(zhì)、擴大產(chǎn)能、減少投資的效果;
五是可以和RO技術(shù)組成雙膜處理工藝，得到更高品質(zhì)的脫鹽水。
三、三種工藝典型應(yīng)用案例
1、工業(yè)污水再生水項目
國內(nèi)采用雙膜工藝實現(xiàn)工業(yè)廢水再生，由于工業(yè)企業(yè)受一次水用水指標的限制，為滿足生產(chǎn)需要，將混合污水通過集成工藝實現(xiàn)污水再利用。
原水：生活污水+煉鋼廢水+排污河水
處理規(guī)模：CMF72,000噸/天，RO50,000噸/天
系統(tǒng)運行時，微濾裝置、反滲透裝置均采用并聯(lián)運行的方式，微濾裝置的水的利用率設(shè)計不小于94%，微濾裝置出水污染指數(shù)(SDI)小于3。反滲透裝置產(chǎn)水回收率不小于75%，初期總脫鹽率不小于97%，三年后脫鹽率不小于95%。
傳統(tǒng)生化工藝處理后，污水經(jīng)絮凝沉淀，進入CMF系統(tǒng)處理，出水可直接回用于低端產(chǎn)品生產(chǎn)線，CMF后接RO除鹽后產(chǎn)水用于高端產(chǎn)品生產(chǎn)線的工藝用水。該項目由于進水為復(fù)雜的混合污水，水質(zhì)波動較大，需要根據(jù)水質(zhì)變化情況對膜系統(tǒng)及時維護清洗。全部的生產(chǎn)用水供給，總體狀況良好，實現(xiàn)了復(fù)雜水體的循環(huán)再利用。
2、MBR技術(shù)處理高氨氮味精廢水
味精廢水的特點是COD高，氨氮高。某味精企業(yè)，采用傳統(tǒng)工藝處理廢水難于達標，同時由于水資源短缺制約企業(yè)的發(fā)展。通過采用MBR技術(shù)很好的解決了這一問題。
原水COD在4000-5000mg/L，氨氮在180-400mg/L，經(jīng)過UASB后，出水COD可以控制在500mg/L以下，氨氮略有上升，主要是在厭氧階段產(chǎn)生了氨化反應(yīng)。
由于氨氮濃度高，設(shè)置缺氧段，目的實現(xiàn)脫氮，同時通過反硝化補充部分硝化過程的堿度消耗。
MBR系統(tǒng)對COD、NH4-N處理效果可以看出，進水氨氮濃度范圍195-420mg/L,出水氨氮可以控制在1mg/L以下。硝化效果非常理想。進水COD在390-700mg/L范圍波動，產(chǎn)水COD平均65mg/L。
理論上MBR所用膜過濾精度與CMF一樣，實際檢測MBR出水SS幾乎為零，但是基于以下原因，MBR出水一般并不直接進入RO：
(1) MBR工藝中膜所在溶液環(huán)境的污泥濃度通常7000-9000mg/L，生化池和膜池在室外，一旦大的機械雜質(zhì)進入造成膜破損會導(dǎo)致出水水質(zhì)下降，進而增加反滲透膜污染的風(fēng)險。
(2)由于產(chǎn)水總氮含量較高，產(chǎn)水管路中易滋生藻類，造成出水SDI保持在3以下有一定困難。因此在該項目中，在MBR之后采用CMF工藝作為RO預(yù)處理，脫鹽水回用于生產(chǎn)過程的循環(huán)冷卻用水。根據(jù)物料恒算，RO回收率控制在60%以內(nèi)，可以使各項排放水指標(包括RO濃水)達到《味精工業(yè)污染物排放標準》(GB1319431-2004)。這樣處理后，既達到了排放標準，又實現(xiàn)污水循環(huán)利用，節(jié)約了寶貴的水資源。
3、SMF工藝用于深度處理升級
采用絮凝沉淀加砂濾工藝處理污水二沉池出水，產(chǎn)水供工業(yè)和居住區(qū)作為中水使用，砂濾站的原有處理能力為3萬噸/天(6個砂濾池)。為提高中水水質(zhì)和供給量，擬采用SMF技術(shù)和設(shè)備對原有的砂濾工藝進行改造。為此進行了兩年多的SMF中式運行試驗，期間的試驗規(guī)模從2m3/h、12m3/h到70m3/h的24小時連續(xù)運行。試驗結(jié)果表明該工藝出水水質(zhì)好，運行穩(wěn)定可靠，測得的產(chǎn)水濁度﹤0.1NTU，SDI﹤3，細菌去除率>99.99%，全年噸水平均能耗不超過0.04度。
在充分試驗的基礎(chǔ)上，對原有砂濾站實施了膜法改造，將原有的4個砂濾池改造成膜過濾池，利用砂濾站三分之二的構(gòu)筑物(處理能力2萬噸/天)擴容到5.3萬噸/天的規(guī)模，單池處理能力就達到1.3萬噸/天，產(chǎn)水水質(zhì)較砂濾工藝大幅度提升，部分產(chǎn)水進入RO，得到1.2萬噸/天的脫鹽水，經(jīng)勾兌后做冷卻循環(huán)水使用，可充分滿足對生產(chǎn)用水的需求，同時也停止過去使用海河水作為生產(chǎn)工藝用水源，最大限度地減少對地表水資源的占用。
隨著社會的發(fā)展和技術(shù)進步，膜技術(shù)的應(yīng)用已日益普及，膜及其集成技術(shù)的應(yīng)用規(guī)模也不斷擴大，應(yīng)用技術(shù)水平也迅速提高。不同的膜應(yīng)用技術(shù)和膜產(chǎn)品各有其特點，適用的條件和環(huán)境，要根據(jù)具體情況加以選擇。以科學(xué)的態(tài)度來認識不同的膜應(yīng)用工藝在水處理中的作用，不能僅從各自所長和狹隘商業(yè)利益的角度片面夸大或貶低某種膜技術(shù)的作用和價值，這樣做既不利于膜技術(shù)的發(fā)展，同時對用戶來說也會因為被誤導(dǎo)而導(dǎo)致錯誤的選擇，造成社會資源的浪費。
