水處理過程中超濾膜技術的研究

馬志軍

摘? 要：當前，我國水污染問題嚴重，如何做好水處理工作顯得尤為重要。隨著新技術、新工藝、新材料不斷涌入水污染控制領域，超濾膜技術以其出水水質(zhì)好、過濾面積大、安裝操作便捷等優(yōu)勢得到了廣泛應用與推廣。為此，該文在充分掌握超濾膜技術原理的基礎上，以水質(zhì)富營養(yǎng)化情況為研究對象，對超濾膜處理含藻水的實際應用進行了分析與探討，以期全面提升水處理效果。

關鍵詞：水處理;富營養(yǎng)化;超濾膜技術

中圖分類號：TM561? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

作為一種稀缺的自然資源，水是力量之源，是維持社會發(fā)展、人類生存的必備物質(zhì)條件。對人體生理代謝與健康狀況而言，水是主要物質(zhì)基礎，飲用水水質(zhì)是否良好，與人們的身體健康息息相關。隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)迅速增長，用水量也隨之不斷增長，廢污水排放量越來越多，導致大量湖泊、河流等都受到了嚴重污染，促使我國水資源愈加緊缺。21世紀以來，水資源短缺已成為制約社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的關鍵因素。水體污染必定會對人體健康產(chǎn)生危害，甚至危及生命，據(jù)相關資料顯示，飲用水污染產(chǎn)生的疾病已成為發(fā)展中國家的主要疾病根源，常見病包括腸道傳染病、化學性污染物中毒、慢性中毒、癌癥等。基于此，為保證人體健康，必須重視水處理工作。超濾膜技術是一種新型的固液分離單元操作技術，可將水內(nèi)濁度、臭味、色度等有效去除。相比其他處理技術，超濾膜技術能夠更好地適應不同水質(zhì)，去污范圍更大，且極易操作，目前在我國水處理工作中得到了廣泛應用。

1 超濾膜技術原理

我國地大物博，水資源分布不均，目前，16個省（區(qū)、市）人均水資源量在嚴重缺水線范圍以下，水資源緊缺現(xiàn)象仍較為嚴重。與此同時，還存在普遍的地表水資源污染問題，常規(guī)給水處理工藝已無法滿足現(xiàn)代飲用水水質(zhì)標準要求，如何做好水處理工作顯得尤為重要。

當前，膜處理技術是應用最廣的水處理方法，超濾是膜處理技術之一，其驅(qū)動力為膜兩側(cè)壓力差，過濾介質(zhì)為超濾膜，在一定壓力作用下，當膜表面有原液流過時，僅有小分子物質(zhì)可從超濾膜表面密密麻麻的細小微孔內(nèi)通過，且被稱為透過液;原液內(nèi)比膜表面微孔徑大的物質(zhì)，則會在膜進液側(cè)被截留，被稱為濃縮液，從而實現(xiàn)水質(zhì)凈化效果。膜的厚度極小，僅為幾微米，在動態(tài)條件下，超濾膜可將大部分雜物有效截留，象細菌、大分子化合物等，可將水體內(nèi)有害物質(zhì)去除，已成為當前水凈化處理的重要技術。

2 水富營養(yǎng)化的原因

20世紀80年代，“富營養(yǎng)化”這一專業(yè)術語在水處理工作中得以廣泛使用，富營養(yǎng)化是指在湖泊、河口等緩流水體內(nèi)大量流入生物所需營養(yǎng)物質(zhì)，如氮、磷、鉀等，從而導致藻類、浮游生物繁殖速度加快、數(shù)量劇增，降低水體溶氧量，導致魚類等生物死亡率迅速增加。

某水庫從“貧養(yǎng)-中養(yǎng)-富養(yǎng)”歷時多年，現(xiàn)階段，該水庫仍是城市用水的主要來源，但富營養(yǎng)化問題較為突出。其特征表現(xiàn)為藻類大量繁殖，特別是夏季更甚。藻類繁殖量大將帶來諸多危害，筆者以4點概述。

（1）富營養(yǎng)化對水pH值影響較大，清澈的河水變得渾濁，加大水處理難度。

（2）水味道改變，甚至產(chǎn)生惡臭氣味，影響周邊生活人群身體健康。

（3）水處理消毒、混凝效果有限，污泥量增多，將會嚴重腐蝕管道，減短管道使用壽命。

（4）藻類繁殖量大，將會產(chǎn)生大量藻類毒素、三鹵甲烷等，飲用水是否安全成為問題。

為制約水內(nèi)藻類繁殖，減輕或消除水富營養(yǎng)化，必須根據(jù)實際情況，合理選擇處理措施。隨著水污染問題嚴重化，我國各大湖泊、水庫富營養(yǎng)化加劇。水體富營養(yǎng)化，將會對水域生態(tài)環(huán)境造成嚴重破壞，還會影響水質(zhì)各項指標值，尤其是大量藻類繁殖，將對飲用水水質(zhì)造成嚴重影響。現(xiàn)階段，我國大多數(shù)水廠選用的常規(guī)凈水工藝為“混凝—沉淀—過濾—氯消毒”。為提高水源內(nèi)藻細胞凈化性能，一般都會增加混凝劑、氯等材料的用量，這種情況下，將大幅增加生產(chǎn)成本，且會影響去除藻類的能力，甚至會出現(xiàn)二次污染問題，無法保證供水質(zhì)量?；诖耍鶕?jù)水廠實際情況，結(jié)合水庫藻類發(fā)生特點，決定選擇超濾膜處理技術，這種技術效率高、節(jié)能環(huán)保、且便于操作，因此，對超濾膜處理含藻水進行研究具有重要的現(xiàn)實意義。

3 超濾膜處理含藻水的應用

超濾膜技術是一種應用效果良好的水處理方法，目前，在我國各大湖泊、水庫水污染治理中得到了廣泛應用。針對本水庫富營養(yǎng)化問題，尤其是藻水泛濫情況，超濾膜處理技術具有不錯的效果。為此，該文針對水庫富營養(yǎng)化中藻水問題，選用超濾膜進行處理，通過分析可見，在去除藻細胞、藻的胞外分泌物方面效果顯著，同時，通過膜清洗，可避免膜污染問題出現(xiàn)，增強去除效果。

3.1 去除藻細胞的效果

根據(jù)當前研究現(xiàn)狀表明，淡水藻類中，可分為藍藻門、紅藻門等11門，見表1。藻類不同，個體細胞大小、形態(tài)也不盡相同。以該水庫來講，藍藻最多，尤其是銅綠微囊藻，作為一種單細胞生物，此藻類為絲狀、非絲狀群體，個體細胞呈現(xiàn)形態(tài)多為球形、絲狀，且為藍綠色，Φ3 μm～7 μm。

在微濾與納濾之間的一種膜被稱為超濾，3 nm～100 nm為孔徑平均范圍，與銅綠微囊藻直徑相比，該濾膜孔徑較低。由理論上來看，藻細胞可完全被截留出去，且具有良好效果。

3.2 去除藻的胞外分泌物效果

在處理含藻水時，不僅要去除藻細胞，在藻類產(chǎn)生過程中，各個階段都會將不同類型的有機物質(zhì)釋放至周邊環(huán)境，這種物質(zhì)被叫做藻的胞外分泌物。以銅綠微囊藻為研究對象，碳水化合物、蛋白質(zhì)、核酸等均屬于藻的胞外分泌物。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，特殊條件除外，碳水化合物類物質(zhì)在藻細胞的胞外分泌物比例高達80%以上。藻毒素作為藻的胞外分泌物之一，藻毒素MC-LR的截留分子量僅在900～110，但于淡水藍藻危害來講，卻是當前毒性最大的毒素。據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標準》要求可知，在我國藻毒素MC-LR最高濃度需控制在每升1.0 μg。

因作用機理不同，針對此類溶解性有機物，超濾膜均可去除。相較之下，分子量較大的藻的胞外分泌物為碳水化合物，可利用超濾膜截留功能去除。分子量分布最廣的藻的胞外分泌物為蛋白質(zhì)，針對這種分泌物，需要采取結(jié)合法處理，在超濾膜截留處理后，可利用化合鍵將原水內(nèi)少數(shù)蛋白質(zhì)吸附至膜表面，以此獲得良好的去除功效。針對分子較小的藻毒素，需與其濃度、親疏水性等條件相結(jié)合，了解去除效果。經(jīng)分析，在超濾膜前期，因疏水反應作用，根據(jù)吸附作用可實現(xiàn)藻毒素去除，待吸附平衡之后，在污染影響下，膜孔徑逐步減小，利用截留作用，超濾膜可將部分藻毒素去除。整體來講，在去除溶解性有機物中，超濾膜效果不太理想，較為一般。為此，在水富營養(yǎng)化處理中，選用超濾膜技術，必須結(jié)合混凝、預氧化等預處理技術，才能提升有機物去除效果。

經(jīng)研究表明，在含藻水超濾膜預處理中，可選擇高錳酸鹽、氯化鋁等，結(jié)合實際情況，兩類投加量分別，見表2，通過上述兩類工藝處理，能促使藻細胞活性消失，且不會破壞細胞壁，以此減少超濾膜跨膜壓差，避免膜污染問題出現(xiàn)，此外還能增強去除效果。

4 超濾膜清洗

微粒、膠體離子及溶質(zhì)分子等均屬于富營養(yǎng)化水體內(nèi)物質(zhì)，在超濾膜處理中，此類物質(zhì)與超濾膜會產(chǎn)生一系列物理、化學作用，在膜表面、膜孔內(nèi)均會有大量物質(zhì)被吸附或沉淀，在這種情況下，極易堵塞膜孔，或出現(xiàn)孔徑縮小等情況，甚至產(chǎn)生膜污染。此時，將大大減少超濾膜通量，改變膜分離特性，或影響膜使用壽命。目前，在超濾膜含藻水處理中，膜污染問題已成為急需解決的問題。一般情況下，可選擇定期反洗、低通量運行等方法控制膜污染。但針對其中不可逆的污染，仍需采取化學清洗法進行處理。據(jù)研究表明，在恢復膜通量中，相比NaOH（0.025 mol）溶液，NaCIO（100×10-6）溶液清洗效果更好。原因在于NaCIO氧化性較強，可使污染物連接膜之間的化學鍵斷裂，以此獲取良好清洗效果。

5 結(jié)語

綜上所述，水是生態(tài)、環(huán)境與社會發(fā)展的重要構(gòu)成因素。我國擁有960萬km2，地域遼闊，然而卻面臨著水資源嚴重短缺的局面，水資源不足將對人們的生產(chǎn)、生活用水帶來極大的影響，甚至危害國民經(jīng)濟的健康發(fā)展，促使生態(tài)環(huán)境日益惡化。隨著社會的不斷進步，人們已經(jīng)充分意識到水資源的重要性，提出了可持續(xù)發(fā)展觀，強調(diào)人與自然和諧相處、共同發(fā)展。在水資源短缺的背景下，如何做好水處理工作，如何充分發(fā)揮水資源的應用價值，成了人們關注的焦點。超濾膜技術作為水處理的主要方式，通過超濾膜技術的合理應用，可解決水富營養(yǎng)化問題，去除藻細胞及藻的胞外分泌物效果，保證飲用水安全。

參考文獻

[1]章君，姚杭永.環(huán)保工程水處理的超濾膜技術應用研究[J].智能城市，2019（1）：52-53.

[2]李志國，臧新宇.淺談超濾膜技術在環(huán)境工程水處理中的應用[J]. 科技創(chuàng)新與應用，2013（23）：154.

[3]張峰.環(huán)保工程水處理過程中超濾膜技術的運用[J].中國新技術新產(chǎn)品，2018（17）：19-20.