環(huán)境工程水處理中超濾膜技術(shù)的應(yīng)用

楊佳

中國(guó)市政工程?hào)|北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，中國(guó)·吉林 長(zhǎng)春 130000

環(huán)境工程；水處理；超濾膜技術(shù)

1 引言

超濾膜技術(shù)是一種利用膜兩側(cè)壓力，將膠體、微粒以及細(xì)菌碟等大粒子與水分離，從而完成水篩分與水凈化的技術(shù)。與其他傳統(tǒng)水處理技術(shù)相比，超濾膜技術(shù)的凈化精度要更高，因而水體質(zhì)量更有保證。下面就該項(xiàng)水處理技術(shù)的原理以及特征做簡(jiǎn)要分析。

2 超濾膜技術(shù)的原理與操作方式

2.1 超濾膜技術(shù)原理

從本質(zhì)上來(lái)講，超濾膜技術(shù)主要是一種篩孔分離技術(shù)，以篩分、分離的方式去除水體中的雜質(zhì)，讓水體恢復(fù)清澈。如在應(yīng)用超濾膜技術(shù)對(duì)水體進(jìn)行處理時(shí)，主要是通過一定的壓力讓水體流向多孔膜表面，之后再利用多孔膜進(jìn)行物理截留，讓小粒子原液流向低壓側(cè)，大粒子被聚合在超濾膜表面，如圖1所示。在對(duì)污水進(jìn)行處理時(shí)，由驅(qū)動(dòng)設(shè)備中產(chǎn)生的壓力對(duì)水資源進(jìn)行施壓，讓水資源中的大分子化合物與與液體物質(zhì)在壓力作用下分離，從而達(dá)到水處理、水凈化目的。在當(dāng)前的水處理作業(yè)中，驅(qū)動(dòng)裝置操作靜壓差一般為0.1～0.5MPa，超濾膜膜孔徑為2～50μm，滿足分離水體中微生物、大分子化合物以及稀釋溶液、膠體的需求[1]。

圖1 超濾膜過濾原理圖

當(dāng)前，超濾膜處理廢水的方式有以下三種：一篩分。在對(duì)污水進(jìn)行處理時(shí)，污水中與超濾膜截留孔徑相當(dāng)?shù)姆肿右约邦w粒會(huì)被直接篩分出來(lái)。二是吸附。污水中的分子、顆粒與超濾膜之間存在靜電引力、氫鍵作用或是范德華力，這部分顆粒與分子就會(huì)被濾膜吸附截留下來(lái)。三是架橋。當(dāng)水體中的分子、顆粒之間存在某種相互作用，或是因?yàn)橄嗷頂D而形成一個(gè)整體，就會(huì)被濾膜截留下來(lái)。

2.2 超濾膜水處理操作方式

在應(yīng)用超濾膜基礎(chǔ)處理污水廢水時(shí)，常見以下幾種操作方式。

一是按照超濾膜進(jìn)水的流動(dòng)方向，將超濾膜處理分為外壓式處理與內(nèi)壓式處理。其中，外壓式過濾是通過壓力裝置的作用，讓空中纖維膜在內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)壓，隨之產(chǎn)生內(nèi)外壓差。當(dāng)內(nèi)外壓差產(chǎn)生后，原液會(huì)順著超濾膜外側(cè)進(jìn)入內(nèi)腔，在這一進(jìn)入過程中，原液中雜質(zhì)、有機(jī)物被吸附、篩分截留，只有經(jīng)過處理后的水體進(jìn)入腔內(nèi)。而內(nèi)壓式過濾則主要是通過壓力裝置向超濾膜施加壓力，讓中空纖維膜外部壓力小于內(nèi)部壓力，形成跨膜壓差。在跨膜壓差的作用下，原液由內(nèi)側(cè)流向外出，原液中的雜質(zhì)、污染物同樣在這一過程中被分離，中空纖維膜外側(cè)只收集到經(jīng)過處理后的水體[2]。具體過濾原理以及過程如圖2所示。

圖2 中空纖維膜過濾圖示

二是按照原液流動(dòng)方向以及超濾膜壓力，將超濾膜處理分為錯(cuò)流過濾與死端過濾兩種方法。其中，錯(cuò)流過濾方式只適用于原液流動(dòng)方向與壓力方向相同的情況。當(dāng)兩者的方向相同時(shí)，原液在流過超濾膜過程中，部分原液將透過膜，而部分原液不透過膜。在此情形下，原液中的雜質(zhì)將被分離出來(lái)。而死端分離主要是指當(dāng)超濾膜的施加壓力方向與原料液流動(dòng)方向一致時(shí)，原液被強(qiáng)制通過膜，在原液通過過程中膜發(fā)揮作用將雜質(zhì)截留下來(lái)，當(dāng)經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間累積后，濾餅層會(huì)逐漸加厚，超濾膜滲透性變差，出水產(chǎn)量也隨之減少。

3 環(huán)境工程水處理中超濾膜技術(shù)的應(yīng)用

3.1 應(yīng)用超濾膜技術(shù)處理化工廢水

近年來(lái)中國(guó)化工制造規(guī)模不斷擴(kuò)大，化工生產(chǎn)的電鍍廢水也不斷增多，如何對(duì)電鍍廢水進(jìn)行排放與處理是當(dāng)前化工企業(yè)面臨的一大難題。研究表明，化工廢水中含有多種有毒有害物質(zhì)，如鋅、銅、鐵、鎳等重金屬在不經(jīng)專業(yè)處理就直接排放的情況下，會(huì)對(duì)自然界中土壤、水體造成污染，導(dǎo)致土壤質(zhì)量、水資源質(zhì)量下降。而土壤以及水源又與動(dòng)物、植物以及人類的生活息息相關(guān)，在土壤與水源受到污染的情況，動(dòng)物、植物以及人體健康都會(huì)受到影響。因此在對(duì)化工廢水進(jìn)行排放前，先通過專業(yè)處理手段將廢水中的有毒有害物質(zhì)進(jìn)行分離是十分有必要的。在傳統(tǒng)技術(shù)手段下，最為常用的化工廢水處理技術(shù)為反滲透技術(shù)。這種技術(shù)雖能起到一定的水質(zhì)凈化作用，但無(wú)法對(duì)廢水中的微粒、細(xì)菌以及有機(jī)物進(jìn)行排除，因而經(jīng)過反滲透技術(shù)處理后的電鍍廢水其污染性、危害性依舊較高。但在當(dāng)前的技術(shù)手段下，化工企業(yè)可應(yīng)用超濾膜技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電鍍廢水的深度處理。在廢水處理體區(qū)域設(shè)置超濾膜水處理體系，通過驅(qū)動(dòng)設(shè)備對(duì)電鍍廢水進(jìn)行施壓，讓廢水中的大分子化合物與與液體物質(zhì)在壓力作用下分離，從而達(dá)到水處理、水凈化目的[3]。

3.2 應(yīng)用超濾膜技術(shù)處理生活用水

來(lái)自于城市、農(nóng)村的生活污水中也含有很多污染物。并且生活污水除了有刺鼻氣味，還攜帶有大量致病細(xì)菌。有研究表明，城市生活污水在地面徑流過程中，會(huì)攜帶大量病毒、病原微生物，這些細(xì)菌不僅繁殖速度快而且抗藥性非常輕，具有很大的危險(xiǎn)性。因此，為保障環(huán)境與人體健康安全，就需要利用超濾膜技術(shù)對(duì)生活污水進(jìn)行處理。

在應(yīng)用超濾膜技術(shù)處理生活污水時(shí)，首先要大致檢測(cè)出水體受污染程度，之后根據(jù)具體的污染等級(jí)制定處理方案，以提升水處理的針對(duì)性、有效性。如果水體受污染程度相對(duì)較低，那么就可直接利用濾膜進(jìn)行篩分分離，讓水質(zhì)恢復(fù)良好狀態(tài)。處理時(shí)，先用215mg/L 和677mg/L 之間的濃度的雙色溶液處理超濾膜，將水力作用時(shí)間設(shè)定為為12h。在經(jīng)過處理后，廢水中的氨氮值會(huì)降至最低標(biāo)準(zhǔn)，過濾率超過92%，過濾水的pH 值控制在中性范圍內(nèi)。但如果水體被污染的較為嚴(yán)重，就需將超濾膜技術(shù)與其他的水處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合，以此保證最終的處理質(zhì)量。如對(duì)于污染嚴(yán)重的水體，水處理單位可先運(yùn)用微濾活性炭、顆粒活性炭將污水中的固體垃圾、糞便以及部分有機(jī)物吸附分離出來(lái)，讓水體相對(duì)清澈后再利用活性污泥超濾耦合以及膜生物反應(yīng)器進(jìn)一步處理污水中的細(xì)菌、病原污染物以及膠體等，最大程度減少水體中的有毒有害物質(zhì)，確保水體以及城市環(huán)境安全[4]。

3.3 應(yīng)用超濾膜技術(shù)處理食品廢水

在食品生產(chǎn)過程中也會(huì)產(chǎn)生大量廢水，這部分廢水在不經(jīng)凈化處理的情況下直接排放到自然界，同樣會(huì)對(duì)土壤、河流等造成污染與破壞。如食品發(fā)酵過程中會(huì)產(chǎn)生一系列細(xì)菌、乳糖、酵母等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)隨著工業(yè)污水或降雨流入到河流、湖泊中，會(huì)導(dǎo)致合理、湖泊中的水體受到污染，水環(huán)境發(fā)生改變，從而造成水生物死亡等。因此對(duì)于食品生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的一系列廢水，我們可以應(yīng)用超濾膜技術(shù)將廢水中的雜質(zhì)、有害物質(zhì)去除，再對(duì)水資源進(jìn)行回收利用，從而達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。在應(yīng)用超濾膜技術(shù)對(duì)食品廢水、含油廢水進(jìn)行處理時(shí)，主要是以壓力滲透的方式，一層層清除含油廢水中的雜質(zhì)，并有效減少水污染而導(dǎo)致的環(huán)境問題。

4 環(huán)境工程水處理中超濾膜技術(shù)優(yōu)劣勢(shì)分析

4.1 超濾膜技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

相較于傳統(tǒng)的過濾分離技術(shù)，超濾膜技術(shù)更具優(yōu)勢(shì)。具體如：超濾膜技術(shù)的分離效率高，在外部條件適宜良好的情況下（主要指溫度、酸性以及腐蝕性）超濾膜技術(shù)對(duì)大粒子的截留率能達(dá)到90%以上，因而經(jīng)過超濾膜技術(shù)處理后的水體質(zhì)量有保證。其次是超濾膜技術(shù)操作簡(jiǎn)單、裝置少，使用起來(lái)比較靈活方便。此外，超濾膜技術(shù)的環(huán)保性能也相對(duì)較好，在處理污水時(shí)，不需要添加化學(xué)試劑，也不用進(jìn)行加熱操作，因而不會(huì)對(duì)水體以及周邊環(huán)境造成污染。同時(shí)也正因?yàn)槌瑸V膜技術(shù)裝置簡(jiǎn)單、操作方便，處理流程比較精簡(jiǎn)，因此該項(xiàng)技術(shù)的水處理成本低，經(jīng)濟(jì)效益比較良好[5]。

4.2 超濾膜技術(shù)缺陷

盡管超濾膜技術(shù)在生活污水、工業(yè)廢水等各類水處理作業(yè)中具有很大優(yōu)勢(shì)，但是該項(xiàng)技術(shù)也不可避免的存在一些缺陷。因此操作起來(lái)比較復(fù)雜，技術(shù)難度較高。此外，在應(yīng)用超濾膜技術(shù)進(jìn)行水處理時(shí)，膜表面有時(shí)會(huì)受到嚴(yán)重污染而導(dǎo)致整個(gè)水處理工作無(wú)法正常進(jìn)行。由于污水中含有較多的大分子物質(zhì)、膠體微粒以及一系列顆粒物，這些物質(zhì)在與過濾膜接觸后，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的物理化學(xué)作用，導(dǎo)致顆粒、膠體微粒被吸附在過濾膜上，并在超濾膜表面或孔內(nèi)進(jìn)行沉淀，從而導(dǎo)致?？鬃冃∩踔磷枞尦瑸V膜過濾性能大大降低[6]。

4.3 超濾膜污染問題具體探析

在應(yīng)用超濾膜處理技術(shù)對(duì)各類污水、廢水進(jìn)行處理時(shí)，膜污染問題是不能忽視的一個(gè)大問題。實(shí)踐表明，在應(yīng)用超濾膜技術(shù)處理污水、廢水時(shí)，水資源中的微生物、有機(jī)物、無(wú)機(jī)物以及膠體顆粒、懸浮顆粒會(huì)對(duì)膜產(chǎn)生污染，使膜的過濾性能受到影響。而當(dāng)濾膜受到污染后，濾膜的過濾、截留作用隨之降低，水處理效果變差，水質(zhì)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)還會(huì)加大工藝維護(hù)費(fèi)用，導(dǎo)致水處理成本增高。相關(guān)研究表明，污水中會(huì)對(duì)超濾膜產(chǎn)生污染的主要物質(zhì)有：懸浮顆粒、膠體顆粒、無(wú)機(jī)物、有機(jī)物、微生物等，其中，天然有機(jī)物是致使超濾膜污染的最主要原因。由于膜污染會(huì)對(duì)整個(gè)水處理工藝產(chǎn)生很大影響，因此在具體操作過程中必須對(duì)這一問題引起重視。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，超濾膜技術(shù)具有操作簡(jiǎn)便、適用范圍廣、水處理能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代環(huán)境工程中發(fā)揮著重要作用。在生活污水、工業(yè)污水等不斷增多，生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化的新背景下，應(yīng)不斷推進(jìn)對(duì)超濾膜技術(shù)的研究與應(yīng)用。相關(guān)部門要能根據(jù)水處理需求不斷優(yōu)化處理工藝，提升技術(shù)水平，彌補(bǔ)超濾膜污染缺陷，讓超濾膜技術(shù)更好地服務(wù)于水處理工作。