超濾膜技術(shù)在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用

杜長(zhǎng)凱 謝小琛(一汽-大眾汽車(chē)有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130013)

0 引言

目前，由于人們生活水平的提高，一定程度上促使了其用水需求的增加，因而在水資源污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻的情況下，加大水資源的利用率，運(yùn)用科學(xué)有效的方式來(lái)減少水資源污染，是當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)?，F(xiàn)階段，水處理工程的開(kāi)展，受到整個(gè)社會(huì)的高度重視，是城市生活、發(fā)展中必不可缺的重要環(huán)節(jié)。一般情況下，在城市的發(fā)展過(guò)程中需要配套水處理工程的建設(shè)，而采用各種先進(jìn)的水處理技術(shù)，改善城市的水環(huán)境，進(jìn)而對(duì)其他系統(tǒng)的建設(shè)以及城市的發(fā)展具有重大的意義。其中，超濾膜技術(shù)作為一種先進(jìn)的水處理技術(shù)，主要采用對(duì)水資源中的污染物進(jìn)行篩分過(guò)濾的方式來(lái)達(dá)到凈化的目的。超濾膜技術(shù)在水處理領(lǐng)域中的運(yùn)用范圍較廣，例如在飲用水凈化、工業(yè)廢水處理、海水淡化及城市生活用水處理等方面均有涉及。因此，加強(qiáng)對(duì)超濾膜技術(shù)應(yīng)用的分析，能夠更好地促進(jìn)水環(huán)境的建設(shè)，進(jìn)而促進(jìn)城市整體環(huán)境系統(tǒng)的發(fā)展，推動(dòng)我國(guó)環(huán)保事業(yè)的順利開(kāi)展與進(jìn)步[1]。

1 超濾膜技術(shù)概述

1.1 超濾膜技術(shù)原理

超濾膜技術(shù)是一種以分子篩過(guò)濾為基礎(chǔ)操作、以壓力差為主要推動(dòng)力的隔膜分離技術(shù)，其主要原理是在濾膜兩側(cè)設(shè)施微小的壓力差，從而為水分子透過(guò)濾膜上面細(xì)小的孔徑提供動(dòng)力，進(jìn)而將雜質(zhì)阻隔在濾膜的另一側(cè)(如圖1所示)，以此保障處理后水的潔凈性[2]。一般情況下，超濾膜根據(jù)進(jìn)水方式的不同分為內(nèi)壓式超濾膜與外壓式超濾膜兩種：內(nèi)壓式超濾膜技術(shù)是先將污水注入到中空纖維內(nèi)部，再經(jīng)過(guò)壓力差的推動(dòng)，使得水分子滲透出膜而雜質(zhì)保留在中空纖維內(nèi)部；外壓式超濾膜技術(shù)與內(nèi)壓式相反，經(jīng)過(guò)壓力推動(dòng)后，水分子滲透至中空纖維內(nèi)部而其他雜質(zhì)被阻隔。在超濾膜技術(shù)的使用過(guò)程中，超濾膜發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。超濾膜主要由聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯等材料制成，這些材料的特性決定了超濾膜性能特征。在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，相關(guān)工作人員需要充分考慮溫度、操作壓力、出水量、凈水效果等因素，來(lái)最大程度發(fā)揮超濾膜技術(shù)的最大效用，以此實(shí)現(xiàn)節(jié)約水資源循環(huán)利用。

圖1 超濾膜過(guò)濾原理圖

1.2 超濾膜技術(shù)特點(diǎn)

相對(duì)于傳統(tǒng)的水處理技術(shù)而言，超濾膜技術(shù)擁有以下四個(gè)特征及優(yōu)點(diǎn)：一是超濾膜技術(shù)具有相對(duì)優(yōu)異的平穩(wěn)性且耐高溫性能強(qiáng)，同時(shí)具有相對(duì)較少的化學(xué)敏感物；二是經(jīng)過(guò)超濾膜技術(shù)處理的其他水類(lèi)微生物在脫離水以后的安全性能較強(qiáng)；三是不需要在處理過(guò)程中增加混凝劑輔助運(yùn)作，對(duì)懸浮物去除率較高，出水的清澈度較高；四是超濾膜技術(shù)在一定成本范圍內(nèi)具有較高的運(yùn)用效率。

1.3 常見(jiàn)的超濾膜技術(shù)

1.3.1 雙膜凈水處理技術(shù)

雙模凈水處理技術(shù)主要運(yùn)用于我國(guó)沿海地區(qū)，用于處理含鹽量較高的水質(zhì)或者我國(guó)水資源污染較為嚴(yán)重的地區(qū)。這一技術(shù)的實(shí)施，能夠有效改善水資源硬度相對(duì)較大問(wèn)題。該技術(shù)有效結(jié)合了超濾、反滲透等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了由超濾裝置進(jìn)行水源抽取后，高效傳輸凈化水的作用，從而提高了進(jìn)化水凈化的效率及質(zhì)量。

1.3.2 超濾凈水處理技術(shù)

超濾凈水處理技術(shù)不同于一般的超濾膜水處理技術(shù)，其對(duì)原水的要求相對(duì)較高，即要求原水中所包含的有機(jī)物等物質(zhì)含量相對(duì)較少。一般情況下，這一技術(shù)被廣泛運(yùn)用自來(lái)水公司原水處理過(guò)程中，以此來(lái)達(dá)到原水的整體凈化。使用超濾凈水技術(shù)進(jìn)行原水處理，具有占地小，操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，因而能夠更好地提升了自來(lái)水企業(yè)的水源凈化效率。

1.3.3 短流程凈水處理技術(shù)

短流程凈水處理技術(shù)是在融合了多項(xiàng)技術(shù)的基礎(chǔ)上開(kāi)展的凈水處理技術(shù)，因此其對(duì)原水水質(zhì)的要求也相對(duì)較高，但其受企業(yè)運(yùn)作規(guī)模的限制較小，因而能夠在原有水廠的建設(shè)基礎(chǔ)上進(jìn)行改建。由于該技術(shù)的使用直接導(dǎo)致超濾膜一側(cè)的水壓值相對(duì)較低，從而有效降低了原水受到超濾膜污染這一問(wèn)題產(chǎn)生的可能性。另外，這一技術(shù)的使用能夠支持直接出水，從而在有效提升了凈水處理的運(yùn)作效率的同時(shí)，能夠大幅度降低該凈水系統(tǒng)整體的運(yùn)作成本[3]。

2 超濾膜技術(shù)的具體應(yīng)用

2.1 運(yùn)用超濾膜技術(shù)處理飲用水

飲用水作為滿(mǎn)足人們?nèi)粘Ｉ?、生產(chǎn)需求的關(guān)鍵水體類(lèi)別，在目前水資源短缺、水體污染加劇的背景之下，提高飲用水的質(zhì)量極為重要，能夠有效滿(mǎn)足人們的生活用水需求[4]。在此背景之下，在傳統(tǒng)的飲用水凈化過(guò)程中增加超濾膜技術(shù)，以此可以提升飲用水的質(zhì)量。首先，相關(guān)部門(mén)需要在全面分析原水質(zhì)的基礎(chǔ)上制定針對(duì)性的超濾膜處理方案；其次，相關(guān)部門(mén)應(yīng)充分考慮現(xiàn)有過(guò)濾層以及應(yīng)添加的超濾膜等級(jí)，從而提高水體的最終純凈程度；最后，相關(guān)部門(mén)在進(jìn)行飲用水超濾膜處理時(shí)，需要對(duì)其水質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格的檢測(cè)，通過(guò)分析處理后有害物質(zhì)的含量，來(lái)判斷飲用水的等級(jí)，從而不斷保障人民日常飲水的安全。

2.2 運(yùn)用超濾膜技術(shù)處理市政廢水

市政廢水的產(chǎn)生是城市發(fā)展過(guò)程中必然存在的環(huán)節(jié)，為了提高市政廢水處理的有效性、最大程度上節(jié)約水資源，運(yùn)用超濾膜技術(shù)是必不可少的。超濾膜技術(shù)在市政污水的處理過(guò)程中，依靠吸附、篩分、靜電這三個(gè)基本原理進(jìn)行污水處理，以此充分過(guò)濾生活污水、管道污水以及地表沉積物中的有害物質(zhì)與有害微生物，進(jìn)而有效提升市政廢水處理的效率。

2.3 運(yùn)用超濾膜技術(shù)處理工業(yè)廢水

隨著我國(guó)社會(huì)的發(fā)展，我國(guó)的工業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，這就導(dǎo)致工業(yè)廢水大量產(chǎn)生。一般情況下，工業(yè)廢水中包含了眾多具有較大加工價(jià)值的物質(zhì)。以食品工業(yè)為例，其在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的高BOD、高COD、高有機(jī)含量的工業(yè)廢水，嚴(yán)重影響了環(huán)境安全與人體健康[5]。另運(yùn)用超濾膜技術(shù)對(duì)工業(yè)廢水進(jìn)行處理，在凈化廢水的同時(shí)，還能有效回收其他物質(zhì)，進(jìn)而重復(fù)利用，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)廢水的科學(xué)管理，有效減少環(huán)境污染。

2.4 運(yùn)用超濾膜技術(shù)淡化海水

超濾膜技術(shù)除了能夠?qū)︼嬘盟⒐I(yè)污水等廢水進(jìn)行處理之外，其在海水淡化方面也頗具成效。眾所周知，海水資源作為地球上最豐富的資源，其開(kāi)發(fā)與利用對(duì)人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展而言具有重要的意義，能夠有效解決全球范圍內(nèi)的淡水資源緊缺的問(wèn)題。在這一前提之下，利用超濾膜的反滲技術(shù)來(lái)對(duì)海水進(jìn)行淡化，不僅提高海水的利用率，收獲了大量的淡水資源，還大幅度降低了海水淡化所消耗的能源與技術(shù)成本。

2.5 超濾膜技術(shù)的應(yīng)用存在的問(wèn)題及解決對(duì)策

2.5.1 污染問(wèn)題

應(yīng)用超濾膜技術(shù)進(jìn)行污水處理，能夠獲得高效的凈化效果，但長(zhǎng)期不對(duì)超濾膜進(jìn)行清洗，也會(huì)導(dǎo)致水源面臨濾膜污染的問(wèn)題，影響出水質(zhì)量。另外，在對(duì)超濾膜進(jìn)行清洗的過(guò)程中，超濾膜本身就會(huì)形成二次污染，若采用化學(xué)方法進(jìn)行清洗，也會(huì)形成清潔污染。目前，超濾膜污染問(wèn)題逐漸成為水處理過(guò)程中的瓶頸問(wèn)題。因此，針對(duì)超濾膜而言，需要委派相關(guān)人員進(jìn)行定期維護(hù)與清洗，以此最大程度上削減其污染，從而降低超濾膜的更換率，保障其處理成本。

2.5.2 能耗問(wèn)題

由于超濾膜技術(shù)的應(yīng)用需要借助于外部推動(dòng)力，因而其在使用過(guò)程中面臨著能耗問(wèn)題。在正常情況下，超濾膜所消耗的能源較小，但超濾膜出現(xiàn)破損、受到污染等情況時(shí)，會(huì)增大其功耗水平，進(jìn)而加劇了成本投入，其經(jīng)濟(jì)性下降。因此，相關(guān)部門(mén)在對(duì)超濾膜進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，需要重點(diǎn)關(guān)注超濾膜材料、超濾膜技術(shù)相關(guān)運(yùn)行設(shè)備等因素來(lái)有效降低超濾膜的能耗問(wèn)題，與此同時(shí)，相關(guān)部門(mén)還應(yīng)優(yōu)化超濾膜系統(tǒng)的運(yùn)行方式來(lái)達(dá)到節(jié)約能耗的目的。

2.5.3 技術(shù)問(wèn)題

為了最大程度提升運(yùn)行的效果，相關(guān)部門(mén)需要綜合利用各項(xiàng)水處理技術(shù)，同時(shí)根據(jù)不同地區(qū)的水源特征選擇合適水處理技術(shù)。例如，針對(duì)水源污染程度高且凈化處理難度較大的各項(xiàng)超濾膜處理技術(shù)進(jìn)行組合運(yùn)用，以此承擔(dān)不同凈水處理任務(wù)，從而有效避免因凈水處理環(huán)節(jié)多、污水處理過(guò)程復(fù)雜、水處理廠區(qū)用地范圍大等各種因素導(dǎo)致凈水處理成本增加的問(wèn)題。因此，完善超濾膜處理技術(shù)的組合應(yīng)用至關(guān)重要，在超濾膜處理工藝的基礎(chǔ)上，融合其他工藝來(lái)達(dá)到完全濾除小分子污染物、鹽分、具有溶解性質(zhì)的有害物質(zhì)，不斷提高水質(zhì)的最終凈化效果[6]。

2.6 關(guān)于超濾膜技術(shù)的發(fā)展

2.6.1 積極創(chuàng)新超濾膜技術(shù)

只有不斷創(chuàng)新超濾膜技術(shù)，才能有效延長(zhǎng)超濾膜的使用壽命，進(jìn)而提高凈水效率、降低凈水成本、增強(qiáng)抵抗污染能力。

2.6.2 重點(diǎn)建設(shè)超濾膜組合技術(shù)

在目前的超濾膜水處理技術(shù)中，將各種超濾膜技術(shù)進(jìn)行組合利用，能夠大幅提升水處理的效果，然而這種組合型的超濾膜水處理技術(shù)的運(yùn)用成本較高，難以在環(huán)境工程水處理中得到廣泛的應(yīng)用。因此，在后續(xù)的超濾膜發(fā)展過(guò)程中，相關(guān)研發(fā)人員應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)超濾膜組合技術(shù)的建設(shè)，進(jìn)而創(chuàng)造更加廣闊的發(fā)展前景。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，超濾膜技術(shù)已被廣泛運(yùn)用于水處理領(lǐng)域中，對(duì)我國(guó)的環(huán)境工程開(kāi)展起到了巨大的促進(jìn)作用，極大程度上完善了我國(guó)的生態(tài)環(huán)境。然而，超濾膜水處理技術(shù)在目前的應(yīng)用過(guò)程中還存在著明顯的問(wèn)題與不足，需要相關(guān)部門(mén)不斷加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)力度，優(yōu)化超濾膜材料與相關(guān)設(shè)備，并通過(guò)融合其他水處理技術(shù)來(lái)保障超濾膜的運(yùn)行效果，從而促進(jìn)該技術(shù)的順利發(fā)展。