環(huán)境工程水處理中超濾膜技術(shù)的應(yīng)用

曲鋆洋(大慶油田水務(wù)公司東風(fēng)水廠，黑龍江 大慶 163000)

0 引言

超濾膜技術(shù)就是在水中加入超濾膜材料，起到超級(jí)過濾水雜質(zhì)的作用。具體的工作原理如下：將需要過濾的水灌入過濾設(shè)備中，容器內(nèi)置入一張超濾膜，在原水溶液一側(cè)施加高壓，將水向超濾膜另一側(cè)過濾，由于高壓作用，水溶液中的大顆粒物質(zhì)和高分子溶質(zhì)會(huì)被超濾膜阻隔，低分子溶質(zhì)和溶液會(huì)過濾到另一側(cè)，即超濾膜技術(shù)的物理截留；由于超濾膜上會(huì)帶有預(yù)先設(shè)置的化學(xué)分子，在水溶液過濾的時(shí)候，化學(xué)性能會(huì)將水溶液中的部分分子顆粒吸附，起到進(jìn)一步的分離作用，此即超濾膜技術(shù)的化學(xué)截留。超濾法在這一系列的操作下，會(huì)將分子量大于500的分子、膠體、細(xì)菌、蛋白質(zhì)等高分子截留下來，過濾效果明顯[1]。

首先，超濾膜技術(shù)與傳統(tǒng)的過濾技術(shù)有著極大的改變，分離效果好，精度高，將傳統(tǒng)分離技術(shù)無法截留的膠體、細(xì)菌等有害物質(zhì)也能過濾掉，整個(gè)分離過程細(xì)致完整，無需第二次分離；其次，超濾膜技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)全面自動(dòng)化，其建立在高科技技術(shù)的設(shè)備上，設(shè)備智能化程度較高，完全可以將整個(gè)水處理過程梳理的既簡(jiǎn)潔又成熟；第三，超濾膜可以重復(fù)利用，在完全自動(dòng)化的設(shè)備中，每一次超濾膜的使用之后，都會(huì)將其放入高溫蒸汽和環(huán)氧乙烷中做消毒殺菌，并且由于超濾膜上面的化學(xué)物質(zhì)穩(wěn)定性高、耐高溫、耐酸耐堿，使得超濾膜在消毒后也無需重新填充化學(xué)物質(zhì)，二次利用極為方便；最后，超濾膜技術(shù)造就了水資源的循環(huán)，生活污水或工業(yè)污水在超濾膜技術(shù)的處理下，可以將其中的良好水質(zhì)做循環(huán)利用，節(jié)約了水資源。

1 環(huán)境工程水處理中超濾膜技術(shù)的應(yīng)用

超濾膜技術(shù)可以應(yīng)用在各處水過濾工程中，污水處理方面包括城市污水處理，工業(yè)廢水處理，含油廢水處理等，而本文主要探討的是城市居民水處理方面，包括以下三點(diǎn)：海水淡化處理(部分飲用水的來源)、居民飲用水處理(飲用水的凈化)和城市水循環(huán)利用(飲用水的回收)[2]。

1.1 海水淡化處理

全球淡水資源日益減少，而海水占據(jù)全球總儲(chǔ)水量的97.2%，是名副其實(shí)的液體寶藏，海水每年有450萬m3會(huì)被蒸發(fā)成為淡水，但是這些淡水中90%會(huì)通過降雨回到海洋，只有10%變成雨雪降落在大地上，可見單純依靠氣象循環(huán)產(chǎn)生的淡水量不足以解決淡水危機(jī)。海水是一種成分非常復(fù)雜的水溶液，大體可以劃分五類：主要成分為一些常量元素和金屬離子，通過初步的蒸餾就可以減少其大部分；另外包括可溶氣體、營養(yǎng)元素、微量元素和有機(jī)物質(zhì)，使得海水無法被人直接飲用。超濾膜技術(shù)的應(yīng)用大部分作用就是為了處理這些有機(jī)質(zhì)和無機(jī)鹽，還有多種有害物質(zhì)。海水淡化是一個(gè)龐大復(fù)雜的工程，各國都在海水淡化中投入了大量的研發(fā)精力，目前超濾膜技術(shù)已經(jīng)能夠利用在海水處理過程中。超濾膜技術(shù)消耗能量低可以減輕能源成本、操作簡(jiǎn)單便于設(shè)備做自動(dòng)化處理、分離效果好使得海水中大分子顆粒能夠被隔離、附帶的化學(xué)物質(zhì)能夠有效減輕海水的含堿量，并且超濾膜技術(shù)還可以和反滲透技術(shù)相結(jié)合，對(duì)于高渾濁的海水也能夠有效發(fā)揮作用，為海水淡化做出了極大地改善。

1.2 城市居民飲用水凈化

一方面隨著城市化的推進(jìn)，越來越多的人開始涌向城市，正常情況下，成人平均飲用水量每天在2 500 mL，排除食物、水果等，直接飲用水量在1 000 mL，而一個(gè)中心城市人口大概超過千萬，可見我國飲水資源的供應(yīng)不足會(huì)隨著城市化的推進(jìn)變得更加明顯；另一方面，由于國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)，大量工廠選擇將工業(yè)廢水排入河流或海水，使得河流污染嚴(yán)重，海水淡化難度加大，導(dǎo)致城市居民飲用水的水質(zhì)量也在日益下滑；第三，由于國家的城市地理位置不同，水資源的分配也不均衡，南方水資源富足而北方缺乏，即使國家建立了多項(xiàng)南水北調(diào)計(jì)劃，水資源匱乏的城市仍然有水資源不足的情況，并且調(diào)動(dòng)的過程中，淡水還會(huì)受到環(huán)境的影響，使得城市更加需要加強(qiáng)對(duì)飲用水的凈化。

由此可見，在城市居民飲用水凈化工程上面加大力度是環(huán)境工程的首要之事：首先，超濾膜技術(shù)搭配混凝沉淀裝置可以減少飲用水中的病原微生物，同時(shí)過濾掉有害雜質(zhì)，提升飲用水質(zhì)量；其次，超濾膜技術(shù)可以和CSAA結(jié)合將飲用水中NH3-N含量控制在0.2 mg/L以下，使飲用水被凈化到符合居民生活用水的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)；最后，超濾膜技術(shù)的可重復(fù)利用特性，降低了城市對(duì)飲用水的凈化成本。

1.3 水循環(huán)利用

城市化進(jìn)程不可避免的增加城市的污水量，工業(yè)的發(fā)展加上大量人口涌入城市，每天產(chǎn)生的污水加劇了環(huán)境污染：污水進(jìn)入土壤會(huì)造成土壤和地下水的污染；排入河流會(huì)造成淡水的污染和魚群的危害；隨著河流融入大海，也會(huì)導(dǎo)致海水的富營養(yǎng)化和金屬含量增加；由于排入污水的海水都是近海，工業(yè)淡化海水的難度也會(huì)增加，成本也會(huì)增大，可見城市污水處理是環(huán)境工程的重中之重。不同于工業(yè)廢水，城市污水主要是居民的生活污水，這部分污水可以有效的凈化并回收利用，實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)。

運(yùn)用超濾膜技術(shù)，首先能夠減少生活污水中的有害微生物，超濾膜的過濾能力能夠?qū)⑽鬯蟹肿恿砍^500的大分子微生物阻隔在膜外，控制水的渾濁度在0.5以內(nèi)；其次，超濾膜與CSAA結(jié)合，對(duì)于CODc濃度在215～677 mg/L的污水，使其降低到30 mg/L，對(duì)于NH3-N濃度在22.2～41.2 mg/L的污水，使其降低到0.2 mg/L；第三，超濾膜上面的化學(xué)物質(zhì)可以控制污水的酸堿性，過濾后可達(dá)到7.26～7.89范圍內(nèi)；最后，經(jīng)過超濾膜技術(shù)和其他凈化水技術(shù)的回收水，可以將其用在工業(yè)中或是應(yīng)用在道路噴灑、園林澆灌上，實(shí)現(xiàn)回收水的二次利用。如果生活污水的污染程度不高，經(jīng)過這一系列操作，再檢測(cè)其符合城市居民飲用水的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范后，完全可以將其繼續(xù)向城市居民供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)城市水循環(huán)。

2 超濾膜技術(shù)存在的問題

由于我國的環(huán)境工程目前對(duì)水資源處理的經(jīng)驗(yàn)不足，超濾膜技術(shù)的應(yīng)用還出現(xiàn)了一些問題：首先是膜污染問題。由于超濾膜應(yīng)用在高壓環(huán)境下，一些體積不大，但是正好可以通過的顆粒往往會(huì)有一些被高壓吸附在膜表面，造成了吸附污染，雖然說理想環(huán)境下超濾膜可以二次應(yīng)用，但是現(xiàn)實(shí)使用過程中，超濾膜往往會(huì)出現(xiàn)各種意外的污染，導(dǎo)致在不斷重復(fù)使用時(shí)，過濾效果越來越差，增加了水過濾的次數(shù)和難度，并且被過濾的水還會(huì)受到超濾膜的二次污染。其次是工藝制作問題。前文介紹到超濾膜的使用往往會(huì)和其他技術(shù)相結(jié)合，才能使得凈水效果更佳明顯，可是由于技術(shù)上的復(fù)雜性，侵入式和壓入式超濾膜技術(shù)需要外力驅(qū)動(dòng)，導(dǎo)致應(yīng)用難度加大，限制了超濾膜的廣泛使用。最后是使用成本問題。技術(shù)的誕生需要不斷地研發(fā)和迭代，超濾膜應(yīng)該在多次的實(shí)驗(yàn)中得到更加低廉的使用材料，目前成本問題導(dǎo)致超濾膜在凈水工程的應(yīng)用中受到了限制。

3 超濾膜技術(shù)在水處理工作的未來發(fā)展

3.1 新生代濾膜的研發(fā)

上文提到理想情況與現(xiàn)實(shí)情況的不同導(dǎo)致超濾膜的污染問題，二次應(yīng)用時(shí)會(huì)對(duì)水溶液造成污染，無法提升其質(zhì)量，不能達(dá)到滿足城市居民飲用的程度?，F(xiàn)階段在超濾膜使用一次之后，自動(dòng)化裝置會(huì)將其送入清洗工序中，為了除去超濾膜上面的吸附雜質(zhì)和化學(xué)污染，清洗工序非常復(fù)雜，使用了各種各樣的化學(xué)試劑也無法保證百分百清除污染。由此可見，新生代濾膜的研發(fā)勢(shì)在必行，需要研發(fā)出更強(qiáng)的超濾膜，其能夠在抗氧化能力上、抗酸堿能力上、抗污染能力上有著更大的優(yōu)勢(shì)。與此同時(shí)，在減輕超濾膜的材料生產(chǎn)成本和使用難度也會(huì)有明顯的效果。

3.2 增強(qiáng)超濾膜清洗水平

研發(fā)新的超濾膜搭配的就是新的清洗能力，通過對(duì)現(xiàn)實(shí)環(huán)境工程城市居民水處理的經(jīng)驗(yàn)做總結(jié)發(fā)現(xiàn)：不同的受污染程度的超濾膜的清洗手段也不同，需要提前做好準(zhǔn)備，劃分出不同階段的清洗力度，形成可行性文檔要求。自來水廠在凈化居民飲用水時(shí)應(yīng)該根據(jù)水源的不同，設(shè)定不同的清洗方案，源水質(zhì)的不同會(huì)對(duì)超濾膜造成不同的污染，只有清楚合理的劃分清洗計(jì)劃，才能夠做到資源的有效利用，并且也能夠有效地降低超濾膜的污染。

3.3 完善超濾膜技術(shù)的組合

實(shí)際的環(huán)境工程水處理工作中，超濾膜技術(shù)已經(jīng)能夠在很多方面提供較好的應(yīng)用效果：大分子顆粒的過濾，病原微生物的處理、酸堿度的平衡。但單一使用超濾膜技術(shù)還是無法做到完全處理雜質(zhì)，水資源的質(zhì)量無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，那么超濾膜技術(shù)和其他技術(shù)的組合就是未來的研究發(fā)展方向，相互配合的技術(shù)才能夠最大化實(shí)現(xiàn)水資源質(zhì)量的提升?，F(xiàn)在超濾膜技術(shù)已經(jīng)和混凝沉淀裝置、反滲透技術(shù)、CSAA等技術(shù)合作，實(shí)現(xiàn)了海水的淡化，污水的凈化。未來希望能夠看到更多的水凈化技術(shù)與超濾膜技術(shù)做結(jié)合。比如超濾膜技術(shù)與粉末活性炭相結(jié)合：活性炭負(fù)責(zé)吸附大顆粒雜質(zhì)，避免其被高壓壓入超濾膜中，造成超濾膜污染；并且隨著活性炭劑量的增加，水通量的下降率也會(huì)降低，直至超濾膜與活性炭二者形成相互補(bǔ)充，飲用水的渾濁度才會(huì)被合理地調(diào)整。

4 結(jié)語

在不影響成本和設(shè)備合理安裝的情況下，設(shè)計(jì)包括超濾膜技術(shù)的完善的組合裝置，能夠最大限度地發(fā)揮超濾膜技術(shù)的價(jià)值，并且還能將其他技術(shù)的不足之處做彌補(bǔ)，豐富了環(huán)境工程水處理的手段。