環(huán)保工程水處理超濾膜技術(shù)的應(yīng)用研究

劉恒帛

（南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300071）

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和社會(huì)的不斷進(jìn)步，環(huán)境中存在的問題也逐漸增多。以前，超濾膜技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)楣I(yè)以及相關(guān)行業(yè)，但隨著環(huán)境污染越來越嚴(yán)重，水資源污染也日益增加，已經(jīng)嚴(yán)重影響到了人們的生活。目前，隨著環(huán)保政策的嚴(yán)格要求以及人們對(duì)美好生活的渴望，對(duì)于水處理技術(shù)和工藝的要求也越來越嚴(yán)格，因此，超濾膜技術(shù)在原有基礎(chǔ)上被更加廣泛地應(yīng)用。由于膜材料工業(yè)的迅速發(fā)展，膜分離技術(shù)已經(jīng)從傳統(tǒng)的軟水處理發(fā)展到水處理行業(yè)的各個(gè)方面，與其他水處理技術(shù)相比，膜分離技術(shù)具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。因此應(yīng)對(duì)該技術(shù)進(jìn)行更加詳細(xì)地研究，以便今后可以進(jìn)行大規(guī)模地推廣主應(yīng)用。

1 環(huán)保工程水處理中應(yīng)用超濾膜技術(shù)的意義

隨著改革開放的不斷深化，經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度越來越快，科技進(jìn)步尤為明顯。新紀(jì)元即將到來，中國(guó)工業(yè)正在全面、快速地發(fā)展，而在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)必然會(huì)對(duì)環(huán)境造成不同程度的污染。在工業(yè)發(fā)展過程中，一些地方企業(yè)為了節(jié)約成本，未經(jīng)許可即排放工業(yè)污水。工業(yè)污水嚴(yán)重污染環(huán)境，影響居民的生活水源。要從根本上解決環(huán)境問題，必須對(duì)工業(yè)污水進(jìn)行相應(yīng)的處理。

超濾膜技術(shù)是解決工業(yè)污水污染的一種必要的技術(shù)，它可以從工業(yè)污水中徹底去除雜質(zhì)。這些污水經(jīng)過處理后，可以繼續(xù)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程，同時(shí)，工業(yè)污水中的雜質(zhì)也可作為廢渣使用，有價(jià)值的物質(zhì)可以根據(jù)自身?xiàng)l件回收利用。通過這種方式，可以使企業(yè)降低成本，并減少對(duì)環(huán)境的破壞及對(duì)資源的需求[1]。

2 超濾膜技術(shù)概述及應(yīng)用特點(diǎn)分析

2.1 超濾膜技術(shù)概述

超濾膜技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)膜過濾來說，其過濾技術(shù)精度更高、更便捷。一般來說，來自廢水和一些低能膠凝物質(zhì)的溶劑在壓力下穿過一個(gè)相對(duì)較小的區(qū)域，隨后進(jìn)入薄膜的另一面，從而達(dá)到過濾效果，其中可使用高聚物和高質(zhì)量的溶解劑，也可用于過濾某些膠體物質(zhì)。超濾膜表面含有特殊的化學(xué)成分，可以過濾少量物質(zhì)。在對(duì)焊錫超濾時(shí)，可利用加壓方式，使焊接 過程中產(chǎn)生的水份、無機(jī)鹽和高能分子無法通過，從而增強(qiáng)焊錫的滲透性，恢復(fù)其水份，超濾膜技術(shù)圖如圖1所示。

圖1 超濾膜技術(shù)圖

2.2 超濾膜技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)

在應(yīng)用超濾膜技術(shù)時(shí)，驅(qū)動(dòng)力是核心元素。超濾膜主要用于水的凈化。超濾是一種介于微濾和納濾之間的膜分離技術(shù)。超濾膜截留分子量的水平在10 000-500 000 Da之間。一般情況下，超濾膜的典型孔徑大多在0.001～0.2 μm之間，主要用來去除顆粒物，降低廢水的濁度。目前超濾膜技術(shù)已廣泛應(yīng)用于許多行業(yè)，效果非常理想，凈水效果明顯優(yōu)于其他凈化技術(shù)。

超濾膜技術(shù)在當(dāng)前環(huán)境水處理技術(shù)中具有許多優(yōu)點(diǎn)。它不額外添加任何化學(xué)物質(zhì)，從而避免對(duì)水資源的污染，起到凈化水資源的作用，并可以預(yù)防二次污染，實(shí)現(xiàn)水凈化的目標(biāo)，該技術(shù)的應(yīng)用效果非常好，已經(jīng)成為許多水處理環(huán)保技術(shù)的首選[2]。

2.3 超濾膜分離技術(shù)特性及裝置分類

2.3.1 超濾膜分離技術(shù)特性

超濾膜分離技術(shù)的特點(diǎn)如下：（1）分離過程無相變，能耗低。（2）分離過程可在室溫下進(jìn)行，如果汁、生物制劑和其他需要濃縮或清洗的物質(zhì)。（3）傳統(tǒng)的低壓泵可作為超濾膜的驅(qū)動(dòng)力，設(shè)備和工藝易于使用和管理。（4）應(yīng)用范圍廣，所有溶質(zhì)的分子量在500～50 000 Da之間，或者溶質(zhì)尺寸介于0.001～0.02 μm之間，均可被超濾膜截流。

2.3.2 超濾膜分離裝置分類

超濾膜裝置由圓管膜和多孔支撐管組成。①管式超濾膜有直視式、螺旋式、單簧管式三種。②卷式超濾膜、盤管式超濾膜由中央集水管、膜支架、膜和原水控制網(wǎng)絡(luò)組成。③中空纖維膜。中空纖維膜是一種很薄的中空纖維管。按表面可分為內(nèi)部壓力和外部壓力。④板式超濾膜。板式超濾膜由幾十層膜和載體板組成，一層與另一層相連。不同類型的超濾膜具有不同的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，因此，應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的需求，進(jìn)行合理科學(xué)選擇合適的超濾膜工藝，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化應(yīng)用目的。

3 環(huán)保工程水處理中超濾膜技術(shù)存在的問題及應(yīng)用

3.1 環(huán)保工程中應(yīng)用超濾膜技術(shù)存在的問題

3.1.1 超濾膜污染問題

使用超濾膜可造成膜污染。超濾膜污染和污染物沉淀使膜的滲透能力下降。超濾膜主要是吸附污染、沉淀污染和生物污染。要控制超濾膜污染，需合理選擇膜成分，同時(shí)要對(duì)膜表面進(jìn)行處理，使其污染降到最低。同進(jìn)，還要不斷提高超濾系統(tǒng)的整體處理能力，從而降低運(yùn)行成本[3]。

3.1.2 超濾膜技術(shù)尚不成熟

超濾膜技術(shù)目前尚不成熟。超濾膜技術(shù)在農(nóng)村飲用水處理中的應(yīng)用相對(duì)較少，與其他水處理方法相比存在很多技術(shù)問題，不僅膜技術(shù)不成熟，相關(guān)的處理技術(shù)也不完善，所以難以推廣應(yīng)用。面對(duì)此種情況，就需要優(yōu)化處理工藝，使超濾膜技術(shù)在環(huán)境工程中發(fā)揮更大的作用。

3.1.3 人們自身的飲用水問題

目前水資源受到嚴(yán)重污染，治理水污染勢(shì)在必行。超濾膜技術(shù)可對(duì)水中雜質(zhì)進(jìn)行處理、凈化，顯著改善水質(zhì)，達(dá)到飲用標(biāo)準(zhǔn)。凈化后飲用水水質(zhì)必須相對(duì)清潔，避免有害物質(zhì)的影響，尤其是對(duì)微生物、細(xì)菌、藻類等的處理，必須符合人們的飲用標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 超濾膜技術(shù)在環(huán)保工程中的應(yīng)用

超濾膜技術(shù)在當(dāng)今社會(huì)環(huán)境下有了很大的發(fā)展，已經(jīng)滲透到人們生活的各個(gè)領(lǐng)域。在環(huán)保領(lǐng)域應(yīng)用超濾膜技術(shù)，既能保證居民飲用水的安全，又可根據(jù)實(shí)際情況對(duì)工業(yè)污水進(jìn)行處理，使其達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)[4]。

3.2.1 超濾膜技術(shù)應(yīng)用于海水開發(fā)

從儲(chǔ)備的角度看，海水的地位極為重要，但由于在利用海水前需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)靥幚?，從而?dǎo)致海水的開采緩慢。目前，水資源需求持續(xù)增長(zhǎng)，淡水資源日益緊缺。雖然電滲可以有效地淡化海水，但在無形中加大了資源損失。因此，超濾膜技術(shù)的應(yīng)用可以大大加快海水的處理和利用速度，并減少資源浪費(fèi)。

3.2.2 超濾膜技術(shù)在工業(yè)污水處理中的應(yīng)用

超濾膜技術(shù)主要應(yīng)用于以下幾方面：第一，造紙污水處理。水洗造紙的原料需要漂白，漂白后的污水要回用。與此同時(shí)，清洗過程中的其它物質(zhì)也需要處理、回收、再生和再利用；第二是電鍍行業(yè)的污水處理。由于電鍍行業(yè)需要大量的水資源，因此，在采用相關(guān)技術(shù)的同時(shí)，要將反滲透和超濾膜技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，全面應(yīng)用于相關(guān)行業(yè)，凈化環(huán)境。第三，工業(yè)含油污水存在的問題，應(yīng)根據(jù)不同情況采取相應(yīng)的處理措施。傳統(tǒng)的處理方法主要有活性炭吸附法、混凝法等。但這些傳統(tǒng)方法對(duì)乳化油工業(yè)污水的處理效果并不理想，而超濾膜技術(shù)能充分分離乳化油，在處理污水的同時(shí)可實(shí)現(xiàn)資源保護(hù)。

4 環(huán)保工程水處理中超濾膜技術(shù)的應(yīng)用研究

隨著環(huán)保工程的快速發(fā)展，污水處理已逐漸成為企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)，污水處理和凈化難度與日俱增。超濾膜水處理技術(shù)是一種新的應(yīng)用方式，是一種節(jié)能、高效的化工污水處理方法。超濾膜水處理工藝可實(shí)現(xiàn)微粒的過濾、去除，最終達(dá)到符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)的純凈水資源。

4.1 化工污水處理中超濾膜技術(shù)的應(yīng)用

伴隨著我國(guó)化工生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電鍍污水也開始增多。電鍍污水的排放與處理是目前化工企業(yè)面臨的主要問題。電鍍廠的污水含有鐵、銅、鋅、鎳等重金屬元素，如果直接排放到自然環(huán)境中，不僅會(huì)污染土壤，還會(huì)造成植物、植被的污染，最終威脅人類的生命健康。當(dāng)前許多單位都采用反滲透技術(shù)來吸附、分離、提取雜質(zhì)和大顆粒。但是對(duì)污水的處理效果不佳，只能分離大顆粒，無法去除水中的有機(jī)物、細(xì)菌等物質(zhì)。超濾膜技術(shù)作為一種滲濾與過濾技術(shù)，在污水處理中的應(yīng)用比反滲透技術(shù)復(fù)雜。超濾膜技術(shù)尤其適用于氧化物含量較高的化工污水，可以吸附和截留污水中90%以上的雜質(zhì)。膜面活性劑主要吸附大顆粒污染物，增壓篩孔直徑在0.1 μm左右，最后用于化工污水的凈化和離子回收[5-6]。

4.2 生活用水處理中超濾膜技術(shù)的應(yīng)用

生活用水主要來自于洗滌劑、垃圾或糞便、氮磷、硫等含有無機(jī)鹽的廢水。隨水土流失可引起城市污水中的致病微生物、病毒和其它致病菌的傳播。采用超濾膜技術(shù)處理生活用水，可有效去除水中的各種有機(jī)物，達(dá)到飲用水凈化質(zhì)量的要求。在生活污水處理中應(yīng)用超濾膜技術(shù)，首先要了解它的污染程度。超濾法可直接應(yīng)用于污染較嚴(yán)重的地區(qū)，超濾法應(yīng)與其它相關(guān)工藝結(jié)合，采用粒狀活性炭和微濾活性炭進(jìn)行預(yù)處理。超濾膜對(duì)有機(jī)物和致病菌的滲透，通過膜生物反應(yīng)器、活性污泥超濾耦合等設(shè)備可以降低COD含量，去除率在95%以上。

4.3 電鍍污水處理中超濾膜技術(shù)的應(yīng)用

電鍍污水中含有大量重金屬和氰化物。污染物種類多且含量大，不僅污染水環(huán)境，而且對(duì)土壤造成直接危害。采用電解方法處理污水，成本較高，且污水中離子的可生物降解性較低。而超濾膜技術(shù)與反滲透技術(shù)相結(jié)合，可有效去除電鍍污水97%的導(dǎo)電性物質(zhì)、99.8%的鎳和87%的有機(jī)碳，從而降低污染，改善滲透膜的流動(dòng)性能，保證污水處理效果。

5 結(jié)論

綜上所述，合理應(yīng)用超濾膜技術(shù)是實(shí)施環(huán)境保護(hù)技術(shù)的一項(xiàng)重要措施。利用超濾膜技術(shù)能較好地清潔各種水源，對(duì)生活污水及工業(yè)廢水也可以進(jìn)行有效地處理，從而滿足人們多方面的需求。