環(huán)保工程水處理過程中的超濾膜技術(shù)

梁麗紅，梁曉磊，馬爽爽

(1.煙臺(tái)市環(huán)保工程咨詢設(shè)計(jì)院有限公司，山東 煙臺(tái) 264010；2.煙臺(tái)云灃生態(tài)環(huán)境產(chǎn)業(yè)發(fā)展股份有限公司，山東 煙臺(tái) 264006)

超濾膜技術(shù)最早用于工業(yè)用水處理，后逐步用于生活用水的過濾處理，歷經(jīng)幾十年的發(fā)展應(yīng)用率逐步提升，應(yīng)用范圍愈加廣泛，保證了居民的飲用水源安全。相較于傳統(tǒng)的飲用水凈化，超濾膜技術(shù)是以物化、分離兩種不同方式的應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)對水體的有效處理。

1 超濾膜技術(shù)及其特征

1.1 超濾膜技術(shù)

超濾膜技術(shù)有效應(yīng)用了溶液的壓力作用，可在此壓力支持下使溶液或低分子量溶質(zhì)從超濾膜微孔中通過，使其抵達(dá)膜的另一側(cè)，并同時(shí)扣留其他乳化膠束團(tuán)、高分子溶質(zhì)，真正實(shí)現(xiàn)溶液的有效分離。篩分作用是扣留機(jī)理的重點(diǎn)，膜外表也具備扣留功能。超濾膜過濾的原理詳見圖1。

圖1 超濾膜過濾原理圖Fig.1 Schematic diagram of ultrafiltration membrance filtration

超濾膜技術(shù)屬于膜透過分離技術(shù)的范疇，但此技術(shù)不同于微濾，與納米過濾也有所差異，是一種介于二者之間主要用于溶液分離凈化與濃縮的技術(shù)手段。此技術(shù)的應(yīng)用利于截留溶液中的懸浮顆液，也可將其中的膠體物質(zhì)過濾出來，可得到分離高效、凈化質(zhì)量高且濃縮效果佳的處理成效，在環(huán)保工程水處理中備受青睞。要重視相關(guān)技術(shù)參數(shù)的合理設(shè)置，具體參數(shù)詳見表1。

表1 超濾膜技術(shù)應(yīng)用參數(shù)Tab.1 Application parameters of ultrafiltraion membrance technology

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

高效性。相較于其他過濾技術(shù)而言，超濾膜技術(shù)的顯著特征是過濾效率快，可在極短的時(shí)間內(nèi)將水體中的雜質(zhì)充分過濾出來，可使水處理質(zhì)效得以大幅度提升，處理效果遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的過濾方法。

環(huán)保性。超濾膜技術(shù)應(yīng)用過程中環(huán)保性極強(qiáng)，采用的是膜透過分離方法，整個(gè)過程無需利用化學(xué)藥品，可防止因化學(xué)藥品應(yīng)用導(dǎo)致的二次環(huán)境污染問題，同時(shí)可有效節(jié)約分離、凈化處理成本。

自動(dòng)化。超濾膜技術(shù)系統(tǒng)自動(dòng)化程度較高，整個(gè)過濾過程安全可靠，且系統(tǒng)操作簡便，除開閉兩檔外無其他煩瑣設(shè)置，系統(tǒng)運(yùn)行過程相對便捷。

適應(yīng)性。超濾膜技術(shù)具備良好的化學(xué)穩(wěn)固性，具備較高的抗酸及抗堿能力，強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或多種有機(jī)溶劑中均可適用。其抗水解度高，可耐受1 400℃的高溫環(huán)境，可通過高溫蒸汽、環(huán)氧乙烷消殺病毒與細(xì)菌。

精濾性。采用此技術(shù)可實(shí)現(xiàn)精濾，水中懸浮物、細(xì)菌及膠體等各類危險(xiǎn)物質(zhì)的清除率均較高，過濾精度可達(dá)到99.99%。

2 環(huán)保工程水處理中應(yīng)用超濾膜技術(shù)的優(yōu)劣勢分析

2.1 應(yīng)用優(yōu)勢

利用超濾膜技術(shù)處理環(huán)保工程水，可提升水質(zhì)，增強(qiáng)水質(zhì)穩(wěn)定性。出水濁度與原水質(zhì)差異較小，通常不會(huì)高于0.1 NTU。出水微生物較為安全，水中細(xì)菌及隱孢子蟲會(huì)被超濾膜截留，消毒時(shí)不會(huì)產(chǎn)生較多副產(chǎn)物，出水化學(xué)安全性高。超濾實(shí)施前，混凝劑添加量少或無需添加，出水中鐵、錳等金屬含量不會(huì)超限。超濾水廠可通過組件的適度增減靈活調(diào)控供水規(guī)模，水廠擴(kuò)建也極為便利。超濾工藝簡單，壓力是主要驅(qū)動(dòng)力，操作過程便捷、維修控制簡單，可縮短水處理周期，減少占地面積，顯著提升水處理效率。

2.2 應(yīng)用劣勢

超濾膜技術(shù)并非對所有物質(zhì)均能做到高效處理，在氮、氨等具備高溶解性物質(zhì)處理方面效果并不理想。超濾膜技術(shù)應(yīng)用時(shí)，對環(huán)境應(yīng)用條件要求較為嚴(yán)格，超濾膜需要放置在具有遮擋的位置處，不可被陽光直射，否則會(huì)影響過濾效果。此外，超濾膜不可應(yīng)用于冰凍環(huán)境中。

3 環(huán)保工程水處理中超濾膜技術(shù)的應(yīng)用

3.1 在飲用水凈化中的應(yīng)用

居民飲用水中存在水蚤、紅蟲、賈第蟲及隱孢子蟲，且存在藻毒素或生物穩(wěn)定性問題。飲用水企業(yè)需利用超濾膜技術(shù)進(jìn)行飲用水凈化處理，其不僅能夠?qū)⑺泻械乃?、藻類有效去除，還可消除水中的原生動(dòng)物及病菌微生物，有效分離懸浮物及各種雜質(zhì)，還可改善水濁度、去除氨氮，使飲用水的質(zhì)量達(dá)到攝入標(biāo)準(zhǔn)，從而滿足居民對水質(zhì)的高要求。

3.2 在城市污水回收利用中的應(yīng)用

生活及工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水量逐步增加，加劇了水資源的污染?？衫贸瑸V膜技術(shù)對城市污水進(jìn)行回收處理，這樣不僅能夠減少對環(huán)境的污染，也可拓展水資源來源。城市污水回收利用通常采用CASS與超濾膜技術(shù)有機(jī)融合的處理方式，凈化率可高達(dá)90%。處理過程中，水力作用時(shí)間應(yīng)為12 h，重鉻酸鹽指數(shù)(CODCr)最低為215 mg/L，最高不可超過667 mg/L，濾水量的CODCr應(yīng)保持在30 mg/L左右。廢水中氨氮含量指標(biāo)(NH3-N濃度)應(yīng)控制在22.2～41.2 mg/L。每升濾過水中的NH3-N最小值應(yīng)為0.2 mg，濾過率應(yīng)高于90%，且pH值應(yīng)介于7.26～7.89，水濁度高于0.5。經(jīng)此種組合工藝處理后的水質(zhì)與用水標(biāo)準(zhǔn)相符，可以二次回收利用。在這兩種方式聯(lián)合應(yīng)用下，處理完成的居民用水能夠回收利用，可為潔凈、安全、充足的水供應(yīng)給予技術(shù)保障。

3.3 在工業(yè)廢水循環(huán)利用中的應(yīng)用

工業(yè)生產(chǎn)是廢水產(chǎn)出量較大的一環(huán)，且工業(yè)用水量較高，若是工業(yè)生產(chǎn)過程中未實(shí)現(xiàn)高效水處理，可能會(huì)導(dǎo)致水資源被浪費(fèi)。工業(yè)廢水成分復(fù)雜，水處理過程并不相同，且不同工業(yè)生產(chǎn)廠家的環(huán)境也存在較大差異，為滿足工業(yè)用水處理的高要求，可引入超濾膜技術(shù)，利用此方法處理后的工業(yè)廢水凈化度較高，可實(shí)現(xiàn)二次利用，大幅削減水資源利用成本，達(dá)到水資源節(jié)約與保護(hù)的目的，有效解決水資源短缺問題。

3.4 在海水淡化中的應(yīng)用

全球水資源總量中，約70%為海水，海水含鹽量較大，難以飲用，必須要通過海水淡化處理來解決當(dāng)前水資源供應(yīng)不足的現(xiàn)象。我國的海岸線較長，具備良好的海水淡化處理的地理?xiàng)l件。海水中富含微生物，同時(shí)細(xì)菌及雜質(zhì)含量也較高，與其他水處理相比，海水淡化處理難度更高。在超濾膜技術(shù)應(yīng)用下，可實(shí)現(xiàn)規(guī)?；暮Ｋ幚恚饶芴岣吆Ｋ?，也可實(shí)現(xiàn)處理成本的有效節(jié)約?？赏ㄟ^超濾膜技術(shù)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)大量海水的有效淡化，為居民提供充足的飲用水源，緩解水源危機(jī)。

3.5 在電鍍廢水處理中的應(yīng)用

電鍍生產(chǎn)過程中用水量較高，所排放廢水毒害物質(zhì)含量較高，如氰化物或鋅、銅等重金屬，會(huì)使土體遭到污染，對人體健康危害較大，因此，電鍍廢水的處理至關(guān)重要。因微生物難以吸收電鍍廢水中的離子，不具備良好的可生化性，若是利用電解法進(jìn)行電鍍廢水處理，處理成本較高，會(huì)消耗大量的電力資源。基于反滲膜技術(shù)及超濾膜技術(shù)的電鍍廢水處理，既能降低水的導(dǎo)電率，也可有效去除鎳及有機(jī)碳。電鍍廢水中總有機(jī)碳的去除比例可高達(dá)87%，鎳及硝酸鹽的去除比例為99.8%與95%，導(dǎo)電率的去除率也可達(dá)到97%。利用超濾膜與反滲膜連用技術(shù)處理電鍍廢水，還可使?jié)B透膜污染大幅降低，令通量提升30%～50%，既能取得理想的電鍍廢水處理效果，也可防止電鍍廢水對環(huán)境產(chǎn)生較大的污染。

3.6 在含油廢水處理中的應(yīng)用

含油廢水有三種不同的存在形態(tài)，即漂浮、分散、乳化。利用機(jī)器可輕易分離浮油及分散油，在凝聚沉淀活性炭吸附等技術(shù)應(yīng)用下，可實(shí)現(xiàn)油分的有效降低。然而乳化油中不僅含有表面活性劑，其中還有大量功能類似的有機(jī)物，水中的油分形態(tài)是微米級(jí)的離子，因而重力分離、粗粒化法所取得的處理成效均不顯著。利用超濾膜技術(shù)處理，可加快分子量較低的有機(jī)物及水分的膜通過速度，既能降低含油量，也可降低化學(xué)需氧量與生化需氧量。例如：油山含油廢水處理時(shí)可利用超濾膜技術(shù)，可在衡壓淺層氣浮的基礎(chǔ)上應(yīng)用中空纖維膜分離技術(shù)，兩種技術(shù)協(xié)同應(yīng)用，將壓力值應(yīng)控制在0.1 Pa，水溫為40℃的條件下，每平方面積每小時(shí)的膜透水速率可高達(dá)60～120 L，完成過濾后，水中所含懸浮物含量為0.32 mg/L，且懸浮物質(zhì)的粒徑大小均值僅為0.82 μm，可基本達(dá)到低滲透油山回注水的質(zhì)量要求。

3.7 在造紙廢水處理中的應(yīng)用

造紙廢水處理中，應(yīng)用超濾膜技術(shù)可對水中的成分進(jìn)行回收與濃縮，經(jīng)水處理之后，這些水可再次用于造紙。此技術(shù)是指回收附加產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)木素的綜合利用，對造紙后剩余漿液進(jìn)行濃縮處理，去除廢液中的有害物質(zhì)。硫化機(jī)化機(jī)漿(SCMP)廢水處理中，應(yīng)根據(jù)膜的使用合理應(yīng)用超濾法進(jìn)行處理，處理方式不同，處理結(jié)果也存在差別。如處理時(shí)應(yīng)用的是分子量為2 000 u的聚醚砜(PES200)膜，清洗過濾完成后，得到的過濾量為98%左右，若造紙廢水處理中采用組合工藝，在15℃及0.1 MPa壓力條件下，應(yīng)用0.8 μm微濾(MF)對經(jīng)強(qiáng)氧化劑氧化后物質(zhì)的過濾率僅為30%～45%，50 nm超濾(UF)無機(jī)陶瓷膜的有效過濾率則可達(dá)到55%～70%。

4 超濾膜技術(shù)的發(fā)展方向

4.1 提升超濾膜清洗處理的完善性

超濾膜可循環(huán)利用，可大幅度降低水處理成本，但是超濾膜清理難度大，若清理不全面，將使污水遭到二次污染。為避免這一情況，應(yīng)在污水處理前做好采樣與檢測，以污水成分、污染物種類及含量為依據(jù)，選擇最為適合的超濾膜，制定完善的超濾膜清洗方案，確保污水處理后進(jìn)行全面、細(xì)致的超濾膜清洗，從而保持超濾膜的潔凈度。

4.2 組合應(yīng)用超濾膜技術(shù)

超濾膜技術(shù)是過濾方式的一種，若是污水中高分子物質(zhì)和病原微生物量較大，利用此方法也可能出現(xiàn)處理效果不佳的情況。要加強(qiáng)超濾膜技術(shù)與其他水處理技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，與多元化的消毒技術(shù)進(jìn)行整合，通過超濾膜技術(shù)的組合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)水資源的高效凈化及病菌、微生物的有效去除。

4.3 開發(fā)新型濾膜

超濾膜是否先進(jìn)與高效是此技術(shù)能否有效運(yùn)用的關(guān)鍵。為解決超濾膜清洗難度高的問題，進(jìn)一步提升水處理成效，要將超濾膜的不斷更新與優(yōu)化作為重點(diǎn)，注重超濾膜氧化能力的提升，增強(qiáng)其對污染的抵御能力，將其更好地應(yīng)用于多種不同情況下的水污染處理。

5 結(jié)語

超濾膜技術(shù)是一種能夠有效凈化處理各種類型水質(zhì)的新型水處理技術(shù)，可應(yīng)用于環(huán)保工程水處理中，在飲用水凈化、城市生活污水處理、工業(yè)廢水循環(huán)利用、海水淡化、電鍍廢水處理、含油廢水處理、造紙廢水回收處理等方面均展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用價(jià)值，取得了理想的水質(zhì)凈化效果。但此技術(shù)應(yīng)用中仍存在一定的操作問題，需要提升超濾膜清洗處理的完善性，組合應(yīng)用超濾膜技術(shù)，開發(fā)新型濾膜，通過超濾膜潔凈度的提升及整合應(yīng)用多元化的水處理技術(shù)方法來提高環(huán)保工程水處理效果。