超濾膜技術(shù)在環(huán)境工程水處理中的應(yīng)用分析

唐 朕 田 野 季也酩 馮晶晶 宋美娟

北京潔禹通環(huán)?？萍加邢薰?，北京 100089

0 引言

水資源作為保障我國(guó)居民日常生活的重要資源，水環(huán)境的控制也成為城市建設(shè)和發(fā)展過(guò)程中的主要工作。因此在城市環(huán)境工程的建設(shè)過(guò)程中，需要利用先進(jìn)技術(shù)來(lái)對(duì)水環(huán)境進(jìn)行有效處理，避免水環(huán)境對(duì)城市居民造成不良影響。因此本文對(duì)當(dāng)前最先進(jìn)，而且使用最廣泛的超濾膜技術(shù)展開(kāi)了分析，并且對(duì)超濾膜技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了研究，為環(huán)境工程中的水處理工作提出了一定的參考性意見(jiàn)。

1 超濾膜水處理技術(shù)概述

超濾膜水處理技術(shù)利用了微孔原理，該技術(shù)能夠?qū)⑺械娜苜|(zhì)利用微孔進(jìn)行過(guò)濾，以實(shí)現(xiàn)過(guò)濾溶液中溶質(zhì)的目的。超濾膜技術(shù)能夠有效分離出水中的雜質(zhì)以及顆粒物，以確保水質(zhì)的安全以及潔凈。傳統(tǒng)的水處理工程技術(shù)只能夠分離較大的雜質(zhì)或者去除異味，一部分小顆粒雜質(zhì)依然存留在水中，因此非常不利于城市居民的用水安全。隨著我國(guó)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題日益凸顯，水質(zhì)問(wèn)題引起了社會(huì)各界的重視，水質(zhì)污染問(wèn)題也愈發(fā)嚴(yán)重，部分城市的水污染甚至波及居民的用水安全，現(xiàn)有的消毒劑和凈化機(jī)很難去除水中的微小雜質(zhì)，因此傳統(tǒng)水處理工程很難滿足現(xiàn)代社會(huì)的需求。

而超濾膜技術(shù)的應(yīng)用不僅能夠有效過(guò)濾水中的各類雜質(zhì)，還不會(huì)對(duì)水環(huán)境造成污染和破壞，因此這種安全環(huán)保且無(wú)毒無(wú)害的技術(shù)在城市水處理工作中得到了廣泛的應(yīng)用。超濾是以壓力為推動(dòng)力的膜分離技術(shù)之一，溶劑和某些低分子溶質(zhì)穿過(guò)超濾膜上的微孔，而比微孔大的高分子溶質(zhì)以及乳化膠束團(tuán)會(huì)被截留，以達(dá)到溶液分離的效果。整個(gè)過(guò)濾過(guò)程利用了篩分原理，而超濾膜的靜電影響會(huì)同步發(fā)揮出截留功效。在超濾分離中，料液會(huì)被額外的壓力讓超濾膜表面的微孔快速吸收高分子物質(zhì)和膠體物質(zhì)，而微孔內(nèi)部也會(huì)因?yàn)樽枞a(chǎn)生截留現(xiàn)象，加之超濾膜表層機(jī)械篩分的同步作用，因此能夠有效阻止水中的雜質(zhì)，而水、無(wú)機(jī)鹽以及其他低分子物質(zhì)將會(huì)透過(guò)超濾膜。

2 超濾膜水處理技術(shù)的種類

超濾膜水處理技術(shù)可以分為以下幾個(gè)主要類型，這幾項(xiàng)技術(shù)適用于不同的水處理工程。

2.1 短流程技術(shù)

短流程技術(shù)是超濾膜技術(shù)相對(duì)有效而且使用廣泛的技術(shù)之一，該技術(shù)主要是將多種凈水技術(shù)和超濾膜處理技術(shù)相結(jié)合，屬于一種綜合性的水處理方案。不過(guò)這種方案相對(duì)來(lái)說(shuō)有著很大的限制，需要在水質(zhì)較好、水污染不高的區(qū)域使用，否則很難完成水處理工作。不過(guò)該技術(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)成本較低，能夠有效節(jié)省人力物力，傳統(tǒng)自來(lái)水廠只需改造后便可以使用，能夠有效應(yīng)用于污染程度較小的地區(qū)。

2.2 雙膜處理技術(shù)

雙膜處理技術(shù)指的是利用兩層超濾膜展開(kāi)水處理工作，或者是將超濾膜和反滲透的過(guò)濾膜結(jié)合使用，該方法使用率同樣比較高，能夠應(yīng)用在污染程度較高以及水中含鹽量高的地區(qū)，而且效果非常好。相對(duì)于傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)法處理污染嚴(yán)重以及含鹽量高的水質(zhì)來(lái)說(shuō)，雙膜處理技術(shù)更有效，也更加簡(jiǎn)單。雙膜處理技術(shù)能夠?qū)λY源進(jìn)行雙層凈化，以確保凈化后的水質(zhì)更加優(yōu)質(zhì)。在雙膜處理技術(shù)得到應(yīng)用之后，大部分地區(qū)污染嚴(yán)重的水質(zhì)得到了有效的處理，大大節(jié)省了當(dāng)?shù)赜盟杀尽?/p>

2.3 組合技術(shù)

組合技術(shù)主要是將短流程技術(shù)和雙模技術(shù)結(jié)合使用，利用兩種技術(shù)的共同優(yōu)點(diǎn)來(lái)對(duì)水環(huán)境進(jìn)行處理。組合使用能夠更好地對(duì)水環(huán)境進(jìn)行治理，是目前最理想的超濾膜技術(shù)之一。不過(guò)由于兩種技術(shù)的組合建設(shè)成本較高，因此目前未得到有效的推廣和使用。所以在我國(guó)的水環(huán)境處理工程的未來(lái)發(fā)展過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)組合超濾膜技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化和研究，提高組合技術(shù)的應(yīng)用效率，降低超濾膜技術(shù)的應(yīng)用成本，確保超濾膜技術(shù)能夠更有效地應(yīng)用到我國(guó)環(huán)境工程的水處理建設(shè)工作中。

2.4 新型超濾膜技術(shù)

雖然超濾膜技術(shù)為綠色無(wú)污染技術(shù)，不過(guò)在應(yīng)用一段時(shí)間后也會(huì)受到一定的污染，此時(shí)的超濾膜便很難再進(jìn)行水處理工作，不然則會(huì)對(duì)已經(jīng)凈化的水資源造成二次污染。因此對(duì)超濾膜的更換工作是非常重要的，同時(shí)還需要加強(qiáng)對(duì)超濾膜新技術(shù)的研究，促進(jìn)超濾膜的更新?lián)Q代。在對(duì)新型超濾膜的研究過(guò)程中，首先需要延長(zhǎng)超濾膜的使用時(shí)間，并且提高超濾膜的濾水效果，同時(shí)還需要嚴(yán)格控制超濾膜成本，積極研究新材料的應(yīng)用，而且還需要提升超濾膜的抗污染能力，以確保超濾膜的使用效果能夠得到不斷提升。

3 超濾膜技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

超濾膜技術(shù)的核心作用在于對(duì)水進(jìn)行凈化、分離和濃縮，一般會(huì)以微濾以及納濾為主，明確能夠有效過(guò)濾水中的懸浮顆粒和膠體物質(zhì)，包括病毒、藻類等，該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)如下。

3.1 能夠有效提升水資源的安全性

超濾膜的微孔孔徑可以維持在0.001～0.02 μm，因此大部分水中的微生物都能被有效過(guò)濾，可以避免傳統(tǒng)工作中頻繁使用消毒劑的情況，可以有效提升水質(zhì)的安全性，讓城市水資源質(zhì)量更加優(yōu)質(zhì)。

3.2 水質(zhì)優(yōu)化效率高

超濾膜技術(shù)在水處理環(huán)節(jié)的應(yīng)用能夠更高效、更方便地去除水中殘留的懸浮物，而且還能有效控制水的渾濁度，讓水體不再受到自然化學(xué)特性的控制和影響，讓水的渾濁度能夠維持在0.1 NTU以下，能夠完全符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。而且超濾膜技術(shù)得到廣泛使用后，能夠有效代替混凝劑的使用，水源在允許的情況下，可以不用投放額外的混凝劑，就能有效完成水資源凈化防污染的工作。

3.3 操作性能好

超濾膜技術(shù)利用智能化PLC控制系統(tǒng)，確保能夠?qū)ψ陨磉M(jìn)行有效且靈活的調(diào)試，而且操作界面具有可視化的特點(diǎn)，因此該技術(shù)系統(tǒng)的操作相對(duì)簡(jiǎn)單，操作員只需要進(jìn)行基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)，便可以快速學(xué)會(huì)操作該系統(tǒng)的方法。

3.4 成本數(shù)量較低而且改造方便

超濾膜技術(shù)的應(yīng)用得到了有效的推廣，部分技術(shù)的成本得到了大幅控制。而且該技術(shù)在使用過(guò)程中沒(méi)必要加以大規(guī)模改造，只需要在凈水系統(tǒng)內(nèi)加入標(biāo)準(zhǔn)化超濾膜組件即可。

3.5 減少化學(xué)制劑對(duì)水的污染

由于傳統(tǒng)的凈化水工藝中，通常會(huì)采用消毒劑或者凈化劑等化學(xué)試劑進(jìn)行凈化，若是在凈化過(guò)程中出現(xiàn)操作失誤或者處理不當(dāng)?shù)那闆r，則很容易出現(xiàn)水質(zhì)的二次污染。而超濾膜技術(shù)的使用則能夠確保凈水工作不必再采用化學(xué)試劑，能夠有效避免二次污染的情況。

4 我國(guó)超濾膜技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

4.1 對(duì)于飲用水的凈化工作

當(dāng)前我國(guó)水污染問(wèn)題相對(duì)嚴(yán)重，部分水域存在賈第蟲和隱性孢子蟲等水質(zhì)問(wèn)題，還有一些水域存在重金屬離子嚴(yán)重超標(biāo)的情況，大大影響了我國(guó)居民用水的安全。而超濾膜技術(shù)的廣泛使用，能夠有效地去除水質(zhì)的水蚤、病毒以及各類微生物，尤其是在水中的天然有機(jī)物和氨氮等物質(zhì)的處理上更加有效，能夠全面滿足城市居民對(duì)于生活、生產(chǎn)用水的高質(zhì)量需求。

4.2 對(duì)造紙廢水的處理

當(dāng)前我國(guó)造紙廢水的處理大多采用了超濾膜技術(shù)，其原理是對(duì)水體中的特殊成分進(jìn)行濃縮管理，通過(guò)超濾膜的水則會(huì)投放到造紙工藝中以確保能夠重復(fù)使用。通常造紙廢水的超濾膜處理技術(shù)的工作能夠分為副產(chǎn)品回收、材料綜合利用、廢液預(yù)知濃縮漿、去除水中的有毒物質(zhì)等流程。工作人員利用超濾膜技術(shù)對(duì)紙磺化機(jī)漿廢水進(jìn)行分析和應(yīng)用，然后整理出影響超濾膜過(guò)濾效果的因素，以確保過(guò)濾效果。同時(shí)超濾膜對(duì)造紙廢水進(jìn)行處理后，還能對(duì)廢水中的部分雜質(zhì)進(jìn)行有效回收，如木素等可回收物質(zhì)，而且還能有效清除污水當(dāng)中的漂白粉，從而大幅提高造紙廢水的處理效率以及造紙?jiān)系幕厥章?，為造紙企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益帶來(lái)非常顯著的改善。

4.3 對(duì)含油廢水的改良

在對(duì)我國(guó)含油廢水進(jìn)行調(diào)查和研究后發(fā)現(xiàn)，我國(guó)含油廢水主要以漂浮、分散和乳化3種狀態(tài)存在。對(duì)于漂浮和分散的處理，基本可以利用機(jī)械分離、凝聚沉淀以及利用活性炭吸附等形式進(jìn)行控制，確保油分能夠降到最低。對(duì)于漂浮和分散來(lái)說(shuō)，乳化油含有一定的表面活性劑以及能夠發(fā)揮同樣作用的有機(jī)物，而油分子則是以微米級(jí)大小分布于水中，因此不管是重力分離還是粗?；ǘ己茈y滿足優(yōu)化水質(zhì)的需求。而在超濾膜技術(shù)應(yīng)用之后，水和低分子有機(jī)物快速透過(guò)超濾膜，在高效除油的同時(shí)，還能將化學(xué)和生化物質(zhì)進(jìn)行有效排除。我國(guó)油田中含油廢水的處理中，大部分油量都在100～1000 mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了國(guó)家制定的10 mg/L的排放標(biāo)準(zhǔn)。因此在排放前需要利用更合理的方法，如恒壓淺層氣浮以及中空纖維膜分離等技術(shù)進(jìn)行處理，并且確保內(nèi)部壓力達(dá)到0.1 MPa以及污水溫度在40℃時(shí)，超濾膜的透水速度會(huì)達(dá)到60～120 L，出水過(guò)后的懸浮物固體含量平均會(huì)達(dá)到0.32 mg/L。而懸浮顆粒的平均粒徑達(dá)到了0.82 μm，能夠有效符合低滲透油田回注水的標(biāo)準(zhǔn)需求。

4.4 城市污水回用的應(yīng)用

城市污水作為城市最重要的水資源之一，如果沒(méi)有經(jīng)過(guò)妥善處理，不僅會(huì)造成大量資源的浪費(fèi)，還會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。在當(dāng)前我國(guó)城市污水污染問(wèn)題日益嚴(yán)重的情況下，大部分城市已經(jīng)將超濾膜技術(shù)應(yīng)用到城市污水回用工作中，同時(shí)該技術(shù)也引起了社會(huì)各領(lǐng)域的關(guān)注和重視。例如，利用CASS以及超濾膜技術(shù)進(jìn)行組合的工藝對(duì)小區(qū)的生活污水進(jìn)行處理，持續(xù)水力停留時(shí)間達(dá)到了12 h，而化學(xué)耗氧量的濃度在215～677 mg/L時(shí)，超濾膜工藝的實(shí)際出水?dāng)?shù)量能夠達(dá)到30 mg/L；而當(dāng)水中的氨氮濃度為22.2～41.2 mg/L時(shí)，其出水氨氮濃度也能達(dá)到0.2 mg/L，污染物的去除率也能達(dá)到90%以上。出水的pH能夠維持在7.43～7.81，出水的渾濁度也不會(huì)高于0.5 NTU，對(duì)比回用水標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)超濾膜處理的城市污水具有明顯優(yōu)勢(shì)，非常有利于污水后期的回收利用工作。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，超濾膜技術(shù)作為先進(jìn)且環(huán)保的水處理技術(shù)，對(duì)我國(guó)當(dāng)前的生態(tài)環(huán)境保護(hù)和城市發(fā)展具有一定的促進(jìn)作用，會(huì)為城市的水處理工程帶來(lái)更加積極的影響。因此我國(guó)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)超濾膜技術(shù)的研究，針對(duì)超濾膜的過(guò)濾效果、使用壽命、使用成本、使用方案等進(jìn)行優(yōu)化，確保超濾膜技術(shù)能夠得到有效的推廣和使用。