水處理中超濾膜技術(shù)的運用

成 娜

（遼寧早大華境環(huán)境科技有限公司,遼寧 沈陽 110136）

社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展對生態(tài)環(huán)境造成的污染越來越嚴(yán)重。針對日益嚴(yán)重的水資源污染問題，環(huán)保部門應(yīng)該積極探索超濾膜技術(shù)在污水處理中應(yīng)用的策略，降低水污染問題對人體健康產(chǎn)生的影響，確保和諧社會建設(shè)目標(biāo)的順利實現(xiàn)。相關(guān)部門頒布實施的環(huán)保政策，對污水處理技術(shù)和工藝提出的要求也更加嚴(yán)格。同時，隨著膜材料工業(yè)的迅速發(fā)展，為膜分離技術(shù)在污水處理行業(yè)中的應(yīng)用提供了強有力的支持。由于膜分離技術(shù)具有其他污水處理技術(shù)無法比擬的優(yōu)點，所以深入分析和研究膜分離技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用，對于我國污水處理行業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展有著極為重要的意義。

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)是一種分離溶液、加強濃縮處理的技術(shù)手段。超濾膜技術(shù)的應(yīng)用原理主要包括以下幾方面：（1）超濾原理。超濾膜技術(shù)在實際應(yīng)用過程中，主要是利用溶液中分離出的溶質(zhì)形成可供其他物質(zhì)順利通過的薄膜，從而達到過濾液體中殘留的各種雜質(zhì)的目的。為了發(fā)揮超濾膜技術(shù)在污水處理中應(yīng)用的優(yōu)勢，環(huán)保部門在應(yīng)用超濾膜技術(shù)時，應(yīng)該通過增加液體壓力的方式，將液體中的各種物質(zhì)推向超濾膜方向，提高液體中雜質(zhì)過濾的效果。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，超濾膜技術(shù)也得到了顯著的提高[1]。（2）微透過原理。相關(guān)部門經(jīng)過實驗研究發(fā)現(xiàn)，分子量在超濾膜技術(shù)中的數(shù)量大概在500萬左右。分子量在超濾膜技術(shù)中大概能夠保住500萬的數(shù)量，而它們的質(zhì)量通常會在0.002 μm～0.100 μm之間。通過過濾膜的大多是細(xì)小無污染的物質(zhì)，所以，相關(guān)部門在使用超濾膜技術(shù)開展污水處理工作時，應(yīng)該充分發(fā)揮超濾膜技術(shù)具有的污水凈化處理優(yōu)勢，清理水體中的顆粒物，以確保經(jīng)過凈化處理的污水水質(zhì)能夠達到預(yù)期目標(biāo)。此外，采用超濾膜技術(shù)過濾水中含有的有毒有害物質(zhì)，能夠促進飲用水安全的有效提升[2]。因此，環(huán)保部門已經(jīng)將超濾膜技術(shù)視為污水處理中最重要的處理技術(shù)。

1.2 超濾膜技術(shù)的特點

超濾膜技術(shù)是一種實用性突出的污水處理技術(shù)，該技術(shù)經(jīng)過長期的發(fā)展，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于污水處理行業(yè)中。由于超濾膜技術(shù)具有的物理特性不僅有助于環(huán)境保護工作的高效開展，而且減少了污水處理中化學(xué)藥劑的使用量，避免了水資源二次污染問題的發(fā)生，促進了水資源凈化處理質(zhì)量的有效提升。超濾膜技術(shù)與傳統(tǒng)過濾膜相比，其作為一種先進的污水凈化處理技術(shù)，可以有效過濾出傳統(tǒng)過濾膜無法過濾的物質(zhì)，簡化了污水處理中污染物過濾的步驟，確保了污水過濾凈化處理工作的順利進行。由于超濾膜技術(shù)是在一定壓力下使物質(zhì)通過膜孔，而無需再進行其他額外操作，所以使用超濾膜技術(shù)開展污水處理工作，簡化了水處理工作的操作步驟，提高了污水凈化處理的效率。此外，超濾膜技術(shù)與傳統(tǒng)水處理技術(shù)相比，不僅使用成本低，而且水處理的效果也是傳統(tǒng)水凈化處理技術(shù)無法比擬的，因此，該技術(shù)節(jié)省了環(huán)境保護工程的投入，為我國環(huán)境保護工作的可持續(xù)發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)[3]。

2 超濾膜的主要污染物質(zhì)

2.1 顆粒物

不同類型的水體中含有的礦物質(zhì)數(shù)量和種類也各不相同，性質(zhì)不同的顆粒物一旦與膜之間產(chǎn)生相互作用，就會因為吸附污染物質(zhì)而堵塞膜孔，導(dǎo)致超濾膜出現(xiàn)孔徑變小的問題，影響超濾膜的過濾效果，增加了污水處理的成本。

2.2 有機物

水體中含有數(shù)量眾多且性質(zhì)各異的有機污染物，對膜傳輸?shù)挠绊懸膊煌?，污水中的有機污染物主要是通過物理化學(xué)與機械作用于膜表面，導(dǎo)致膜在使用過程中出現(xiàn)性能下降、壽命縮短的問題，影響了污水處理的效果。經(jīng)過長期的實踐研究發(fā)現(xiàn)，污水中含有的有機物主要有腐殖質(zhì)、多糖以及蛋白質(zhì)等幾種。在這其中，腐殖質(zhì)中的親水與疏水組分對膜滲透通量效果有著極大的影響，腐殖質(zhì)中有機物的親水組分不僅加劇了膜污染問題，嚴(yán)重的還會因為水通量的下降，導(dǎo)致污水處理成本的增加。此外，多糖以及蛋白質(zhì)類有機物也是造成膜污染問題日益嚴(yán)重的主要污染物。研究人員采用xDLVO理論比較溶菌酶、卵清蛋白和牛血清白蛋白對膜污染的嚴(yán)重程度發(fā)現(xiàn)，不管是多糖還是蛋白質(zhì)類物質(zhì)，因為其在膜污染中所發(fā)揮的作用不同，所以多糖或蛋白質(zhì)對水體環(huán)境造成的污染程度也各不相同[4]。

2.3 微生物

水體中含有的各種微生物也是導(dǎo)致超濾膜污染的重要因素之一，超濾膜表面吸附的大分子有機物，不僅為微生物提供了適合其繁殖生長的溫床，而且加快了微生物新陳代謝的速度，最終導(dǎo)致超濾膜微孔出現(xiàn)堵塞的情況，加劇了超濾膜的污染程度。由于超濾膜表面存在著大量維持有機物生命所需的營養(yǎng)物質(zhì)，是導(dǎo)致超濾膜出現(xiàn)堵塞問題出現(xiàn)的主要原因，隨著膜通量的下降，超濾膜的污染問題也隨之加劇。所以，相關(guān)部門必須重視在超濾膜技術(shù)應(yīng)用過程中，微生物污染對超濾膜膜通量下降產(chǎn)生的影響，并以此為基礎(chǔ)采取有效措施，提高超濾膜的膜通量，減輕微生物污染對超濾膜正常使用產(chǎn)生的危害，提高污水處理工作的質(zhì)量和效率。

3 超濾膜污染防治措施

3.1 顆粒物防治措施

一旦超濾膜被顆粒物污染，就會出現(xiàn)水質(zhì)變差以及超濾膜性能下降的問題。為了充分發(fā)揮超濾膜的使用功能，研究人員必須嚴(yán)格按照要求做好超濾膜的清理工作，直至超濾膜使用功能恢復(fù)為止[5]。比如，針對黏土類堵塞污染物，應(yīng)該使用水或氣等介質(zhì)定期沖洗超濾膜，盡可能地恢復(fù)超濾膜的膜通量，避免因超濾膜膜通量下降而影響污水處理效果。對于金屬氧化物、膠體等的污染，應(yīng)該采取化學(xué)清洗的方式。通過配置相應(yīng)濃度的化學(xué)洗滌劑清洗超濾膜，從而達到有效提升超濾膜膜通量的目的。另外，生物清洗也是目前常用的超濾膜清洗方法之一，該方法在實際應(yīng)用時，主要是利用霉或生物劑等切斷與有機物的連接，并清洗超濾膜，以提高超濾膜的抗污染性能。

3.2 有機物防治措施

相關(guān)部門針對超濾膜有機物污染防治策略的研究，主要是采取提升超濾膜表面親水性以及構(gòu)建抗污染表面的方式。工作人員在開展超濾膜有機物污染防治工作時，應(yīng)該采取在基因團中引入聚合物的方式，提高超濾膜親水性與水通量。研究人員根據(jù)實驗研究發(fā)現(xiàn)，如果將超支化聚氨酯親水分子改性接枝于碳納米管上，經(jīng)過改性后的超濾膜不管是水通量，還是抗污染性能都得到了大幅度提升。根據(jù)實驗要求，工作人員應(yīng)該先使用相轉(zhuǎn)化法制備聚甲基丙烯酸羥乙酯和SiO2的PES超濾膜，改變超濾膜的性能，使PES膜的透水性、截留率和防污能力均出現(xiàn)了明顯地提升[6]。所以，對超濾膜有機物污染防治策略的研究和應(yīng)用，不僅有助于超濾膜親水性與水通量的有效提升，而且超濾膜的抗污染性能也明顯提高，也促進了超濾膜技術(shù)在污水處理中應(yīng)用效果的有效提升。

3.3 微生物防治措施

目前，常見的膜生物污染防治，主要是利用具有抗菌性能的膜阻隔微生物吸附于膜表面，達到在有效阻止生物膜形成的同時，提高超濾膜的抗菌性能的目的。比如，使用液相還原法將納米銀離子負(fù)載于復(fù)合乙酸纖維素中空纖維膜上，如果銀離子負(fù)載量超過100 mg/L以上，超濾膜大腸桿菌與金黃色葡萄球菌的抗菌活性就會得到顯著增強。如果采用相轉(zhuǎn)化法，將摻銅的二氧化鈦粒子與PSF改性制備成抗菌PSF膜，超濾膜的水通量超過了335 L/（m2·h），且達到一定比例時，超濾膜的抗菌率超過了93%。

4 超濾膜技術(shù)在環(huán)境水處理中的應(yīng)用分析

超濾膜技術(shù)因為自身具有占地面積小、出水水質(zhì)好、污泥產(chǎn)生率低等特點，被廣泛應(yīng)用于水處理行業(yè)中。目前我國的超濾膜技術(shù)主要應(yīng)用于城市生活污水、高速公路服務(wù)區(qū)污水處理與回收利用等工程中，該技術(shù)的推廣和應(yīng)用促進了我國污水處理產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，緩解了水污染問題對生態(tài)環(huán)境造成的破壞和污染。

4.1 超濾膜技術(shù)在日常水污染中的應(yīng)用

4.1.1 飲用水的凈化處理

在人類社會的發(fā)展過程中，出現(xiàn)了水資源保護不到位的問題，導(dǎo)致水體中滋生了大量的有毒有害物質(zhì)，對人類的身體健康造成了非常嚴(yán)重的威脅。純凈水雖然是人們?nèi)粘ｏ嬘盟闹匾M成部分之一，但是隨著水環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)峻，傳統(tǒng)的純凈水分離與提取技術(shù)顯然已經(jīng)無法有效分離出水體中的有毒物質(zhì)，影響了純凈水的純凈度。隨著超濾膜技術(shù)在純凈水凈化處理中的推廣和應(yīng)用，不僅促進了水體中有毒物質(zhì)的分離效果，而且有效降低了水體中含有的污染物質(zhì)，滿足了人們對飲用水的質(zhì)量要求。

4.1.2 生產(chǎn)生活油脂廢水的凈化處理

人類生產(chǎn)生活中產(chǎn)生的廢棄物進入到水源中是造成水體污染問題的重要原因之一，這些污染問題對人類生活造成了非常嚴(yán)重的影響。比如，人們在做飯時產(chǎn)生的油脂廢水降解難度較大，一旦這些油脂廢水直接排放至自然水體中，就會威脅到人們的飲用水安全。相關(guān)部門在處理此類污水時，采用的傳統(tǒng)物理過濾方式，雖然在處理普通油脂時效果比較顯著，但是如果清理含有乳化劑油脂的污水時，處理效果就無法達到預(yù)期目標(biāo)。相關(guān)部門經(jīng)過長期的實踐研究后，開始嘗試使用超濾膜技術(shù)處理包含乳化劑的油質(zhì)污水。利用超濾膜技術(shù)將污水中含有的油性分子阻擋在膜的一側(cè)，不僅提高了污水中氧化物處理的效果，而且達到了徹底清除乳化劑油性物質(zhì)的目的，解決了傳統(tǒng)污水處理技術(shù)中存在的分離系統(tǒng)無法處理油脂廢水的問題，促進了我國污水處理技術(shù)的不斷發(fā)展。

4.2 超濾膜技術(shù)在海水污染中的應(yīng)用

我國國土面積幅員遼闊，水資源分布廣泛，而且東部與東南部地區(qū)更是有著廣闊的海域。在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，人類生產(chǎn)生活對海水的污染也越來越嚴(yán)重。由于儲量豐富的海水資源經(jīng)過處理后可有效應(yīng)用于各個領(lǐng)域，所以，海水污染分離對于海水資源的凈化處理有著極為重要的意義。海水中含有大量分離難度較大的無機鹽，如果不能采用先進技術(shù)對其進行有效分離，必將威脅到區(qū)域經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展[7]。借助超濾膜技術(shù)，不僅徹底解決了海水污染物分離難度大的問題，而且超濾膜技術(shù)作為一種比傳統(tǒng)分離技術(shù)更加科學(xué)和先進的水污染凈化處理技術(shù)，既提高了優(yōu)質(zhì)水源的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，還降低了海水污染分離的成本，為緩解長期困擾我國社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的水資源短缺問題提供了強有力的技術(shù)支持。

4.3 超濾膜技術(shù)在工業(yè)水污染中的應(yīng)用

4.3.1 食品加工廢水的凈化處理

食品加工廢水主要來自于食品加工企業(yè)生產(chǎn)過程中排放的大量生產(chǎn)廢水。如果采用傳統(tǒng)水處理技術(shù)處理食品加工廢水，顯然無法達到徹底凈化食品加工廢水中含有的大量不易打撈和分離的污染物。對此，相關(guān)部門應(yīng)該充分利用超濾膜技術(shù)，開展食品加工廢水的凈化處理工作，不僅有助于食品加工廢水凈化處理效果的提升，而且降低了食品加工廢水凈化處理的成本，減少了食品加工廢水大量排放對自然水體造成的污染。

4.3.2 造紙廢水的凈化處理

如果造紙企業(yè)在生產(chǎn)廢水的排放過程中，忽略對廢水的凈化處理，那么隨著生產(chǎn)廢水被大量排出，生態(tài)環(huán)境必然會遭到嚴(yán)重的破壞和污染。超濾膜技術(shù)在造紙生產(chǎn)廢水凈化處理中的應(yīng)用，降低了造紙生產(chǎn)廢水中有害物質(zhì)的含量，該技術(shù)與傳統(tǒng)造紙生產(chǎn)廢水處理技術(shù)相比，可使造紙生產(chǎn)廢水凈化處理的效率和質(zhì)量得到顯著提升，從而促進了環(huán)境保護工作的成效。

4.3.3 電鍍生產(chǎn)廢水的凈化處理

工業(yè)化進程的加快，使工業(yè)企業(yè)在擴大生產(chǎn)規(guī)模的過程中，產(chǎn)生了大量的工業(yè)廢水。如果工業(yè)廢水排放總量持續(xù)增加，必將威脅到生態(tài)環(huán)境的平衡發(fā)展。因此，環(huán)保部門必須積極研究和應(yīng)用高效的工業(yè)廢水處理方法，凈化處理工業(yè)生產(chǎn)廢水。在這其中，電鍍生產(chǎn)廢水因其含有的金屬離子數(shù)量多，因此此類工業(yè)廢水的凈化處理難度較之傳統(tǒng)工業(yè)廢水也更大。電鍍廢水中含有的大量人體致癌物質(zhì)對人們的身體健康以及社會的和諧發(fā)展產(chǎn)生了巨大的威脅。如果采用傳統(tǒng)電解法與化學(xué)法處理電鍍廢水，雖然經(jīng)過多次重復(fù)處理后電鍍廢水達到了排放標(biāo)準(zhǔn)，但是卻增加了水體二次化學(xué)污染安全隱患的發(fā)生率，增加了電鍍廢水處理的成本。生物電鍍廢水處理方法的應(yīng)用雖然避免了二次化學(xué)污染問題的發(fā)生，但是使用該方法時，對電鍍廢水中的污染物質(zhì)吸收效果非常有限，處理效果相對較差。隨著超濾膜技術(shù)的推廣和應(yīng)用，工作人員借助超濾膜表面的化學(xué)性質(zhì)，吸收電鍍廢水中含有的大量金屬雜質(zhì)，這不僅使電鍍廢水的處理效率得到了顯著提高，還減少了電鍍廢水凈化處理的原材料消耗量，節(jié)約了電鍍廢水的處理成本。

4.3.4 制革廢水的凈化處理

目前，我國制革行業(yè)每年產(chǎn)生的廢水約有8 000萬t，每生產(chǎn)1 kg皮革就會產(chǎn)生約200 L廢水。所以，對制革廢水進行處理是非常重要的。制革廢水中含有大量濃度較高的有機物，其中，COD主要來源于皮革處理過程中產(chǎn)生的大量毛發(fā)、皮屑等有機廢物，這就導(dǎo)致廢水中有機物的含量較高。除此之外，制革廢水中還含有硫化物、氨氮等。皮革加工過程中產(chǎn)生的大量可溶性有機污染物和無機污染物可以被微生物降解，且制革廢水的可生化性較好，其BOD/COD值通常保持在0.4左右。除此之外，在制革過程中還會產(chǎn)生大量的氨氮和硫化物等物質(zhì)，移動床生物膜反應(yīng)器工藝中的微生物可以使可溶性無機污染物和有機污染物得到降解。將移動床生物膜反應(yīng)器和白腐真菌相結(jié)合，并將纖維素和生物膜載體進行接枝處理，可使真菌的生長效率進一步提高。

4.4 城市污水回用

城市污水的回收利用是緩解城市水資源匱乏問題最主要的手段。所以，相關(guān)部門應(yīng)該充分重視超濾膜技術(shù)在城市污水凈化處理中的應(yīng)用。合理運用超濾膜技術(shù)開展居民生活污水、地表降水的凈化處理工作，去除污水中含有的有害物質(zhì)與其他不利于人體健康的物質(zhì)，不僅滿足了污水排放的標(biāo)準(zhǔn)和要求，同時實現(xiàn)了對自來水廠二次凈化的目的。比如，環(huán)保部門在開展城市污水處理時，可以采取CASS和超濾膜相互融合的技術(shù)手段，進行城市生活污水的凈化試驗，確保水力停滯時間在12小時，污水中的CODCr濃度保持在215～677 mg/L范圍內(nèi)。該技術(shù)的推廣與應(yīng)用，不僅保證了出水CODCr平穩(wěn)地維持在30 mg/L，同時將污水中的雜質(zhì)去除率提高到了90%之上，出水的pH值控制在了7.26～7.89范圍內(nèi)，出水濁度則低于0.5 NTU。由此發(fā)現(xiàn)，CASS和超濾膜的結(jié)合使用，使城市污水的出水質(zhì)量明顯高于實際用水標(biāo)準(zhǔn)，因此經(jīng)過凈化處理的污水可直接應(yīng)用于城市建設(shè)中，從而有效緩解了水資源匱乏對城市經(jīng)濟建設(shè)產(chǎn)生的影響。

5 結(jié)語

總之，超濾膜技術(shù)作為一種先進的水污染綜合防治技術(shù)，經(jīng)過長期的實踐研究和應(yīng)用，雖然在污水處理中取得了顯著的效果，但是相關(guān)部門還應(yīng)緊跟科學(xué)技術(shù)發(fā)展的腳步，深度挖掘超濾膜技術(shù)應(yīng)用的潛力和價值，將其有效應(yīng)用于污水有害物質(zhì)的過濾和凈化處理中，這不僅能夠促進水處理效率的全面提升，而且為后續(xù)水資源的回收再利用打下了堅實的基礎(chǔ)。為了促進我國水資源綜合利用率的有效提升，相關(guān)部門應(yīng)該積極探索和研究超濾膜技術(shù)在水處理中應(yīng)用研究的力度，充分重視超濾膜技術(shù)與反滲透技術(shù)相互融合的重要性，這樣才能在促進我國環(huán)境工程水處理社會效益與經(jīng)濟效益穩(wěn)步提升的基礎(chǔ)上，為我國生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展保駕護航。