超濾膜技術在環(huán)境工程水處理中的應用研究

＊沈靈鳳 胡仲明 杭鐘銘

（1.浙江省環(huán)境科技有限公司寧波分公司 浙江 315100 2.慈溪市環(huán)境保護監(jiān)測站 浙江 315302 3.寧波富德能源有限公司 浙江 315200）

超濾膜技術的原理，是對溶液進行科學的分離以及壓縮，將懸浮物深度過濾而有效清除水生生物、有害重金屬離子等，是專為環(huán)保工程的水處理進行設計的。使用時，通過加壓、過濾和截水操作，截留了微生物和無機鹽，起到了凈化水質的目的，并且無需使用化學品，避免對水體造成污染。該技術的應用具有損耗低、分離效果強等優(yōu)點，因此在環(huán)境工程中被廣泛應用。

1.超濾膜技術基本概述及特點

超濾膜是一種介于微濾和納濾的過濾方式，可快速高效過濾不同雜質，凈化水體質量。超濾膜的膜材料主要有纖維素及其衍生物、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚砜酰胺和改性丙烯酸聚合物等。該技術應用原理是以膜兩側的壓力差為驅動力，在一定的壓力下，當原液流過膜時，表面密布的微孔只允許水和小分子物質通過，而體積大于膜微孔徑的物質則被截留，成為濃縮液。一般來說，超濾膜包括兩個部分：半透膜以及高壓下的超濾。由于膜上密布無數(shù)微孔，溶液在高壓作用下，小分子的溶劑通過孔從膜的一側轉移到另一側，截留了部分大分子溶質，得到聚合物過濾膠體的效果，可以有效阻隔目標物質。在超濾分離中，隨著溶液壓力的增加，小分子的溶劑和無機鹽離子等可以順利地流向另一側。通過分析超濾膜技術應用，發(fā)現(xiàn)它具有很多優(yōu)勢，與傳統(tǒng)的水處理相比，突出了其適用性強和操作便捷的特點。

在廢水處理中，超濾膜技術的目的是通過調(diào)節(jié)濾膜孔徑去除目標雜質，充分體現(xiàn)了其在水質凈化上的優(yōu)勢。超濾膜技術實現(xiàn)了較高的污染去除率，有效地將水源中膠體和其他雜質過濾，是凈化水的理想方式。與傳統(tǒng)水處理應用相比，超濾膜的應用和運行不依賴于化學品或各類助劑，達到了非常好的凈水效果，降低了二次污染，保證了供水質量。超濾膜技術在凈化水質時，無需復雜的操作程序，既提高實際技術應用的便捷性，也可達到理想的技術應用效果。通過了解超濾膜技術應用，可以發(fā)現(xiàn)它具有很強的穩(wěn)定性，穩(wěn)定性的優(yōu)勢體現(xiàn)在化學穩(wěn)定性上，可應用于不同性質的水體凈化，也可以在高溫條件下使用，達到有效的殺菌效果。

2.超濾膜技術應用中的問題

在超濾膜技術應用過程中，同樣存在制約因素。一般情況下，超濾膜技術在運行過程中需要經(jīng)常開啟、關閉閥門，會產(chǎn)生較大的聲音，不利于設備使用維護，無助于切換速度的保證。氣動閥的速度問題經(jīng)常發(fā)生，需要經(jīng)常調(diào)整氣動閥，并且需要使用消聲器來控制氣動閥的啟閉噪聲。在水處理的應用中，超濾膜組件減少了水箱的有效容積，增加了技術的能耗。超濾膜長時間使用后需要更換，更換下來的廢棄超濾膜成為了工業(yè)固體廢物，應妥善貯存、處置。因此，在超濾膜技術應用中應重視次生環(huán)境污染問題，促進該技術在水處理中的更好應用。超濾膜在應用中還有廣闊的發(fā)展空間，目前的技術應用缺乏與其他技術的合作，導致具體的應用功能受到限制。

3.超濾膜技術在環(huán)境水處理中的應用

(1)海水淡化

國家和地區(qū)發(fā)展對水資源的需求很大，而淡水資源卻很少。因此，將海水資源轉化為淡水，有助于可持續(xù)發(fā)展，在滿足飲用水標準的基礎上，采用優(yōu)良的技術手段，成功轉化海水資源，使水資源利用得到有效的提升，同時也具有很大的實用價值。多年來，許多國家研究海水淡化技術，并在應用中取得了成果。在沒有淡水資源的情況下，使用反滲透技術進行凈化，以獲得純水。超濾膜技術的引進，可以降低經(jīng)濟成本，提高水資源的利用率。在海水淡化中，運用超濾膜技術，可實現(xiàn)清潔水的生產(chǎn)和有害物質的分離。超濾膜技術在海水處理中的應用，提高了淡化效率，依靠反滲透來保證高水質標準，并進一步提高了超濾膜的使用率，同時也降低了經(jīng)濟成本。

(2)含油污水處理

部分廢水含有大量油性物質，如某些食品行業(yè)的生產(chǎn)廢水和一些機械加工行業(yè)的廢水，都屬于含油廢水。含油廢水中的油分可分為浮油、分散油和乳化油。浮油和分散油可通過隔油池去除，而乳化油以微米級大小的粒子存在于廢水中，普通的重力分離難以去除。而超濾膜的孔徑可達到納米級，在加壓情況下，乳化油液滴會發(fā)生變形，液滴和孔徑產(chǎn)生摩擦從而破壞乳化油的活性，油分粘附在孔壁上，在聚集中形成大液滴被截留下來，而水和低分子有機物可透過濾膜，實現(xiàn)油水分離。應用超濾膜還可以起到生物降解，進一步提高可溶性污染物的凈化效率，也可保證水處理過程的穩(wěn)定性。

(3)清潔飲用水

在生活水平日益提高的今天，人們對飲用水的水質要求越來越高，傳統(tǒng)的水處理已經(jīng)跟不上目前的飲用水標準。為此，在工程水處理研究中，需要提升水處理技術，提高凈化效果，滿足人們對優(yōu)質飲用水的需求。超濾膜對飲用水凈化有著重大影響。超濾膜技術應用于飲用水的凈化，通?？捎糜谌コ泻ξ⑸锖蜔o機鹽等，還可以根據(jù)需要，在水中添加有益成分，改善飲用凈水效果。設置微生物和重金屬多級屏障，去除有害物質，獲得優(yōu)質飲用水。

(4)工業(yè)廢水回用

將達到外排標準的工業(yè)污水進行處理，達到回用標準后回用于生產(chǎn)，實現(xiàn)節(jié)能減排、保護環(huán)境的目的。例如鋼鐵廢水先在砂池中處理，然后進入絮凝反應池，通過管道混合器加入PAC混凝劑，使水中的膠體懸浮物凝結，然后進入斜管式沉淀池進行分離。沉淀池的水由加壓泵提升送入自動精密過濾器，過濾和分離出水中的懸浮雜質。過濾后的水進入活性炭過濾器，通過活性炭吸附，防止有機物、余氯等物質進入水中。原水流過濾后，均勻分布在過濾器的每個單元中，超濾膜過濾器的單元可按串聯(lián)或并聯(lián)工作。超濾后水進入中間池，利用中間池的清潔水對系統(tǒng)進行清洗。超濾得到的水在給水泵的壓力下供給，送入系統(tǒng)保護過濾器，經(jīng)給水泵雙倍壓力后，進入反滲透膜單元。凈化后的水通過反滲透生產(chǎn)，進入RO濃水池，當RO產(chǎn)水率降低時，在達到一定壓差后進行反洗，反洗頻率達到一定值時進行化學清洗，以此來達到超濾膜回用的目的。

(5)電子工業(yè)廢水處理

某些工業(yè)廢水成分較為復雜，既含有大量有機組分，又含有無機有害成分，如電子工業(yè)廢水。廢水中的有機組分去除難度較大，特別是有機硫和有機氮等難分解，使廢水處理難度加大，水處理工藝復雜化，廢水若不進行有效處理后再排放易造成環(huán)境污染。電子工業(yè)廢水中的微米級硅晶體物質會引起沉積物礦化，降低廢水處理效率，因此，必須先將微米級的硅晶體去除。超濾膜技術同樣可運用于電子工業(yè)廢水處理，超濾膜納米級的孔徑可有效截留硅晶體物質和大分子的有機組分，確保廢水可有效進行下一步的凈化處理。超濾膜技術簡化了水處理工藝，便于企業(yè)開展廢水處理運行及管理。

(6)超濾膜技術在生活污水處理中的應用

在日常生活中很多活動均會產(chǎn)生廢水，生活污水的產(chǎn)生場所有廚房、浴室等區(qū)域。生活污水含有大量無機鹽，雖毒性較低，但如果生活污水未經(jīng)處理直接進行排放，當排放達到一定量時，就會超出地表水體的自凈能力，造成水體污染，常見問題是水體富營養(yǎng)化。目前，人們環(huán)保觀念加強，對生活污水的凈化處理也逐步重視。隨著超濾膜技術的應用，對生活污水的處理效率有了極大提高。在生活廢水處理過程中，超濾膜技術與其它技術結合，以確保廢水凈化效率，有效去除有害物質，進一步凈化至相應回用標準后，可用于農(nóng)業(yè)灌溉等領域。從提高污水處理效率來看，在進行污水處理時，先要對污水中雜質進行預處理，再應用超濾膜技術進行過濾。在此過程中，技術管理人員需要注意污水的分質分類收集、處理，從而提高超濾膜的凈化效率，亦可節(jié)約處理成本。在提高污水處理及回收效率方面，技術管理人員要重點安裝水循環(huán)系統(tǒng)，以對應用超濾膜技術處理的污水進行回用。

(7)超濾膜技術處理食品工業(yè)廢水的應用

近年來，社會經(jīng)濟發(fā)展迅速，生產(chǎn)和生活水平提高。在此背景下，食品工業(yè)順應了發(fā)展的需要，品種不斷改進和增多，以滿足人們的生活需要。但在食品生產(chǎn)加工過程中，會產(chǎn)生大量的污水，這些廢水中存在大量的有機懸浮物，若不加處理直接排放，就會直接導致水體富營養(yǎng)化問題，使水體的含氧量降低。這種情況下，水生生物難以生存，對生態(tài)生物多樣性構成威脅，嚴重破壞了生態(tài)平衡。另外，廢水中的懸浮物會推移沉淀至水底，厭氧發(fā)酵產(chǎn)生強烈的異味，會嚴重影響水體質量。

此外，食品廢水中含有的乳糖具有一定的回收價值。因此，在處理食品行業(yè)廢水過程中，可將該物質分離出來，以提高資源的利用率。由于超濾膜污水處理技術的良好除菌效果，其被廣泛應用于食品行業(yè)的污水處理工作中。而且，該技術不僅能快速去除污水中的微生物和雜質，還能有效回收污水中具有利用價值的物料，在減少廢水處理成本的同時，也能有效保障廢水處理的效率。由此可見，應用超濾膜處理技術，凈化食品加工工業(yè)的廢水，能全面提高其污水處理的效果，符合社會經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的目標，同時提高資源利用率。

4.提升超濾膜技術改善污水處理質量的相關策略

(1)全面做好污水凈化系統(tǒng)的處理

為提高污水凈化處理水平，技術人員要加強對生活用水管道的安裝工作，防止飲用水在凈化過程中受到二次污染。國家還要制定合理的飲用水使用價格策略，控制好人們的用水行為，提高節(jié)約意識。為避免有害重金屬物質對生活飲用水造成污染，可積極推廣超濾膜技術，構成多膜反滲透系統(tǒng)，以全面保證生活飲用水的質量。在對生活或工業(yè)用水凈化處理時，要進行合理的區(qū)分、分質。首先，不同類型的污水要有單獨管道，分別進行處理。如廢水處理和過濾要以特定方式進行，它取決于污水水體的顆粒和離子類型。其次，應針對不同廢水建立特定的過濾指標，如針對消費需求過濾或生產(chǎn)用水過濾等。

(2)全面做好污染源的排查監(jiān)督工作

由于不同的廢水類型要使用不同的超濾膜處理技術，因此，技術管理人員必須要做好水污染源的排查工作，以全面保證水體污染的防治效果。通過加強對現(xiàn)場的檢查，建立水污染情況專項數(shù)據(jù)，利用信息化技術進行分析，以作出合理的污水處理技術安排，如對水箱和閥門進行調(diào)整，以適應局部區(qū)域污水處理的要求。

(3)加強相關技術的研發(fā)

超濾膜技術可與活性炭處理技術相結合。雖然超濾膜技術在使用后不易降解，但由于市場對該技術的需求很大，而企業(yè)又沒有足夠的生產(chǎn)力，導致應用超濾膜技術成本較高。為了控制其使用成本，可組合使用活性炭過濾裝置，以達到污水雙重過濾的效果。

5.超濾膜技術在環(huán)境水處理的應用前景

(1)新濾膜的研發(fā)

超濾膜技術在運行過程中雖可重復使用，但長期使用后需要進行反沖洗，從而去除超濾膜孔隙中的雜質和污染物，但是超濾膜的清洗工序較復雜，需要化學試劑輔助，且無法實現(xiàn)100%清潔，存在二次污染隱患。隨著技術的發(fā)展，超濾膜研發(fā)將成為必然趨勢。利用先進技術開發(fā)新一代濾膜，以提高技術應用的耐酸堿和可回收性，新一代濾膜技術的研發(fā)需要趨向于低成本和低復雜度，進一步加強其在凈水方面的效果。

(2)超濾膜的理想組合

超濾膜技術在環(huán)境凈水方面具有極佳的效果，可有效截留有機物、無機鹽、微生物等。而僅靠超濾膜并不能完成對廢水的處理，超濾膜技術往往需要與其他凈水技術結合，通過相關技術合作提高水處理效率，超濾膜組合也是未來超濾膜發(fā)展的趨勢。超濾膜技術與CSAA廢水處理、MBR和沉淀設備等相結合，在廢水處理和海水淡化中有著重要的作用，并在超濾膜技術未來發(fā)展中，將產(chǎn)生更多的組合。如超濾膜技術與活性炭結合，在應用中完成大顆粒的吸附。根據(jù)水質調(diào)整活性炭，活性炭具有附加功能，可以合理調(diào)節(jié)水質濁度。

(3)推動超濾膜技術在水處理中的應用

超濾膜技術作為一種高效便捷的水處理技術，與傳統(tǒng)水處理工藝相比，可大大提高廢水處理效率，既可應用于家庭飲用水凈化、又可應用于多種不同的工業(yè)廢水處理，且可與不同的水處理工藝形成多樣性、多功能的組合，使用范圍較廣，其在環(huán)境水處理的應用前景較好，社會和企業(yè)可進行推廣應用。

6.結束語

總的來說，當前環(huán)境水處理存在非常多的困難，廢水種類豐富多樣。為了更快速提高水處理效果，要積極推動超濾膜技術，并對不同應用對象合理規(guī)劃。隨著全社會對水資源需求增加，除了要提高節(jié)水意識外，還可利用先進的超濾膜技術處理，對各種廢水進行高效處理，以緩解水資源短缺的局面，以滿足對飲用水、城市污水處理的需求，并達到良好的污水處理效果，幫助人們獲得更優(yōu)質的水資源。