膜技術(shù)在環(huán)境工程廢水處理中的應(yīng)用研究

施穎娜

（深圳市華爾信環(huán)保科技有限公司，深圳 518000）

1 膜技術(shù)概述

實(shí)現(xiàn)膜技術(shù)工藝的核心是膜，其技術(shù)應(yīng)用原理為過(guò)濾，主要是應(yīng)用有機(jī)或者無(wú)機(jī)高分子材料組成過(guò)濾膜，當(dāng)待處理的水流經(jīng)過(guò)濾膜時(shí)，可通過(guò)化學(xué)位差或者其他能量等，實(shí)現(xiàn)水中雜質(zhì)污染物等的過(guò)濾處理，從而進(jìn)一步完成分離提純以及濃縮等步驟。應(yīng)用于水處理中的膜非常輕薄，而且其應(yīng)用便捷，具有較強(qiáng)的可操作性，同時(shí)配置也形式多樣，還可以進(jìn)行回收利用，占據(jù)空間小，可高效完成水處理工作。膜處理技術(shù)包括超濾、納濾、微濾、反滲透、液膜等多種類(lèi)型，這些不同的技術(shù)應(yīng)用形式適用于多種類(lèi)型的水處理工作，所以在實(shí)際開(kāi)展廢水處理工作時(shí)，應(yīng)結(jié)合具體情況進(jìn)行合理選擇。

2 膜技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

相比于其他技術(shù)，膜技術(shù)在環(huán)境工程廢水處理中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)突出，主要包括以下幾點(diǎn)：首先，膜技術(shù)具有較高的廢水處理效率，且應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行廢水處理基本不會(huì)產(chǎn)生污泥，因此可節(jié)省污泥處理的費(fèi)用。其次，在廢水處理中應(yīng)用膜技術(shù)時(shí)，處理系統(tǒng)處于密閉運(yùn)行狀態(tài)，所以操作環(huán)境相對(duì)衛(wèi)生，不會(huì)產(chǎn)生污水、臭味等。第三，應(yīng)用膜技術(shù)進(jìn)行污水處理時(shí)所消耗的能源比較少，因?yàn)槭遣捎脽o(wú)相變分離技術(shù)，只有在泵送液時(shí)，才需要消耗少量的電能。第四，應(yīng)用膜技術(shù)處理廢水時(shí)，所用設(shè)備的成本和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用較低，而且便于后續(xù)維護(hù)，設(shè)備的占地面積也比較小[1]。

3 膜技術(shù)在廢水處理中應(yīng)用的種類(lèi)

3.1 納濾膜技術(shù)

膜分離作用是該技術(shù)突出的特征，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，結(jié)合應(yīng)用生物進(jìn)化技術(shù)以及復(fù)合膜技術(shù)，是以膜生物反應(yīng)器為主，可以實(shí)現(xiàn)水資源的分離和凈化處理。應(yīng)用該技術(shù)后，可完成待處理水體的一次性?xún)艋?，其納濾膜能夠有效吸附水體中存在的重金屬及其他雜物等，然后再通過(guò)微生物去除有害物質(zhì)。該技術(shù)因具有的優(yōu)勢(shì)，成為當(dāng)前環(huán)境工程廢水處理中不可或缺的凈化技術(shù)之一。經(jīng)此技術(shù)處理的廢水，不需要進(jìn)行其他凈化處理就可以直接排放，其在廢水處理系統(tǒng)中能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行，因而具有可操作性強(qiáng)且高效的特點(diǎn)。

3.2 超濾膜技術(shù)

對(duì)于超濾膜技術(shù)來(lái)說(shuō)，較高的水體凈化效率是其主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)，此種膜技術(shù)從本質(zhì)上改變了傳統(tǒng)的水處理模式。在實(shí)施水體凈化處理時(shí)，該技術(shù)搭配少量的化學(xué)藥劑，就可以實(shí)現(xiàn)水體凈化的目標(biāo)，而且不會(huì)污染周邊環(huán)境。也正是因?yàn)樵摷夹g(shù)所具備的化學(xué)作用屬性，才使其能夠用于大面積的水體凈化處理，適用范圍較為廣泛。超濾膜能夠耐受高溫環(huán)境，能夠承受的最高溫度可以達(dá)到150 ℃左右[2]，所以在高溫環(huán)境中進(jìn)行污水處理時(shí)，該技術(shù)可作為首選。在高溫環(huán)境中應(yīng)用超濾膜技術(shù)處理污水，還可以借助高溫殺滅水中的細(xì)菌等，而且效果顯著。另外，與其他膜技術(shù)相比，超濾膜技術(shù)在膠體物質(zhì)的清潔處理方面具有較為突出的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用該技術(shù)基本能夠?qū)⑺w中的膠體有害物質(zhì)完全清除干凈。超濾膜技術(shù)多用于飲用水凈化，鑒于其良好的消毒凈化作用，還可以用于清除水中的病菌藻類(lèi)等。

3.3 微濾膜技術(shù)

膜技術(shù)中最早出現(xiàn)的技術(shù)就是微濾膜技術(shù)，該技術(shù)具有良好的可拓展屬性，在應(yīng)用范圍方面最為廣泛。在實(shí)際開(kāi)展水處理時(shí)，可以與其他類(lèi)型的水處理工藝或者膜技術(shù)融合應(yīng)用。在環(huán)境工程污水處理中，經(jīng)常將微濾膜技術(shù)與混凝劑處理技術(shù)、超濾摸技術(shù)等多種技術(shù)混合應(yīng)用。該技術(shù)也可以應(yīng)用于飲用水的凈化處理中，應(yīng)用該工藝可以將水中的細(xì)菌和固體污染物清除干凈，而且處理效果良好。但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中還需注意，在某些情況下應(yīng)用此種膜技術(shù)處理廢水時(shí)，需要使用適量的混凝劑，以確保處理效果，而混凝劑的用量是需要重點(diǎn)控制的內(nèi)容，需要結(jié)合實(shí)際情況科學(xué)控制混凝劑用量，避免用量過(guò)多使水體遭受二次污染。

3.4 液膜技術(shù)

該技術(shù)是一種相對(duì)來(lái)說(shuō)較為傳統(tǒng)的膜技術(shù)，此種技術(shù)起源于美國(guó)，后被引入我國(guó)廣泛應(yīng)用。該技術(shù)的適用領(lǐng)域主要集中在工業(yè)廢水、印染廢水等的處理上，在這些類(lèi)型廢水的處理中，水體凈化效果明顯要超出其他種類(lèi)的膜技術(shù)。該技術(shù)能夠全面清除水體中存在的硝基酚，這種成分在工業(yè)廢水以及有機(jī)廢水中含量較多，應(yīng)用液膜技術(shù)處理后，凈化完成的廢水在短期內(nèi)可以滿(mǎn)足國(guó)家制定的相應(yīng)排放標(biāo)準(zhǔn)。但應(yīng)用該技術(shù)實(shí)施廢水處理時(shí)需注意，處理前要先測(cè)定水體成分，如果檢測(cè)結(jié)果顯示硝基酚含量過(guò)高，要先應(yīng)用液膜技術(shù)先進(jìn)行初步處理，然后再應(yīng)用其他類(lèi)型的膜技術(shù)進(jìn)行二次凈化處理，這也是現(xiàn)階段液膜技術(shù)應(yīng)用于廢水處理中的主要形式[3]。

3.5 正滲透膜技術(shù)

該技術(shù)是借助汲取液和原料液之間產(chǎn)生的滲透壓差形成的動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)液體的自動(dòng)分離，不需要借助外部驅(qū)動(dòng)力就可以實(shí)現(xiàn)水處理，但是該技術(shù)的實(shí)際處理效果有待提升，雖然已經(jīng)投入使用，但還具有較大的技術(shù)優(yōu)化空間。應(yīng)用正滲透膜技術(shù)進(jìn)行水處理時(shí)，處理效果不佳，但是在垃圾滲濾液的凈化處理上優(yōu)勢(shì)較為突出。垃圾滲濾液是有機(jī)廢水的一種，其中含有重金屬元素和各種有機(jī)物，應(yīng)用其他膜技術(shù)處理垃圾滲濾液不容易達(dá)到理想的處理效果，而正滲透膜技術(shù)在凈化處理中應(yīng)用CTA滲透膜以及氯化鈉汲取液，并將二者有效結(jié)合，可以在垃圾滲濾液的處理中發(fā)揮重要的凈化作用，高效地截留并且快速分離液體中的污染物質(zhì)。此外，應(yīng)用該技術(shù)實(shí)施垃圾滲透液的凈化處理還不會(huì)出現(xiàn)其他水處理技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中經(jīng)常遇到的膜通量問(wèn)題。

3.6 反滲透膜技術(shù)

反滲透膜技術(shù)在水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用已經(jīng)逐漸成熟，在超純水的制作、海水的淡化處理以及醫(yī)療廢水的凈化過(guò)濾等領(lǐng)域應(yīng)用較多。該技術(shù)的應(yīng)用費(fèi)用低，但是廢水過(guò)濾期間對(duì)其膜的性能有著較高的要求。為了提升該技術(shù)的應(yīng)用效果，先后研制出多種高效的復(fù)合膜，所以膜的合理選擇也是該技術(shù)應(yīng)用期間的關(guān)鍵控制要點(diǎn)。

3.7 滲析分離技術(shù)

該技術(shù)是借助膜兩側(cè)的濃度差實(shí)現(xiàn)吸附擴(kuò)散和篩分處理，使液體中的小分子溶質(zhì)通過(guò)對(duì)稱(chēng)的微孔膜，實(shí)現(xiàn)交換處理，截留液體中的大分子。應(yīng)用該技術(shù)能夠?qū)Υ蠓肿尤芤哼M(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)低分子組分的分離。

3.8 電滲析分離技術(shù)

應(yīng)用此種膜分離技術(shù)進(jìn)行廢水處理時(shí)，需要借助直流電作為其推動(dòng)力，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，是借助陰離子和陽(yáng)離子的交換膜，對(duì)水中陰離子和陽(yáng)離子產(chǎn)生選擇透過(guò)性，使水中的電離子可以通過(guò)膜轉(zhuǎn)移到另一水體中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)溶液中電解質(zhì)的有效分離，完成其所處理溶液的濃縮提純處理。

3.9 滲透汽化技術(shù)

滲透汽化技術(shù)是一種新型的膜分離處理技術(shù)，其適用于液體混合物的凈化分離處理。該工藝能耗低，但傳統(tǒng)的蒸餾萃取方法等難以完成分離工作，因而可借助該技術(shù)分離廢水中的有機(jī)污染物質(zhì)。

3.10 動(dòng)態(tài)膜技術(shù)

動(dòng)態(tài)膜技術(shù)是通過(guò)動(dòng)態(tài)膜實(shí)現(xiàn)對(duì)水體中污染物質(zhì)的分離過(guò)濾處理，其分離系統(tǒng)主要由動(dòng)態(tài)膜的分離層，以及動(dòng)態(tài)膜的載體組成。動(dòng)態(tài)膜的載體主要用于承載大孔徑材料，例如篩網(wǎng)、鋼絲網(wǎng)等。分離層主要是指依附在載體之上，能夠?qū)崿F(xiàn)分離處理的濾餅層。通過(guò)水體中懸浮固體物的濃度，可以判斷出動(dòng)態(tài)膜的實(shí)際分離處理效果。當(dāng)前該技術(shù)在廢水處理領(lǐng)域尚處于試驗(yàn)階段，還有很大的技術(shù)進(jìn)步空間。

3.11 膜生物反應(yīng)器技術(shù)

該技術(shù)是活性污泥和膜分離技術(shù)融合應(yīng)用的技術(shù)產(chǎn)物，其在廢水處理中，還同時(shí)應(yīng)用了膜組件以及生物反應(yīng)器。將待處理的廢水送入生物反應(yīng)器中，并與其產(chǎn)生反應(yīng)。循環(huán)泵裝置能夠?yàn)樗峁┭h(huán)動(dòng)力，令其流經(jīng)膜組件后，實(shí)施凈化過(guò)濾后再排放出來(lái)。同時(shí)生物相回流，流入到生物反應(yīng)器當(dāng)中。其中，傳統(tǒng)處理技術(shù)中應(yīng)用的二次沉淀池被膜組件所代替，因而應(yīng)用優(yōu)勢(shì)顯著[4]。該工藝中應(yīng)用的膜生物反應(yīng)器，可同步完成消毒過(guò)濾和生物處理作用，且經(jīng)過(guò)處理后的水質(zhì)較好。反應(yīng)器中的高濃度微生物對(duì)于污水處理系統(tǒng)處理負(fù)荷的提升大有益處，同時(shí)此種生物處理過(guò)程便于精準(zhǔn)控制。

4 環(huán)境工程廢水處理中膜技術(shù)的具體應(yīng)用

4.1 在含油廢水處理中的應(yīng)用

顧名思義，含油廢水主要指水中含有大量油污的廢水，這些廢水可能來(lái)自于石油生產(chǎn)、餐飲行業(yè)，或者是工業(yè)煉油生產(chǎn)過(guò)程等。排放的含油污水中可能含有分散油、浮油、溶解油等。對(duì)于此種類(lèi)型的廢水實(shí)施凈化處理的時(shí)候，可應(yīng)用超濾膜技術(shù)，該技術(shù)工藝具有良好的濕潤(rùn)效果，且親和性良好。超濾膜的表面在分散乳狀油時(shí)，可以充分濕潤(rùn)，使油的粒徑尺寸增加，進(jìn)而形成聚集效應(yīng)。滴液直徑遠(yuǎn)大于超濾膜的孔徑，在壓差下會(huì)導(dǎo)致滴液變形，而且滴液在壓差作用下會(huì)產(chǎn)生摩擦力，破壞超濾膜表面活性劑，進(jìn)而產(chǎn)生內(nèi)相，與過(guò)濾膜孔壁充分接觸后就會(huì)附著在其上面，逐漸聚集形成粒徑較大的液滴。壓力還會(huì)作用于膜孔，在壓力作用下會(huì)將連續(xù)相擠入液膜中，破壞活性劑后與分散相分相，實(shí)現(xiàn)油水分離，可以大幅度提升浮化油的清除效率[5]。應(yīng)用超濾膜技術(shù)處理含油廢水時(shí)，搭配應(yīng)用膜生物反應(yīng)器技術(shù)，還可以提升水體中的生物降解效率，優(yōu)化水體中懸浮固體和高溶性污染物的凈化效果。

4.2 在食品廢水處理中的應(yīng)用

乳品加工、制糖加工、釀造生產(chǎn)、肉類(lèi)加工等生產(chǎn)過(guò)程中排放的廢水都屬于食品廢水，該行業(yè)排放的廢水中，含水量大，COD值相對(duì)較高，且廢水中含有高濃度的脂肪、糖類(lèi)和蛋白質(zhì)等物質(zhì)。對(duì)此類(lèi)廢水實(shí)施處理時(shí)，主要目標(biāo)是對(duì)廢水中有價(jià)值的有機(jī)物質(zhì)實(shí)施回用處理，盡量降低廢水的COD值。

上世紀(jì)九十年代，食品加工生產(chǎn)行業(yè)的廢水處理，就已經(jīng)采用了膜技術(shù)[6]。例如，在黃姜廢水的處理中融合應(yīng)用了納濾膜技術(shù)和微濾膜技術(shù)，并在廢水中成功提取出較高純度的葡萄糖溶液，通過(guò)實(shí)施進(jìn)一步的生化處理，使黃姜廢水達(dá)到了排放標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 在造紙廢水處理中的應(yīng)用

在造紙行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)排放大量污水，此類(lèi)廢水處理量大且凈化難度比較高。在造紙生產(chǎn)過(guò)程中，為了對(duì)造紙?jiān)蠈?shí)施有效的漂白處理，需要應(yīng)用大量化學(xué)物質(zhì)來(lái)進(jìn)行加工，因而所排放的造紙廢水中也都存在有害的化學(xué)物質(zhì)，所以造紙工業(yè)廢水的凈化處理也是環(huán)境工程廢水處理工作中關(guān)注的重點(diǎn)。在實(shí)際處理工作中，可應(yīng)用超濾膜技術(shù)，有效過(guò)濾并凈化造紙廢水中懸浮的固體污染物和膠體污染物以及有機(jī)物[7]。應(yīng)用超濾膜技術(shù)比傳統(tǒng)廢水凈化工藝效果更佳，處理過(guò)程中合理設(shè)置其超濾膜的孔徑，還能夠?qū)⒃旒垙U水中的木質(zhì)素等物質(zhì)進(jìn)行過(guò)濾回收處理。完成木質(zhì)素的回收處理之后，造紙黑液廢水可變?yōu)橥该鳠o(wú)色，顯著優(yōu)化水體凈化效果，實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)回用。在造紙廢水處理中應(yīng)用膜技術(shù)，一方面可以實(shí)現(xiàn)其生產(chǎn)中排放的造紙污水的優(yōu)化處理，同時(shí)還能夠最大程度地降低造紙生產(chǎn)的成本支出。

4.4 在重金屬?gòu)U水處理中的應(yīng)用

有色金屬冶煉生產(chǎn)、礦山排水、電鍍生產(chǎn)中的鍍件洗滌、廢石廠(chǎng)的淋浸水都含有重金屬等物質(zhì)。這些含有重金屬元素的廢水具有重大危害，其會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，而且不能應(yīng)用生物降解方式實(shí)施處理，有毒期比較長(zhǎng)，危害性非常大。對(duì)于此種類(lèi)型的廢水實(shí)施凈化處理的時(shí)候如果只用傳統(tǒng)的中和沉淀工藝，處理后的廢水凈化度不能達(dá)標(biāo)。所以需應(yīng)用膜分離技術(shù)，對(duì)重金屬?gòu)U水實(shí)施濃縮處理，可將其中存在的有價(jià)值的重金屬物質(zhì)提取出來(lái)，同時(shí)剩余的滲透液凈化度也能夠達(dá)到直接排放以及回收利用的標(biāo)準(zhǔn)，一舉兩得[8]。

4.5 在海水淡化處理中的應(yīng)用

現(xiàn)階段，生態(tài)環(huán)境遭受的破壞較為嚴(yán)重，淡水資源越發(fā)珍貴。為了提升水資源的利用率，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，海水資源的淡化利用及處理被業(yè)內(nèi)高度重視。在這一方面，應(yīng)用超濾膜技術(shù)，有著突出的物化性能以及良好的分離效果。在對(duì)海水實(shí)施淡化處理的過(guò)程中，可將超濾膜工藝與其他處理技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，從而有效清除海水中存在的各類(lèi)微生物及雜質(zhì)等，并轉(zhuǎn)化生成更多的淡水[9]。與其他類(lèi)型的海水淡化處理技術(shù)相比較，超濾膜技術(shù)在海水淡化處理中能夠節(jié)省更多的海水資源。在該技術(shù)應(yīng)用的過(guò)程中，對(duì)于反滲透系統(tǒng)具有較高的可控性，可顯著延長(zhǎng)滲透膜的使用年限，因而間接節(jié)省了海水淡化處理過(guò)程的成本。

4.6 在紡織廢水處理中的應(yīng)用

在紡織工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)加入各類(lèi)染料、漿料、活性劑、酸堿鹽等，其排放的廢水中成分組成非常復(fù)雜，其中含有棉、毛、油脂、纖維素以及鹽類(lèi)等。廢水中存在的各類(lèi)污染物性質(zhì)不穩(wěn)定，存在較大的危害性。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)現(xiàn)存部分的紡織企業(yè)，對(duì)其生產(chǎn)中排放的污水實(shí)施凈化處理時(shí)，已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用膜分離技術(shù)。例如，慈溪寧波神鷹針織工貿(mào)有限公司，在企業(yè)排放廢水的凈化處理過(guò)程中應(yīng)用了膜分離技術(shù)，很好地解決了企業(yè)染印生產(chǎn)中的污水回用和凈化處理期間出現(xiàn)的難題；中國(guó)兵器科學(xué)研究院的技術(shù)人員，對(duì)反滲透膜技術(shù)和納濾膜技術(shù)進(jìn)行了融合應(yīng)用，研發(fā)出了新的廢水處理工藝。在相應(yīng)壓力的作用下，水中99.5%以上的鈉離子都不能從滲透膜中通過(guò)，粒子直徑大于鈉離子的粒子也不能從滲透膜的篩孔中通過(guò)。此時(shí)，只有較為純凈的水可以通過(guò)篩孔[10]。經(jīng)過(guò)凈化處理后的水硬度顯著降低，因而能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)利用。此種反滲透技術(shù)應(yīng)用于紡織印染的廢水處理中，可以有效回收印染原料，使生產(chǎn)成本顯著降低，與此同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)印染廢水的凈化排放，去除有害物質(zhì)，因而環(huán)境效益良好。應(yīng)用膜分離技術(shù)，在提升水質(zhì)的同時(shí)，還節(jié)省了生產(chǎn)中自來(lái)水的用量。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，環(huán)境工程中廢水處理技術(shù)的研發(fā)是技術(shù)人員的工作中心，直接關(guān)系到國(guó)內(nèi)水環(huán)境的好壞。為了能夠有效提升我國(guó)水環(huán)境治理水平，改善水環(huán)境，相關(guān)工作人員就要應(yīng)用高效且適用性強(qiáng)的水處理技術(shù)，在此種情況下，膜技術(shù)的應(yīng)用受到了業(yè)內(nèi)的充分重視，其在生活污水以及工業(yè)廢水等廢水凈化處理中做出了突出貢獻(xiàn)，應(yīng)用效果顯著。在未來(lái)該技術(shù)還將不斷完善，在環(huán)境工程水處理中發(fā)揮更重要的作用。