環(huán)境工程水處理中超濾膜技術(shù)的應(yīng)用

陸 曲

（廣西岑溪北投環(huán)保水務(wù)有限公司，廣西 梧州 543200）

引言

作為人類賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，水資源一旦遭到嚴(yán)重的污染，人們的生活質(zhì)量就會(huì)受到嚴(yán)重影響，因此加強(qiáng)對(duì)水資源的保護(hù)是當(dāng)前我們必須要面對(duì)的問題。

為了更好地滿足人們對(duì)水資源的需求，提高水資源利用效率和質(zhì)量，同時(shí)為社會(huì)發(fā)展提供強(qiáng)有力的保障，在當(dāng)前環(huán)境背景下，我國(guó)環(huán)境工程水處理技術(shù)得到了快速發(fā)展和應(yīng)用，其中超濾膜技術(shù)作為一種新型的水處理技術(shù)，采用了一種中空纖維超濾膜物質(zhì)，通過物理方法實(shí)現(xiàn)對(duì)水的凈化和處理。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，超濾膜技術(shù)具有分離效率高、能耗低、出水水質(zhì)好、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。由于超濾膜技術(shù)具有處理效率高、成本低等特點(diǎn)，非常適合在環(huán)境工程水處理中應(yīng)用，再加上其具有出水水質(zhì)好、操作簡(jiǎn)單、節(jié)能等優(yōu)勢(shì)，因此在實(shí)際應(yīng)用過程中，相關(guān)人員要結(jié)合當(dāng)?shù)厮Y源狀況和實(shí)際情況來(lái)選擇合適的超濾膜技術(shù)，充分發(fā)揮超濾膜技術(shù)在環(huán)境工程水處理中的作用。

1 超濾膜技術(shù)的基本原理及應(yīng)用特點(diǎn)

超濾膜技術(shù)是一種新型的分離技術(shù)，具有精度高、通量大、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)廢水、飲用水處理以及其他領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。超濾膜技術(shù)的工作原理是利用膜本身的過濾功能，以壓力為推動(dòng)力，在一定條件下，孔徑為1～100 nm的薄膜可以通過，透過溶液中的大分子溶質(zhì)和小分子溶質(zhì)到達(dá)膜的另一側(cè)。通過分離、截留實(shí)現(xiàn)對(duì)水中雜質(zhì)的分離。在水處理過程中，超濾膜技術(shù)主要采用微孔過濾方法，通過孔徑為0.1 μm的超濾膜，實(shí)現(xiàn)對(duì)水中細(xì)菌、病毒等有害物質(zhì)的過濾處理。

在實(shí)際工作中，超濾膜技術(shù)主要分為微濾和超濾兩種類型。微濾膜主要應(yīng)用于污水處理領(lǐng)域，通過微濾能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)污水中懸浮物與膠體物質(zhì)的去除。而超濾膜則是應(yīng)用于飲用水領(lǐng)域中，通過超濾膜孔徑為0.1 μm的超濾膜，將水中雜質(zhì)截留下來(lái)。在實(shí)際工作中，超濾膜技術(shù)可以有效分離水中懸浮物與膠體物質(zhì)，并有效去除水中細(xì)菌、病毒等有害物質(zhì)[1]。

超濾膜分離技術(shù)有機(jī)械作用（如壓縮和剪切）和物理作用（如化學(xué)和電作用）兩種機(jī)理。機(jī)械作用主要是靠膜表面與水分子間的作用力，而物理作用則是靠膜孔表面的空間位阻效應(yīng)，也就是膜孔中的電荷或電荷間的相互作用。超濾膜技術(shù)對(duì)有機(jī)物的去除率高，能有效去除水中溶解的膠體、微生物及大分子有機(jī)物等，保留了水中對(duì)人體有益的礦物質(zhì)和微量元素?？傮w來(lái)看，超濾膜技術(shù)具有較好的處理效果，通過對(duì)該技術(shù)的具體應(yīng)用能夠明顯提升水處理中化學(xué)藥品的使用價(jià)值。

超濾膜是一種以壓力為推動(dòng)力的膜分離技術(shù)，因其具有分離精度高、可截留分子量范圍大、耐污染性強(qiáng)、易清洗等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、電子、化工等領(lǐng)域。具體特點(diǎn)包括：（1）膜通量高，截留率高，可分離范圍較大的物質(zhì)。（2）膜表面有不溶性的阻垢劑或絮凝劑等，可沉淀懸浮物質(zhì)和膠體顆粒。（3）具有耐高溫、耐腐蝕等特點(diǎn)。其中在水處理過程中，超濾膜對(duì)水中膠體、懸浮物、膠體顆粒的去除效果較好，可以去除水中的細(xì)菌、病毒和其他微生物，也可以有效去除水中的溶解性有機(jī)物（DOM）、無(wú)機(jī)物（如鈣、鎂離子）和鹽類，并將水中殘留的細(xì)菌清理干凈，使其符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)。此外超濾膜對(duì)水中的膠體和大分子有機(jī)物有著良好的截留效果，可以有效去除水中的溶解有機(jī)物、溶解性總固體（TDS）以及溶解性無(wú)機(jī)物。因此在應(yīng)用超濾膜技術(shù)處理水之前，需要進(jìn)行消毒處理，以保證處理水的安全性[2]。

2 超濾膜技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

超濾膜技術(shù)在環(huán)境工程水處理工作中的應(yīng)用具有一定的優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在以下幾方面：第一，超濾膜技術(shù)可以對(duì)污水中的懸浮物進(jìn)行有效過濾，其過濾效率可達(dá)到95%以上，因此，對(duì)于污水處理效果有著非常明顯的促進(jìn)作用。第二，超濾膜技術(shù)在水處理中應(yīng)用比較廣泛，不僅可以有效降低污水的處理成本，還可以保證污水中的雜質(zhì)和有害物質(zhì)被徹底清除。第三，超濾膜技術(shù)在水處理中的應(yīng)用效果比較好。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，當(dāng)前我國(guó)水處理工作中應(yīng)用比較廣泛的超濾膜技術(shù)主要有以下幾種：一是反滲透技術(shù)，該技術(shù)具有分離效率高、運(yùn)行成本低等優(yōu)勢(shì)，但是該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中也存在一些問題，如反滲透膜元件容易受到污染、反滲透膜表面污垢比較多等。二是超濾與活性炭吸附技術(shù)相結(jié)合的工藝技術(shù)，該工藝在實(shí)際應(yīng)用中具有一定優(yōu)勢(shì)，但是該工藝也存在著一些不足之處，如活性炭吸附后廢水中仍然存在大量的固體顆粒。三是超濾膜與生物反應(yīng)器技術(shù)相結(jié)合的工藝技術(shù)，該工藝可以有效實(shí)現(xiàn)膜分離和生物降解的結(jié)合。但是由于受到多種因素的影響和制約，使該工藝的實(shí)際應(yīng)用效果并不理想[3]。

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)化進(jìn)程也越來(lái)越快，在這一背景下，大量工業(yè)廢水和生活污水排放到城市水系中，造成了嚴(yán)重的水環(huán)境污染問題。在環(huán)境工程水處理工作中，超濾膜技術(shù)能夠有效去除水中的懸浮物、膠體、有機(jī)物等雜質(zhì)，同時(shí)還可以有效去除水中的細(xì)菌等微生物，從而提高了水處理的工作效率和質(zhì)量。但是在實(shí)際應(yīng)用過程中，超濾膜技術(shù)的應(yīng)用仍然存在一些問題，因而其應(yīng)用具有一定的局限性，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）超濾系統(tǒng)一般要使用專用的超濾膜材料，這種材料具有較好的耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性以及機(jī)械強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。但是這種材料成本較高，而且生產(chǎn)過程復(fù)雜。因此，超濾膜技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中需要對(duì)這種材料進(jìn)行合理改進(jìn)與優(yōu)化。（2）在超濾過程中膜污染是最主要的問題之一。在實(shí)際工作中，超濾膜水通量會(huì)隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸降低。為了解決這一問題，需要對(duì)超濾膜進(jìn)行合理的清洗處理。（3）在實(shí)際工作中部分企業(yè)存在連續(xù)作業(yè)的情況，使膜系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間處于高負(fù)荷運(yùn)行中，導(dǎo)致超濾膜出現(xiàn)嚴(yán)重堵塞現(xiàn)象，使膜的過濾效率下降，因此需要盡量避免連續(xù)使用。

另外在超濾膜技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用過程中，由于超濾膜過濾系統(tǒng)比較復(fù)雜和煩瑣，對(duì)于操作人員的專業(yè)水平要求比較高，導(dǎo)致整體技術(shù)應(yīng)用缺乏實(shí)際效果，缺乏完善的超濾膜處理技術(shù)組合，一些廠家盲目應(yīng)用超濾膜處理技術(shù)，導(dǎo)致其生產(chǎn)成本較高，且施工工序較多，造成經(jīng)濟(jì)收益下降。因此，在實(shí)際應(yīng)用過程中，相關(guān)操作人員需要加強(qiáng)對(duì)超濾膜技術(shù)知識(shí)的學(xué)習(xí)和掌握，從而提高超濾膜技術(shù)的應(yīng)用效果和質(zhì)量。

3 超濾膜技術(shù)在環(huán)境工程水處理中的具體應(yīng)用

3.1 飲用水的凈化處理

飲用水的凈化處理與當(dāng)前人們的生產(chǎn)生活息息相關(guān)，具有重要的影響。在各種環(huán)境因素的影響下，許多水資源中存在各種各樣的有害物質(zhì)，這些有害物質(zhì)如果不經(jīng)過濾處理被人們直接飲用，會(huì)迅速在人體內(nèi)擴(kuò)散，對(duì)人們的身體健康產(chǎn)生極大影響。在水資源中存在的有害物質(zhì)中，一些雜質(zhì)顆粒較大的有害物質(zhì)能夠通過普通過濾技術(shù)進(jìn)行過濾，但是一些微小雜質(zhì)由于顆粒直徑較小，采用普通過濾技術(shù)很難清理干凈，因此需要應(yīng)用超濾膜技術(shù)優(yōu)化過濾效果，發(fā)揮其分離透過性能，以滿足飲用水凈化的標(biāo)準(zhǔn)需求。當(dāng)自來(lái)水進(jìn)入到超濾膜過濾器后，超濾膜過濾管道內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量壓強(qiáng)，在強(qiáng)大的壓力作用下，自來(lái)水中大部分有害物質(zhì)會(huì)隔離在超濾膜管道內(nèi)部，逐漸實(shí)現(xiàn)對(duì)水分子的滲透，從而將大部分雜質(zhì)進(jìn)行快速清理，保證清理后的水可供人們正常飲用。另外在飲用水凈化處理過程中，工作人員需要重點(diǎn)關(guān)注凈水器的使用周期。由于超濾膜凈水器經(jīng)過長(zhǎng)期使用后，水中存在的各種雜質(zhì)會(huì)逐漸堆積在一起，造成凈水管道薄膜的嚴(yán)重堵塞，長(zhǎng)此以往，會(huì)逐漸弱化超濾膜過濾器的凈水效果，因此，工作人員需要重點(diǎn)關(guān)注對(duì)超濾膜凈水器的功能優(yōu)化，應(yīng)用更先進(jìn)的超濾膜凈水設(shè)備，快速排出過濾完的有害物質(zhì)，盡可能避免產(chǎn)生嚴(yán)重堵塞的現(xiàn)象，進(jìn)一步提高超濾膜凈水器的使用壽命[4]。

3.2 工業(yè)廢水處理

處理工業(yè)廢水是超濾膜技術(shù)應(yīng)用的重要組成部分，對(duì)整個(gè)環(huán)境工程水處理有著重要影響。在現(xiàn)代水資源污染中，工業(yè)廢水一直是主要的污染源頭，再加上各種環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致工業(yè)廢水很難得到有效處理，因而對(duì)人們的生產(chǎn)生活造成較大影響。目前許多企業(yè)的環(huán)保意識(shí)欠缺，將工業(yè)廢水直接排至野外環(huán)境中，對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境產(chǎn)生了極其惡劣的影響，逐漸危害著人們的身體健康。應(yīng)用超濾膜技術(shù)雖然可以取得一定的凈化效果，但是卻很難從源頭上解決工業(yè)廢水造成的污染，這是因?yàn)楣I(yè)廢水中含有的有害物質(zhì)很難被過濾降解，因而很難保障水處理效率。因此要提高對(duì)超濾膜技術(shù)應(yīng)用的重視，不斷優(yōu)化該技術(shù)，加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，彌補(bǔ)技術(shù)缺陷。另外，通過對(duì)各種凈化處理技術(shù)的應(yīng)用，使超濾膜凈水器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，提高其耐污染性以及耐酸堿性，延長(zhǎng)凈水器的使用壽命。

在具體的工業(yè)廢水處理過程中，為了保證良好的處理效果，需要從企業(yè)角度出發(fā)，根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況進(jìn)行凈化處理，以提升總體的過濾效果。比如針對(duì)食品加工行業(yè)，由于該行業(yè)總體廢水量較大，且廢水中含有大量的高分子有機(jī)物質(zhì)，為了提升其良好的凈化效率，需要重視對(duì)超濾膜技術(shù)的合理應(yīng)用；電鍍化學(xué)行業(yè)通常生產(chǎn)規(guī)模比較龐大，總用水量較多，使水資源消耗量逐年增加，而排出的廢水中也會(huì)含有大量的有機(jī)碳和硝酸鹽等物質(zhì)，這些物質(zhì)造成的危害也比較嚴(yán)重。因此，工作人員要重視對(duì)超濾膜技術(shù)的應(yīng)用，通過利用其過濾功能盡可能減少有害物質(zhì)的直接排放，避免出現(xiàn)污染逐漸擴(kuò)大的現(xiàn)象。

3.3 海水淡化處理的應(yīng)用

海水淡化處理應(yīng)用屬于一種比較新穎的技術(shù)應(yīng)用，該技術(shù)應(yīng)用與我國(guó)總體水資源的使用情況有著很大關(guān)聯(lián)。我國(guó)雖然國(guó)土面積遼闊，淡水資源總量比較豐富，但由于人口基數(shù)龐大，導(dǎo)致人均淡水使用量嚴(yán)重不足。因此，為了解決人們的用水問題，長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)一直在加強(qiáng)海水淡化技術(shù)的研究力度，并且已經(jīng)初步形成較完善的淡化技術(shù)體系。目前的海水淡化技術(shù)包括反滲透技術(shù)、多級(jí)閃蒸技術(shù)以及多效蒸發(fā)技術(shù)，可有效應(yīng)用于規(guī)模較為龐大的海水淡化工程中。但是在具體應(yīng)用的過程中，由于海水本身的特性，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間淡化處理后，使膜出現(xiàn)較為嚴(yán)重的污染現(xiàn)象，在一定程度上限制了反滲透技術(shù)在海水淡化處理中的合理應(yīng)用。針對(duì)以上問題，需要通過完善超濾膜技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行解決，同時(shí)要加強(qiáng)對(duì)海水質(zhì)量的控制。海水質(zhì)量一旦達(dá)到合理標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過反滲透處理后的水質(zhì)質(zhì)量也會(huì)進(jìn)一步提升，處理效果也會(huì)逐漸加強(qiáng)。目前有一些研究學(xué)者利用纖維超濾膜材料對(duì)渾濁度較高的海水進(jìn)行處理，這種過濾材料的產(chǎn)水濁度均值可達(dá)到0.11 NTU，一氧化碳平均過濾效率可以達(dá)到70%左右，膠硅平均過濾效率在80%以上。通過研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用該材料所產(chǎn)生的最大壓差低于普通過濾材料，使超濾膜應(yīng)用的穩(wěn)定性更加突出，水處理效率也得到了全面強(qiáng)化，使海水的淡化處理效果也逐漸提高[5]。

3.4 含油廢水處理

含油廢水處理也是當(dāng)前人們所必須關(guān)注的一方面，我國(guó)人口基數(shù)龐大，且餐飲行業(yè)發(fā)展迅速，對(duì)于食用油的使用較為頻繁，這就導(dǎo)致含油廢水產(chǎn)生量較大，所造成的環(huán)境污染也相對(duì)比較嚴(yán)重。目前含油廢水包括三種形式，第一種是水中含油量較低，污水表面含有一定的浮油，污染程度相對(duì)較低。第二種是水中含有混合散油，處理難度較大。以上兩種含油廢水可以利用現(xiàn)代物理手段直接過濾，包括采用機(jī)械分離、活性炭吸附等方式進(jìn)行，將水中的含油物質(zhì)進(jìn)行很好的吸附處理。第三種廢水中含有大量的含油乳化劑，這種乳化劑不僅處理難度較大，且產(chǎn)生的危害程度更高，因此需要通過應(yīng)用超濾膜技術(shù)完成過濾處理，強(qiáng)化其過濾效果。

4 超濾膜技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)分析

超濾膜技術(shù)作為一種新型過濾技術(shù)，具有非常明顯的高效性及節(jié)能環(huán)保性，因此在水處理領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是在實(shí)際應(yīng)用中還存在一定的問題，導(dǎo)致該技術(shù)無(wú)法在水處理中發(fā)揮出應(yīng)有的作用。因此相關(guān)技術(shù)人員需要進(jìn)一步完善該技術(shù)，通過加強(qiáng)對(duì)超濾膜技術(shù)的研究，不斷提高膜的性能，進(jìn)而發(fā)揮出超濾膜技術(shù)在環(huán)境工程水處理中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。具體措施包括兩種：首先是重視對(duì)超濾膜材料以及制備方法的應(yīng)用，目前在環(huán)境工程水處理中使用的超濾膜材料主要為聚丙烯腈纖維膜和聚砜纖維膜。聚丙烯腈纖維膜材料具有良好的耐腐蝕性、耐熱性、機(jī)械性能以及化學(xué)穩(wěn)定性等，因此得到了廣泛應(yīng)用。但是這種材料存在成本較高、不耐酸堿、抗污染性能差等問題，在一定程度上限制了水環(huán)境處理效果。因此在今后的發(fā)展中相關(guān)研究機(jī)構(gòu)需要加強(qiáng)對(duì)該材料的研發(fā)工作，開發(fā)出一種價(jià)格低廉、耐酸堿、抗污染性能好的新材料。同時(shí)還需要對(duì)超濾膜制備方法進(jìn)行優(yōu)化和完善，提高超濾膜的穩(wěn)定性和使用壽命，保證該技術(shù)的應(yīng)用效果能夠得到充分發(fā)揮。其次是重視超濾膜技術(shù)與其他工藝結(jié)合應(yīng)用。

隨著水資源污染問題日趨嚴(yán)重，相關(guān)企業(yè)需要加強(qiáng)對(duì)超濾膜技術(shù)與其他工藝結(jié)合應(yīng)用的重視程度。例如將超濾膜技術(shù)與混凝沉淀技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用于污水處理；將超濾膜技術(shù)與生物過濾技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用于水處理；將超濾膜法除藻和除磷應(yīng)用于污水處理中。通過與其他工藝的有效結(jié)合，可以進(jìn)一步發(fā)揮超濾膜技術(shù)的功能作用，使其作用得到充分發(fā)揮。

5 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展造成了嚴(yán)重的水環(huán)境污染，對(duì)人體健康產(chǎn)生了較大危害，我國(guó)地方政府對(duì)轄區(qū)內(nèi)各類產(chǎn)業(yè)的節(jié)能減排任務(wù)進(jìn)行了規(guī)劃，監(jiān)管力度也在不斷增強(qiáng)[6]。所以相關(guān)部門需要高度重視水污染問題，并積極采取有效措施對(duì)其進(jìn)行處理。在環(huán)境工程水處理工作中，超濾膜技術(shù)能夠有效提升水質(zhì)的凈化效果，在水體凈化方面具有非常好的應(yīng)用前景和應(yīng)用價(jià)值。為了充分發(fā)揮超濾膜技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，相關(guān)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)需要加強(qiáng)對(duì)其研究力度，從多方面入手，提高超濾膜技術(shù)的應(yīng)用效果。同時(shí)，相關(guān)工作人員還需要將超濾膜技術(shù)與其他水處理方法結(jié)合使用，進(jìn)一步提高污水處理效率與質(zhì)量。