淺析超濾膜技術(shù)在水污染處理中的相關(guān)運(yùn)用

張 莉，吳春瑞

（1.武漢市漢陽(yáng)區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，湖北 武漢 430050；2.武漢市洪山區(qū)生態(tài)環(huán)境事務(wù)服務(wù)站，湖北 武漢 430070）

引言

根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2021年工業(yè)廢水的排放總量為758.5億噸，2021年城市污水排放已經(jīng)達(dá)到571.4億立方米。雖然近幾年我國(guó)污水處理能力得到迅速提升，2021年全國(guó)城市污水處理能力達(dá)2.02億立方米/日，累計(jì)處理污水量584.6億立方米，城市和縣域污水處理廠(chǎng)數(shù)量也達(dá)到4 706座。但是面對(duì)來(lái)源廣泛、成分復(fù)雜的廢水，也容易出現(xiàn)處理水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的情況，所以將超濾膜技術(shù)應(yīng)用于水處理工作中，可以有效截留污水中的顆粒物和礦物質(zhì)，并通過(guò)對(duì)污水施加壓力進(jìn)行過(guò)濾和凈化，可以取得較好的水污染處理效果，從而使水生態(tài)環(huán)境也得到了有效地保護(hù)[1]。

1 超濾膜技術(shù)基本概述

1.1 技術(shù)原理

超濾膜技術(shù)實(shí)際是一種建立在分離技術(shù)上的水處理技術(shù)。在溶液通過(guò)一種半透膜的時(shí)候，在壓力的作用下，溶劑和溶質(zhì)中的小分子物質(zhì)可通過(guò)濾膜到達(dá)膜的另一側(cè)，而溶質(zhì)中的大分子物質(zhì)和膠體則由于無(wú)法通過(guò)濾膜孔洞而被攔截下來(lái)，隨著溶液不斷流過(guò)，膜上被攔截的物質(zhì)也越來(lái)越多，再加上超濾膜的微孔具有有機(jī)篩分和吸附性強(qiáng)的特點(diǎn)，在實(shí)際運(yùn)用中可以對(duì)溶液中存在的細(xì)菌、雜質(zhì)、微生物等進(jìn)行有效地分離，而且可以保存無(wú)機(jī)鹽和水，以取得較好的水質(zhì)凈化效果。

1.2 優(yōu)勢(shì)特征

1.2.1 保證水資源的質(zhì)量

由于超濾膜的孔隙非常小，因此在壓力下，污水可以與濾網(wǎng)進(jìn)行緊密的接觸，進(jìn)而將大量的雜質(zhì)和顆粒物有效隔離，使污水得到凈化處理。同時(shí)，溶液中的無(wú)機(jī)鹽和微小物質(zhì)也能夠順著水得到有效過(guò)濾，整個(gè)過(guò)程也不容易出現(xiàn)堵塞的情況，極大地保障了出水質(zhì)量。

1.2.2 出水中的微生物有較好的安全性

在污水處理過(guò)程中，運(yùn)用超濾膜技術(shù)可以有效截留水中的微生物，而且經(jīng)過(guò)消毒處理后的污水，其質(zhì)量與安全也可以得到保障[2]。

1.2.3 適應(yīng)性非常強(qiáng)

由于超濾膜技術(shù)是典型的物理分離過(guò)程，因此實(shí)際作業(yè)并不需要使用化學(xué)試劑和添加劑。同時(shí)，超濾膜技術(shù)可以在分子級(jí)內(nèi)分離物質(zhì)，具有普通濾材不能取代的性能。此外，該項(xiàng)技術(shù)的處理規(guī)?？梢砸暻闆r而定，并支持連續(xù)實(shí)施和間歇實(shí)施，整個(gè)過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

1.3 常用類(lèi)型

1.3.1 雙膜凈水處理技術(shù)

雙膜凈水處理技術(shù)作為污水處理中常用的一種超濾膜技術(shù)，其實(shí)際作業(yè)會(huì)利用雙層濾膜對(duì)污水進(jìn)行凈化處理，并解決水域存在的水硬度較大問(wèn)題。目前，該項(xiàng)技術(shù)在水質(zhì)鹽分含量較高的沿海地區(qū)的污水處理中應(yīng)用較多，相較于其他凈水技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)就是結(jié)合了超濾和反滲透技術(shù)，可以高效地完成污水凈化處理，并為相關(guān)區(qū)域提供優(yōu)質(zhì)的水資源。

1.3.2 超濾凈水處理技術(shù)

采用該項(xiàng)技術(shù)對(duì)污水進(jìn)行處理，對(duì)水材料的來(lái)源要求較為嚴(yán)格，并且在確定水源中包含有機(jī)質(zhì)后，可以采用該技術(shù)對(duì)原水進(jìn)行整體性?xún)艋１热缫恍┳詠?lái)水公司的原水含有一定的藻類(lèi)植物，這時(shí)候就可以借助超濾凈化處理技術(shù)，使這些藻類(lèi)植物得到有效地凈化處理[3]。該項(xiàng)技術(shù)在具有運(yùn)行過(guò)程中可以減少設(shè)施的占用面積，整個(gè)操作流程也會(huì)得到簡(jiǎn)化，使自來(lái)水公司的運(yùn)作效率得到極大地提高，其水質(zhì)也能夠達(dá)到實(shí)際的使用標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.3.3 短流程凈水處理技術(shù)

在污水處理中，還會(huì)圍繞超濾開(kāi)展短流程凈水處理工作。在實(shí)際運(yùn)用中，由于會(huì)融合多種處理工藝，且對(duì)原水品質(zhì)要求比較高，因此要注意對(duì)具體情況進(jìn)行了解與分析，然后根據(jù)所掌握的情況對(duì)凈水工藝進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，使超濾膜技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮，以防止污水凈化效果差、發(fā)生二次污染等問(wèn)題。

2 超濾膜技術(shù)在水污染治理中的運(yùn)用

2.1 日常水污染處理

2.1.1 飲用水凈化處理

由于對(duì)飲水資源保護(hù)不到位，導(dǎo)致水體中出現(xiàn)大量有毒有害物質(zhì)，在降低水體質(zhì)量的同時(shí)，也對(duì)人體健康構(gòu)成了極大地威脅。在應(yīng)用傳統(tǒng)純凈水分離與提取技術(shù)處理水體中的有毒有害物質(zhì)時(shí)，容易出現(xiàn)工作效率低、水體凈化效果不理想的情況。所以可以應(yīng)用超濾膜技術(shù)，有效截留水體中的有毒有害物質(zhì)，使排出的水體質(zhì)量得到明顯升高，從而滿(mǎn)足人們對(duì)飲用水的質(zhì)量要求[4]。

2.1.2 生活油脂廢水的凈化處理

人們?cè)陂_(kāi)展生產(chǎn)生活活動(dòng)時(shí)，會(huì)將產(chǎn)生的廢棄物直接排入到水源中，這是引發(fā)水體污染的主要原因之一，特別是油脂廢水進(jìn)入到自然水體后，會(huì)對(duì)飲用水安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。在處理這類(lèi)廢水時(shí)，采用傳統(tǒng)的物理過(guò)濾方式，不能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。而將超濾膜技術(shù)應(yīng)用于生活油脂廢水處理中，可以將污水中的油性分子擋在膜的一側(cè)，從而解決了傳統(tǒng)污水分離系統(tǒng)不能處置油脂廢水的局限，使污水中氧化物的處理效果得到顯著提升，推動(dòng)了污水處理技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展。

2.2 海水污染處理

我國(guó)幅員十分遼闊，水資源分布也較為廣泛，再加上近幾年海上經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，海水污染問(wèn)題也引起社會(huì)的廣泛關(guān)注。在處理海水污染時(shí)，雖然采用傳統(tǒng)方法可以取得一定效果，但是在處理較為復(fù)雜的海水污染時(shí)，不能保證污水處理質(zhì)量。所以應(yīng)用超濾膜技術(shù)處理這類(lèi)廢水，能夠很好地解決海水污染物質(zhì)不易分離的問(wèn)題，尤其是在分離大量海水中的無(wú)機(jī)鹽時(shí)，雖然采用電滲技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)海水一次性淡化處理，但是整個(gè)過(guò)程的能耗非常大，超濾膜技術(shù)有具很好的分離優(yōu)勢(shì)，可以大大提高海水淡化的效率，并且處理過(guò)程的能源消耗也會(huì)得到明顯地降低[5]。

2.3 工業(yè)污水處理

2.3.1 食品加工廢水處理

食品加工過(guò)程中會(huì)排放大量生產(chǎn)廢水，運(yùn)用傳統(tǒng)水處理技術(shù)進(jìn)行處理，無(wú)法達(dá)到徹底去除廢水中污染物的目的。使用超濾膜技術(shù)可以提高食品加工廢水的凈化處理效果，而且處理成本也會(huì)降低，后續(xù)的廢水排放也不會(huì)對(duì)自然水體造成污染和更大的影響。

2.3.2 造紙廢水處理

造紙企業(yè)的生產(chǎn)需要經(jīng)歷多個(gè)工藝環(huán)節(jié)，所排放廢水中含有的污染物質(zhì)種類(lèi)也非常多，直接排放會(huì)對(duì)周?chē)w造成極大地污染。使用超濾膜技術(shù)對(duì)其進(jìn)行處理可以降低廢水中有害物質(zhì)的含量，甚至還可以反復(fù)進(jìn)行超濾凈化處理，使凈化處理后的廢水水質(zhì)得到提升。

2.3.3 電鍍廢水處理

現(xiàn)代工業(yè)事業(yè)的不斷發(fā)展，使工業(yè)廢水排放量也急劇增加。而電鍍生產(chǎn)廢水中含有許多金屬離子，因而實(shí)際凈化處理難度也會(huì)更大，并且人體接觸這些污染物以后，也容易對(duì)身體健康和生命安全造成影響[6]。應(yīng)用超濾膜技術(shù)處理電鍍廢水，可以借助超濾膜表面的化學(xué)性質(zhì)，有效吸附電鍍廢水中的金屬雜質(zhì)，在提高電鍍廢水處理效率的同時(shí)，減少?gòu)U水處理原材料的消耗量。

2.3.4 制革廢水處理

制革廢水中含有大量濃度較高的有機(jī)物，比如COD就來(lái)源于皮革處理過(guò)程中的毛發(fā)、皮屑等，并且廢水中還含有一些硫化物和氨氮，這些物質(zhì)會(huì)對(duì)水體環(huán)境造成極大地破壞。在使用超濾膜技術(shù)處理該類(lèi)工業(yè)污水時(shí)，可以先借助移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器工藝，有效地降解廢水中的有機(jī)、無(wú)機(jī)污染物，再將纖維素和生物膜載體有效結(jié)合，在提高生物降解效率的基礎(chǔ)上，提高廢水凈化處理效果。

2.4 城市污水的回用處理

為了有效地緩解城市中水資源匱乏的問(wèn)題，需要采用有效的技術(shù)手段對(duì)城市污水進(jìn)行處理，使其能夠達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)。在城市污水凈化處理過(guò)程中，相關(guān)工作人員應(yīng)注重對(duì)超濾膜技術(shù)的運(yùn)用，該技術(shù)可以分離和去除污水中的有害物質(zhì)以及其他不利于人體健康的物質(zhì)，在達(dá)到污水排放標(biāo)準(zhǔn)要求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)自來(lái)水廠(chǎng)二次凈化的目的。比如在處理城市污水時(shí)，將CASS和超濾膜技術(shù)進(jìn)行有效結(jié)合，先對(duì)城市的生活污水進(jìn)行凈化試驗(yàn)，在保證水力停滯時(shí)間為12 h時(shí)，出水中的CODCr可以維持在30 mg/L范圍內(nèi)[7]。超濾膜技術(shù)對(duì)污水中雜質(zhì)的去除率可以提高到90%以上，出水濁度和pH值分別控制在0.5 NTU、7.26～7.89以?xún)?nèi)。由于凈化處理后的污水達(dá)到了相關(guān)領(lǐng)域的用水標(biāo)準(zhǔn)，因此可以將凈化處理后的水用于城市建設(shè)中，從而緩解水資源短缺的問(wèn)題。

3 超濾膜技術(shù)應(yīng)用于水污染處理時(shí)存在的問(wèn)題

現(xiàn)階段，超濾膜技術(shù)在水污染處理中運(yùn)用，還存在一些問(wèn)題急需解決。

3.1 進(jìn)水水量不足

在正常情況下，進(jìn)水水量可以滿(mǎn)足超濾膜技術(shù)的要求，而在出現(xiàn)進(jìn)水水量不足的問(wèn)題時(shí)，正常作業(yè)就會(huì)遭受到影響。對(duì)于引發(fā)這一問(wèn)題的原因進(jìn)行深入分析，可能與超濾膜系統(tǒng)的預(yù)處理出現(xiàn)堵塞或水泵壓力不足有關(guān)，所以工作人員需要結(jié)合實(shí)際采取應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行處理，使超濾膜系統(tǒng)可以正常開(kāi)展污水凈化處理工作。

3.2 產(chǎn)水量下降

產(chǎn)水量下降是超濾膜技術(shù)處理水污染時(shí)最常見(jiàn)的問(wèn)題，對(duì)引發(fā)這一情況的原因進(jìn)行剖析可知，主要與溫度、流速、進(jìn)水質(zhì)量等密切相關(guān)。另外，當(dāng)超濾膜內(nèi)部出現(xiàn)過(guò)多雜質(zhì)時(shí)，也容易引發(fā)膜元件孔徑堵塞問(wèn)題，所以需要采取相應(yīng)措施進(jìn)行優(yōu)化處理[8]。

3.3 產(chǎn)水質(zhì)量不達(dá)標(biāo)

引發(fā)產(chǎn)水質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的原因有很多，比如膜元件遭受污染、進(jìn)水質(zhì)量較差等。這里以膜元件被污染為例進(jìn)行分析，由于進(jìn)水通常會(huì)含有一定的雜質(zhì)，在利用超濾膜開(kāi)展凈化處理工作時(shí)，容易將較小的雜質(zhì)吸附到孔徑當(dāng)中，使產(chǎn)水中含有一定的雜質(zhì)，所以在后續(xù)作業(yè)時(shí)需要及時(shí)清洗或更換膜元件，以確保出水質(zhì)量可以達(dá)標(biāo)。

3.4 跨膜壓差過(guò)高

超濾膜受到污染后，很容易出現(xiàn)跨膜壓差過(guò)高的問(wèn)題。同時(shí)，進(jìn)水溫度過(guò)低也容易引發(fā)這種情況，所以污水處理人員需要根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)相關(guān)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，使之能夠滿(mǎn)足實(shí)際工作要求。

4 在水污染處理中優(yōu)化超濾膜技術(shù)的措施

4.1 做好超濾膜的清洗工作

在使用超濾膜技術(shù)處理水污染時(shí)，由于涉及到的水污染來(lái)源及成分非常復(fù)雜，無(wú)形中也加大了水污染凈化處理的難度，并且超濾膜經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間使用和運(yùn)行，也會(huì)出現(xiàn)膜污染問(wèn)題，因此，需要及時(shí)對(duì)超濾膜進(jìn)行清洗。在整個(gè)過(guò)程中，要加強(qiáng)對(duì)不同性質(zhì)的污染水凈化處理技術(shù)的研究與分析，并對(duì)超濾膜污染現(xiàn)象進(jìn)行具體地分析，采用適宜的清洗方式對(duì)超濾膜進(jìn)行處理，而且還要檢測(cè)清洗水的水質(zhì)，防止污染問(wèn)題變得更加嚴(yán)重。

4.2 有效控制膜污染

由于超濾膜的使用極容易受到水質(zhì)的影響，因此要避免出現(xiàn)超濾膜堵塞和吸附污染情況，所以應(yīng)加強(qiáng)對(duì)膜污染的控制。工作人員可以對(duì)超濾膜的性質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化改良，并通過(guò)選擇容易分離雜質(zhì)的耐污染材料，減少使用過(guò)程超濾膜受污染的幾率，后續(xù)對(duì)其進(jìn)行清洗恢復(fù)也會(huì)更加簡(jiǎn)單。同時(shí)，在過(guò)濾前可以使用一些化學(xué)藥劑或物理活性炭改善水質(zhì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的預(yù)處理，從而減緩膜污染的進(jìn)程[9]。另外，還可以通過(guò)超聲波、臭氧等手段清洗超濾膜，操作中除了要去除表面存在的污垢外，還要去除膜孔徑內(nèi)的雜質(zhì)，盡快恢復(fù)膜通量。

4.3 改進(jìn)超濾膜技術(shù)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和工業(yè)事業(yè)的不斷發(fā)展，所排放的污水種類(lèi)及成分也會(huì)越來(lái)越復(fù)雜，從而加大了污染處理工作的難度。采用超濾膜技術(shù)處理污水，雖然可以取得一定的效果，但是無(wú)法保證處理后的污水可以達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)。因此采取有效措施優(yōu)化并完善超濾膜的技術(shù)性能，使其在處理一些濃度較高和成分復(fù)雜的污水時(shí)，依然能夠表現(xiàn)出凈化效果好、操作簡(jiǎn)單便捷、投入成本較少和不容易引發(fā)二次污染的優(yōu)勢(shì)。在實(shí)踐中，可以將超濾膜技術(shù)與其他污水處理技術(shù)有效結(jié)合，比如預(yù)處理工藝+超濾膜技術(shù)，在處理污水時(shí)可以先利用粉末活性炭對(duì)部分分子進(jìn)行吸附處理，再通過(guò)合理調(diào)配使用劑量，使活性炭與超濾膜之間形成良好的互補(bǔ)關(guān)系，最終達(dá)到有效調(diào)節(jié)水濁度和對(duì)水致突變活性進(jìn)行抑制的效果。

4.4 注重膜元件的研發(fā)

由于超濾膜技術(shù)應(yīng)用于水污染處理中時(shí)會(huì)導(dǎo)致水資源二次污染，使水體質(zhì)量急劇下降，所以應(yīng)先利用化學(xué)試劑對(duì)其進(jìn)行處理，這樣不僅操作過(guò)程十分繁瑣，而且容易產(chǎn)生污染問(wèn)題。加強(qiáng)對(duì)膜元件的研發(fā)可以從制作材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度入手，使膜的過(guò)濾能力、抗氧化性和抗污染能力得到有效提升。比如對(duì)于水中的可溶性有機(jī)污染物，通過(guò)開(kāi)發(fā)以超濾技術(shù)為核心的組合處理工藝，使超濾膜凈水技術(shù)的處理效果得到提高；采用不同工藝開(kāi)發(fā)新型耐熱耐寒膜品種，減少膜系統(tǒng)因溫度變化幅度過(guò)大而產(chǎn)生的不良影響。同時(shí)技術(shù)人員還要深入研究不同膜對(duì)不同污染物的敏感性，然后采用新型膜材料，使其在污水處理中發(fā)揮更好的凈化作用；通過(guò)對(duì)現(xiàn)有膜組件生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，使膜系統(tǒng)的配置技術(shù)和操作條件得到改善，最終有效提升污水處理工作的效率和質(zhì)量[10]。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著人們對(duì)生態(tài)環(huán)境建設(shè)工作的日益關(guān)注，水污染處理也引起了相關(guān)人員的高度重視，這主要是因?yàn)楣I(yè)事業(yè)的不斷發(fā)展，使污水排放量急劇增加，如果不能對(duì)其進(jìn)行有效處置，就會(huì)對(duì)水資源和生態(tài)環(huán)境造成極大影響。在實(shí)際處理水污染的過(guò)程中，利用超濾膜技術(shù)，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水污染處理工作的創(chuàng)新升級(jí)，而且污水處理效率和凈化效果也能得到提升，并要結(jié)合水污染處理實(shí)際情況及要求，將常用的污水處理技術(shù)與超濾膜技術(shù)進(jìn)行有效地結(jié)合，使超濾膜技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)充分凸顯出來(lái)，最終使處理后的水質(zhì)達(dá)標(biāo)。