超濾膜技術(shù)在環(huán)境工程水處理中的應(yīng)用探討

李義金，于春光

（1.山東和創(chuàng)瑞思環(huán)保科技有限公司，山東 濟南 250000；2.國投瑞能（山東）環(huán)境集團有限公司，山東 濰坊 261000）

引言

水處理是環(huán)境工程中各項工程的重中之重，但是很多地區(qū)盲目發(fā)展經(jīng)濟，忽視了環(huán)境保護，全國各地出現(xiàn)了不同程度的水環(huán)境污染問題。同時由于我國人口基數(shù)較大，一直面臨著水資源緊張的問題，在此背景下，國家更加重視水處理工作，致力于水處理技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用推廣。而超濾膜技術(shù)作為開發(fā)出的一項先進的水處理技術(shù)，是通過生物膜有效過濾水體中含有的污水、臟水、廢水等雜質(zhì)，促使各種污水、廢水可以經(jīng)凈化后再次利用，不僅能夠合理地處置城市廢水和工業(yè)廢水，還能夠提高水資源的利用價值，因而在環(huán)境工程領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。

1 超濾膜技術(shù)介紹

1.1 超濾膜技術(shù)的原理

超濾膜技術(shù)就是以生物膜作為隔離凈化層，通過壓力攔截水中污染物，液體物質(zhì)和一些可以穿透濾膜的低分子溶質(zhì)會統(tǒng)一匯聚到膜的另一端，使污染物和水分離開，進而使受污染的水得到凈化。所以超濾膜技術(shù)是以分子篩選的方式過濾雜質(zhì)、清除污染物等，將病毒、雜質(zhì)、藻類等物質(zhì)隔離在膜的另一端[1]。膜的類型和面積不同，所具有的凈化效用也不同，因而在環(huán)境工程水處理中可以靈活地應(yīng)用該技術(shù)。

超濾膜技術(shù)在我國已經(jīng)應(yīng)用了很長時間，經(jīng)理論研究和實踐證明，濾膜上的孔徑范圍一般為0.002～0.1μm，正確運用超濾膜技術(shù)可以隔絕粒徑為500～500 000 nm的物質(zhì)。同時還可以根據(jù)凈化的需要，通過計算確認膜阻力，并設(shè)計形成超濾膜，允許被穿透的分子穿過，按需要進行截留，從而可以提高凈化后水的利用價值。在處理自來水、飲用水時，該方法能夠使一些對人身體有益的微量元素、礦物質(zhì)穿透膜，保留在水體中，使水更加健康。

1.2 超濾膜技術(shù)的種類

根據(jù)超濾膜的應(yīng)用方式和應(yīng)用效果不同，可以將該技術(shù)分為短流程技術(shù)與雙膜處理技術(shù)。第一種技術(shù)較為普遍、簡單，但處理效果一般。主要是將超濾膜與其他凈水技術(shù)進行組合使用，從而對污染程度較低的水體進行凈化處理，此方法不僅處理時間較短，處理后的水體也無毒無害。而雙膜處理技術(shù)可以用于污染程度較高的水處理，因為該技術(shù)采用了超濾膜和滲透膜，形成了雙膜滲透系統(tǒng)，可以更加嚴謹?shù)靥幚砦廴境煞謴?fù)雜的工業(yè)廢水、化學(xué)廢水、醫(yī)藥廢水等，使水中各種程度的污染物、有害物質(zhì)都會被攔截，從而確保水體干凈。

2 超濾膜技術(shù)在環(huán)境工程水處理中應(yīng)用的意義

2.1 可有效保障處理效果

通過與傳統(tǒng)的過濾技術(shù)對比分析發(fā)現(xiàn)，超濾膜技術(shù)的過濾效率更高，即使應(yīng)用于化工廢水和醫(yī)藥廢水的處理，也能很好地處理水質(zhì)中的有害物質(zhì)，而且只需要使用少量的化學(xué)藥劑，甚至不使用化學(xué)藥劑也能夠達到理想的處理效果，并且在處理廢水的同時，還能避免產(chǎn)生二次污染，從而可以全面地保障水處理凈化的整體效果，確保水質(zhì)能夠滿足使用要求。

2.2 操作便捷

傳統(tǒng)的水處理技術(shù)需要經(jīng)過多道工序，且人工操作較多，各道工序執(zhí)行起來比較費時，而且只有每個環(huán)節(jié)的處理效果都得到保障，才能保證最終的水處理效果。而超濾膜技術(shù)在環(huán)境工程水處理中的應(yīng)用，相比傳統(tǒng)的過濾方式，省略了很多環(huán)節(jié)，可以快速地將水體中含有的雜質(zhì)排出，在特定條件下，還能夠使物質(zhì)自動進入過濾膜內(nèi)，因此該技術(shù)的處理效率較高，有助于加快處理進度，節(jié)省人力。

2.3 具有超強的抗酸功能

超濾膜性質(zhì)穩(wěn)定，對于強酸具有較高的適應(yīng)性。在處理酸性廢水時，不易出現(xiàn)其他化學(xué)反應(yīng)，超濾膜的特性不會被改變，處理效果也不會因此降低，仍可以將廢水中絕大部分的細菌、懸浮物、顆粒物等進行過濾與隔離。這是超濾膜技術(shù)與傳統(tǒng)水處理技術(shù)的區(qū)別，也正因為如此，提升了超濾膜技術(shù)的安全性和可靠性，使其在當前工業(yè)大力發(fā)展的前提下得到了廣泛應(yīng)用。

2.4 具有高溫穩(wěn)定性

由于廢水大量來自于工業(yè)活動，一些工廠由于生產(chǎn)過程中采用了加熱技術(shù)，產(chǎn)生的廢水溫度也會較高。如煉鋼廠、冶煉廠的廢水，不僅重金屬含量較高，溫度也較高。許多水處理技術(shù)所使用的設(shè)備無法適應(yīng)這種高溫情況，而超濾膜卻能在140 ℃的水環(huán)境中正常發(fā)揮效用，可以通過高溫蒸汽與環(huán)氧乙烷實現(xiàn)殺菌，保障了過濾的有效性和合理性，這也很好地說明了超濾膜技術(shù)的優(yōu)勢和功效，為環(huán)境工程建設(shè)提供了有力的支持和保障[2]。

3 超濾膜技術(shù)在環(huán)境工程水處理中的應(yīng)用介紹

3.1 電鍍廢水處理

在我國大力發(fā)展工業(yè)的同時，工業(yè)廢水排放量也在大幅增加。雖然各地區(qū)的工業(yè)發(fā)展水平不同，但按照國家的環(huán)保要求，工廠都必須對工業(yè)廢水進行處理才能排放，以避免影響周圍生態(tài)環(huán)境和居民的健康，否則要得到相應(yīng)地處罰。如電鍍廢水，由于其工藝的特殊性，廢水中的金屬離子種類較多、量較大，不少還屬于危害性較大的重金屬，且金屬離子在化學(xué)劑的作用下容易發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生二次污染物。如傳統(tǒng)的電解處理法就會產(chǎn)生金屬化合物，凈化效果不僅無法保證，還會消耗大量的費用。因此，在選擇水處理技術(shù)時要慎之又慎。目前針對此類廢水，可采用超濾膜技術(shù)，先吸附電鍍廢水中的重金屬離子，將高分子顆粒物質(zhì)截留，并且截留得到的金屬離子又可以根據(jù)生產(chǎn)需要進行回收。處理后的水體也可以根據(jù)實際水質(zhì)投入到其他生產(chǎn)環(huán)節(jié)，從而使水處理投入產(chǎn)生更多的回報，極大地提高了水處理的效果和效益。

3.2 造紙污水處理

造紙廠需要浸泡、沖洗工序等，不僅用水量較大，產(chǎn)生的污水也較多。由于有些造紙原料非常不健康，所產(chǎn)生廢水中的有害物質(zhì)也較多，直接排放到周邊水體或土壤中，對于周邊環(huán)境和人體健康危害較大。而超濾膜技術(shù)可以有效地降低造紙廢水中污染物的含量，如木素、漿液等，而且還可以對其中的漂白成分及漿液等進行回收。這些原本被稱為雜質(zhì)、污染物的成分，由于可以被完全截留，經(jīng)二次處理后可以轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌?，從而實現(xiàn)了對資源的最大化利用，并避免產(chǎn)生二次污染[3]。

3.3 含油廢水處理

含油廢水的來源范圍較廣，工業(yè)生產(chǎn)使用了機油、采油、潤滑油，因而會排放含油廢水。人們的日常生活和餐飲業(yè)使用了大量食用油，食物殘渣和餐具清洗都會產(chǎn)生大量含油廢水。這些廢水的含油量較高，而且油份復(fù)雜，水與油又具有不相溶的特性，使得含油廢水表現(xiàn)出與其他廢水稍微不同的狀態(tài)。水體表面的浮油、水體混合散油、含有乳化劑的油使廢水的流動性不同，所以在處理時需采用不同的方法。前兩種含油廢水中的油利用物理方式就可以有效地去除，并通過機械攪拌形成沉淀，使油水明顯地分離，然后使用活性炭及其他化學(xué)物質(zhì)吸附去油，進而實現(xiàn)水油完全分離的目標。這種處理方式雖然去掉了水中的油，但是水的純凈性仍有待提升，而且對于含有乳化劑的油，并不能完全去除。此時使用超濾膜技術(shù)，對于無法通過粗細分離與重力分離過濾的油性分子，可以被超濾膜有效截留，高分子油性物質(zhì)和其他大分子污染物、雜質(zhì)與水分子和無害的小分子物分立于膜的兩邊，水體和油性分子因此被分離，水體因此也得到凈化。此外，還能同時去除 BOD（需要氧氣的數(shù)量）、COD（廢水中被氧化的物質(zhì)），從而進一步提升含油廢水的處理效果[4]。

3.4 日常用水的處理

我國雖然水資源儲量豐富，但是人均用水量仍然較低，而且由于人們生活中有著極高的用水需求，如果日常用水不干凈，水體中就會存在許多水藻、細菌、雜質(zhì)等污染物，直接影響人們的身體健康。有醫(yī)學(xué)研究證明，人們患上各種疾的很大一部分原因就是他們平時所使用的水不符合飲用水標準。因此，在飲用水送到千家萬戶前，必須要進行凈化。將超濾膜技術(shù)應(yīng)用于供水系統(tǒng)，并與混凝沉降技術(shù)結(jié)合應(yīng)用，可以去除水中的一些細菌、懸浮物等，保留一些對人體有益的微量元素，從而有效去除水體中的污染物，確保飲用水的質(zhì)量。此外，超濾膜技術(shù)也可用于對日常生活污水的處理，由于居民日常生活產(chǎn)生的污水中存在大量雜質(zhì)和油脂，傳統(tǒng)的沉淀法、分離法去污力不足，運用超濾膜技術(shù)能夠有效凈化頑固性的含油生活廢水，提升水資源的凈化效果，避免形成城市環(huán)境污染[5]。

3.5 海水的淡化處理

我國海水資源非常豐富，但是海水不能直接飲用，要想利用海水緩解城市生活用水緊張的問題，就要對海水進行淡化處理。在環(huán)境工程水處理中，多效蒸發(fā)技術(shù)、反滲透技術(shù)、電滲技術(shù)雖然可以淡化海水，但是得到的淡水量較少，淡水的質(zhì)量也偏低，雖然投入了大量成本，實際的淡化率卻不高，海水淡化工程的綜合效益也較低。而在海水淡化過程中運用超濾膜技術(shù)，可以有效控制水質(zhì)的反滲透，脫鹽率可以達到97%，去除率也能達到97%。海水可以較高比例地轉(zhuǎn)化為淡水，從而提高我國淡水資源的儲備量，而且轉(zhuǎn)化后的淡水也較為潔凈，可以滿足群眾常規(guī)的使用需求。因此，超濾膜技術(shù)極大地提升了海水淡化的總成效，降低了相關(guān)企業(yè)的成本投入，因而具有很高的發(fā)展前景。

4 超濾膜技術(shù)在環(huán)境工程水處理中應(yīng)用的注意事項

4.1 超濾膜的清潔度還有待提升

超濾膜技術(shù)是以分子隔離、截留的方式進行污水處理，而污水中的分子大小不同，有些小分子細菌也會吸附在超濾膜的表面，對于這部分污染殘留物，超濾膜還不能完全清理干凈，因而降低了污水處理效果，處理后的水體質(zhì)量還需進一步提升，以促進水資源的循環(huán)利用[6]。

4.2 嚴格控制超濾膜技術(shù)的應(yīng)用能耗

超濾膜雖然自身有一定的壓力，可以促使小分子和水分子穿透膜，但是為了提升處理效果，還要借助一定的能源進行驅(qū)動，所以應(yīng)用超濾膜技術(shù)還需要不少設(shè)備。從應(yīng)用成本和綜合效益方面看，在保障處理效果的前提下，如果能夠降低處理全過程的能耗，就可以促使該處理技術(shù)達到綠色技術(shù)標準，從而邁向新的發(fā)展階段。

4.3 超濾膜技術(shù)的實際應(yīng)用方式可以更加靈活

超濾膜的應(yīng)用范圍還有待擴大，不能全面應(yīng)對各種水環(huán)境。如在處理飲用水時，如果水的硬度較軟，就難以將全部自來水轉(zhuǎn)化成純凈水。因此，在實際的環(huán)境工程水處理工作中，還需結(jié)合實際處理對象、處理環(huán)境和條件等組合運用各種水處理技術(shù)，將超濾膜技術(shù)與其他水處理技術(shù)配合使用，進一步提升超濾膜水處理成效，提高水資源利用率。

5 超濾膜技術(shù)在環(huán)境工程水處理中的應(yīng)用建議

5.1 不斷改進技術(shù)

由于超濾膜技術(shù)不能有效去除小分子污染物，在處理污水時，長期使用的膜上會逐漸積累小分子污染殘留物，此時超濾膜的凈化效果將大大降低，如果繼續(xù)使用，會導(dǎo)致已經(jīng)凈化處理后的水體被二次污染。因此，未來還需要加強對超濾膜使用性能、使用壽命的研究，持續(xù)革新超濾膜技術(shù)，通過優(yōu)化材料和工藝等方式增強超濾膜自身的抗污染能力，延長超濾膜的使用壽命，避免超濾膜在處理污水時受到污染，確保超濾膜技術(shù)的水體凈化效果。目前雖然可以利用超濾膜清潔技術(shù)解決這一問題，但是清洗費用較高，還有可能對超濾膜造成損害。因此可以優(yōu)化超濾膜清洗技術(shù)，降低超濾膜清洗周期和成本，避免清洗過程中對膜的使用性能造成影響。

5.2 科學(xué)運用超濾膜技術(shù)

由于不同水體環(huán)境的污染程度不同，污染成分也不同，因而水處理的要求也不同，而超濾膜技術(shù)雖然應(yīng)用優(yōu)勢較強，凈化效果較好，但有些情況應(yīng)用該技術(shù)會造成浪費。因此，在運用超濾膜技術(shù)時，一定要先做好調(diào)查分析，建立水污染情況專項數(shù)據(jù)，根據(jù)污水收集數(shù)據(jù)來確定重點處理區(qū)域，分析采用超濾膜技術(shù)是否合理有效，是否能夠取得最高的綜合效益，或可以局部應(yīng)用超濾膜技術(shù)，控制應(yīng)用成本，降低使用超濾膜技術(shù)時的各項非必要消耗。其次，要分級分區(qū)地進行水處理，對生活或工業(yè)用水進行處理時，要結(jié)合各類廢水的特點合理布設(shè)超濾膜處理系統(tǒng)，并針對不同廢水建立特定的過濾指標，合理運用超濾膜技術(shù)。

5.3 完善水處理技術(shù)組合工作

當前環(huán)境工程中水處理技術(shù)較多，雖然超濾膜技術(shù)在凈水方面具有極佳的效果，但是并不能解決所有問題，在實際水處理工作中并不能完全代替其他水處理技術(shù)。所以需要研究超濾膜技術(shù)與其他水處理技術(shù)的優(yōu)劣性，技術(shù)組合的適配性，以構(gòu)建一套更為完善而統(tǒng)一的水處理系統(tǒng)。如將超濾膜技術(shù)與沉淀設(shè)備相結(jié)合，借助混凝工藝去除水體中的溶解性及小顆粒污染物；將超濾膜技術(shù)與活性炭組合，根據(jù)水質(zhì)調(diào)整活性炭，利用活性炭的吸附作用吸附水中的大顆粒污染物[7]，從而通過有效的技術(shù)組合，提高水處理的效率及質(zhì)量。

6 結(jié)語

綜上所述，超濾膜作為一種新型的水處理技術(shù)，對于各種污水、廢水的處理都具有良好的應(yīng)用效果，不僅處理效率高，水體凈化效果也較好，因而可以滿足多種水環(huán)境處理的需求。但是在實際應(yīng)用過程中，由于污水的復(fù)雜性，超濾膜技術(shù)本身也存在著一些不足。為了促進超濾膜技術(shù)得到進一步應(yīng)用，提高水處理的綜合效果，還應(yīng)繼續(xù)提高超濾膜技術(shù)的應(yīng)用水平，并控制其能耗和成本，組合使用各種合理有效的水處理技術(shù)，實現(xiàn)對水中細菌與病毒的完全截留，從而提高水體質(zhì)量，優(yōu)化水資源的分配利用，實現(xiàn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[8]。