超濾膜技術在環境工程水處理中的應用

蔡琪芳，王 露

（1.蘇州湖天電氣開發有限公司，江蘇 蘇州 215100；2.華東電力設計院有限公司，上海 200063）

改革開放以來，我國日益重視水資源使用過程中產生的污染問題。隨著各地研究的深入，人們在水處理凈化方面取得了顯著成果。其中，超濾膜技術因其具備成本低廉以及效果顯著兩項特質，得到各地的大力推廣和應用。為有效地保障居民的身體健康和提高居民生活質量，避免水污染對人體造成重金屬中毒，我國已將超濾膜技術作為水污染處理方面的一大主流技術。

1 超濾膜技術概述

1.1 超濾膜技術的原理

1.1.1 超濾原理

超濾膜技術本質上是過濾的一種，相對于傳統濾紙過濾來說，超濾膜技術屬于一種精度更高、更便捷的過濾方法。超濾膜技術與傳統濾紙過濾依據的是同一種物理原理，因此兩者本質上相同。超濾是隨著現代技術發展而產生的更加先進的過濾介質。

超濾原理指的是外部做功推動原水，因超濾膜本身材質與構造的特點，在一定空間內造成膜內、外兩側壓強差，原水受到壓力緩緩通過超濾膜介質，由于超濾膜介質的特性做出被動篩選，使得超濾膜另一側流出的水中不含細菌、砂礫等大分子污染物[1]。

1.1.2 微透過原理

微透過原理屬于物理原理，本質上是指水經過超濾膜介質的過濾過程。因為篩網直徑的限制，在水經過超濾膜介質的過程中，所含雜質與細菌無法通過0.002～0.100 μm的篩選區間。

隨著我國現代科學技術的發展，現今超濾膜技術已從單膜過濾發展到多膜過濾，這意味著微透過原理在超濾膜技術上得到進一步的應用。微透過原理與超濾原理的不同點在于：微透過原理指的是水處理過程中由于超濾膜介質本身的特性而進行的過濾，具有細指超濾膜介質“篩網”性質的功能；超濾原理指的是水處理過程中由于超濾膜設計而進行過濾的過程，具有概述整個過濾階段的功能。

1.2 超濾膜技術的特質

1.2.1 純物理化過濾

在以往傳統的水處理過程中，因技術還不成熟，我國多采用化學手段進行凈水處理，具體過程為：使用化學藥劑與廢水進行分子式反應，生成與水不相溶的雜質，接著對反應物雜質進行初步的沉淀與過濾。由于雜質本身與水的不相溶在物理意義上并不是完全的不相溶，因此經過此法處理后的水必須加熱后方可飲用。同時，由于使用的化學藥劑與水中有機物發生反應生成微溶于水的三氯甲烷等有害成分，水在處理過程中不可避免地產生二次污染[2]。

超濾膜技術采用傳統的物理過濾，不僅避免了二次污染的化學反應生成物，還對雜質與細菌進行更加精細的過濾篩選，使得水處理過程中的礦物質與微量元素等對人體有益的物質得到保留，避免了由化學藥劑生成的氯化物對人體造成的危害。

1.2.2 簡略化過程

傳統的水處理方法中，一般采用氯制劑的漂白粉對廢水進行消毒。由于氯制劑在廢水處理過程中屬于消耗品，需求數量眾多，因此一直以來氯制劑的采購與制造使得我國廢水處理成本相對高昂。在使用漂白粉消毒的過程中，氯氣本身帶有劇毒并且能在光照條件下與氫氣發生劇烈的化學反應，因此極易導致自來水廠安全投入成本增加[3]。

與氯制劑相比，超濾膜作為物資設備，具有使用期限較長、更換操作安全便捷等優點。因此，采用超濾膜技術不僅能大大節省環境工程水處理中的各項成本，還使得安全系數得到整體的提升。

2 我國現今超濾膜技術存在的問題

2.1 我國現今超濾膜技術在應用方面存在的問題

2.1.1 重金屬水污染

重金屬污染會對我國生態環境及人體健康造成極大負面影響，而水生環境中存在的可溶性金屬，其毒理性高于相應的固態顆粒金屬毒理性。重金屬毒性不能通過生態鏈進行有效的自然降解，而是會遵循食物鏈流動在生物體內積累，導致最終某一特定群落爆發出中毒廣泛性與畸形遺傳生物性的風險[4]。

我國目前的超濾膜技術雖然避免了二次化學污染的風險，但對于原水中含有的重金屬等有害物質并沒有完整的處理手段。重金屬在水中以化學性質的金屬離子溶解物存在，從而得以通過超濾膜介質0.002～0.100 μm的篩選區間。

2.1.2 家庭油質廢水與工業油脂廢水的處理

在烹飪時，人們普遍會用到食用油。因乳化劑具有調和油與水相融的混合性特質，人們基本都會使用乳化劑作為餐盤清潔劑。油本身在物理定義上不屬于大分子，因此采用超濾膜技術無法達到理想的處理效果[5]。

大部分工業油脂廢水可以通過過濾方法去除，但是危害較大的乳化油與溶解油難以去除。乳化油和溶解油的油滴直徑極小，完全可以通過超濾膜介質0.002～0.100 μm的篩選區間，致使超濾膜失效。

2.2 現今我國超濾膜技術存在的問題

2.2.1 超濾膜技術起步較晚

早在18世紀中葉，施密特通過棉質制成的膠膜進行過濾提純，由于當時使用的膠膜提純精度大大高于濾紙，于是“超濾”第一次作為正式概念出現在公眾視野中。19世紀末，學者馬丁制造出第一張真正意義上的人工超濾膜。20世紀中葉，隨著分子概念的提出，超濾技術已經逐漸發展為現代成熟技術[6]。

相對于國外數百年的超濾膜技術發展史，我國的研究始于20世紀80年代。一開始為了滿足工業發展需要，從國外引進相對成熟的超濾膜技術。作為應用在生物與環境領域的分離與提純新興技術，超濾膜技術因其高效、環保的特性得到我國各地的大力推廣，但因起步較晚，其推廣受到技術限制。

2.2.2 水污染的差異性

工業排放的重金屬廢水會引發水污染，而工業廢水中的重金屬元素多種多樣。因此，人們在應用超濾膜技術過濾重金屬廢水時，不僅要面臨使用物理方法解決不同化學特性的應用難題，還面臨著識別不同金屬離子從而做出相應處理的技術性識別檢測難題。同時，我國作為農業大國與工業大國，污染物不僅包含工業廢水中的重金屬離子，還包含硝酸根離子、硫酸根離子、氰化物、揮發性有機物和二噁英等。

3 超濾膜技術現存問題的應對策略

3.1 完善水體凈化處理體系

3.1.1 飲用水凈化

當前，要建設好飲用水管道，盡可能降低飲用水在消毒與運輸過程中的污染風險。同時，飲用水管道建設可以制定專門的收費標準，確保群眾在生活中做到節約用水，將生活用水和生產用水的標準制度化，減少水資源的浪費，倡導水資源循環利用，使得節約資源生活化，固化到社會群眾的思想意識中，從自我做起，從小事做起。

針對重金屬可能污染飲用水，人們要加強超濾反滲透多膜組合模式的管道建設，以合理成本建設完整的凈化反滲透體系，從而確保飲用水源的純凈度，提高群眾的生活質量，保障社會大眾身體健康。

3.1.2 家庭與工業廢水進行區分

對于家庭油脂廢水與工業油脂廢水，人們要開展差異性的管道建設，根據微粒與離子的直徑差異，進行顆粒過濾、微濾、超濾、納濾與反滲透等水處理凈化操作。嚴格區分家庭生活用水和工業生產用水，制定相應的過濾指數和標準，劃分生活用水和生產用水的界限，保障人體健康和生產動能。

3.2 進行超濾膜技術的研究重組

3.2.1 活性炭與超濾膜技術的互補性重組

超濾膜作為物資設備，具有使用壽命長和不易消耗等特點。但是，我國超濾膜技術研究起步較晚且供水量大，致使超濾膜在推廣過程中不可避免地受到成本因素的制約。為了盡可能保障以超濾膜技術為中心的凈化流程，有效降低超濾膜技術應用的成本，使其得到有效推廣，建議可以采用活性炭與超濾膜雙重過濾模式進行廢水處理。

3.2.2 污染源分析與超濾膜技術的戰略性研究

建議根據當地地形等情況建立相關的污染源數據分析庫，根據污染源數據庫的數據分析，進一步對調節閥、產水箱等進行有效控制與調節的戰略性研究，從而最大限度地發揮超濾膜技術在水處理體系中的過濾功能。超濾膜污水處理原理如圖1所示。

圖1 超濾膜污水處理原理

4 結語

環境問題影響社會的可持續發展，新時代，國家高度重視環境保護工作。超濾膜技術可以有效處理生活污水和工業廢水，為人們帶來潔凈水源，因而被廣泛應用于環境工程水處理中。目前，我國的超濾膜技術仍然存在一定不足，但它無可置疑地為我國環境工程水處理提供了新思路。通過超濾膜技術的重組，人們可以彌補超濾膜技術的不足，有效提高水處理的質量與效率，從而為我國治理環境污染，實現可持續發展做出貢獻。