環(huán)境工程水處理中超濾膜技術(shù)應(yīng)用研究

文典

中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 四川 成都 611130

引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人民生活水平也日益提高。環(huán)境工程問(wèn)題逐漸引起了人們的高度重視，而水處理工作則是環(huán)境工程問(wèn)題中最為關(guān)鍵的組成部分。水是人類(lèi)生存不可或缺的基本要素之一，同時(shí)在工業(yè)以及農(nóng)業(yè)發(fā)展中具有非常重要的作用。

1 超濾膜技術(shù)概述

就當(dāng)前而言，超濾膜技術(shù)由于在具體應(yīng)用中所表現(xiàn)出來(lái)的優(yōu)勢(shì)，逐漸成為常用的水處理方式之一，世界上多個(gè)國(guó)家對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行了有效利用。超濾膜技術(shù)可以有效地對(duì)水污染問(wèn)題進(jìn)行處理，在我國(guó)環(huán)境工程中占據(jù)著非常重要的地位。和傳統(tǒng)水處理技術(shù)相比，該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中擁有更加強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。在過(guò)去對(duì)水源進(jìn)行凈化時(shí)，往往會(huì)使用到消毒劑以及凈水裝置。這兩者雖然可以對(duì)水源進(jìn)行一定的凈化，然而會(huì)給水質(zhì)帶來(lái)一定的隱患。超濾膜技術(shù)的應(yīng)用可以很好地解決傳統(tǒng)技術(shù)所導(dǎo)致的環(huán)境問(wèn)題。

2 超濾膜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

首先是壓力式超濾膜系統(tǒng)。壓力式超濾膜也可稱(chēng)為柱狀超濾膜，即將中空纖維膜絲裝入一圓柱形壓力容器中，纖維束的開(kāi)口端用專(zhuān)用樹(shù)脂澆鑄成管板，配備相應(yīng)的連接件即形成標(biāo)準(zhǔn)膜組件，通過(guò)不同數(shù)量的壓力式膜組件并聯(lián)組裝成一個(gè)膜堆，若干個(gè)膜堆并聯(lián)組成不同處理規(guī)模的壓力式超濾膜處理系統(tǒng)。壓力式超濾膜的運(yùn)行分死端過(guò)濾或錯(cuò)流過(guò)濾，一般而言，市政給水廠由于水質(zhì)較好，通常采用死端過(guò)濾形式。壓力式超濾膜亦根據(jù)出水方向分為內(nèi)壓及外壓式，因主要特點(diǎn)相似，在此將其統(tǒng)稱(chēng)為壓力式，不再分別論述。其次是浸沒(méi)式超濾膜系統(tǒng)。浸沒(méi)式超濾膜的中空纖維膜絲裸露在外部，膜組件包括固定在垂直或水平框架上的中空纖維膜絲、設(shè)在框架頂部和底部的透過(guò)液集水管等。每個(gè)集水管包含有一層密封膜絲的專(zhuān)用樹(shù)脂，使得膜的內(nèi)腔與管道相連以收集產(chǎn)水。幾個(gè)或幾十個(gè)膜組件通過(guò)硬管將其集水管相連接，同時(shí)將它們位置固定，形成一個(gè)膜箱。若干個(gè)膜箱并聯(lián)浸沒(méi)在一個(gè)膜池中，若干個(gè)膜池并聯(lián)組成不同處理規(guī)模的膜處理系統(tǒng)[1-2]。

3 超濾膜技術(shù)工藝流程

超濾的裝置處于密閉的環(huán)境中，其動(dòng)力來(lái)源是壓縮空氣，推動(dòng)容器中的活塞來(lái)回運(yùn)動(dòng)，在容器的底部設(shè)置比較堅(jiān)硬的超濾膜。低于膜板孔隙直徑的小分子，在壓力作用下穿透膜板，大分子固定在膜板上。開(kāi)始階段，溶質(zhì)分子可以快速?gòu)娜軇┲型ㄟ^(guò)，超濾速度驚人。小分子不斷排出，大分子在膜表面堆積，濃度變得越來(lái)越高，下面的濃度大，上面的濃度小，超濾的速度也會(huì)不斷降低，形成濃度極化現(xiàn)象。為減少這個(gè)現(xiàn)象發(fā)生，需要提高流速，有下面幾種超濾裝置：①無(wú)須攪拌式的超濾設(shè)備比較單一，在密閉的裝置中增加壓力，讓小分子向膜外擠壓，無(wú)須攪拌的裝置濃度變化比較明顯，對(duì)于濃度較小的超濾比較適用；②攪拌式超濾是在原有超濾膜基礎(chǔ)上增加電磁攪拌器，容器內(nèi)增加一個(gè)磁棒。在裝置運(yùn)行時(shí)增加內(nèi)部壓力同時(shí)將磁力攪拌器打開(kāi)，溶劑和小分子擠在膜外，大分子在濾膜的表面堆積，電磁攪拌器開(kāi)動(dòng)時(shí)會(huì)向溶液中分散，有利于超濾速度的保持；③中空纖維超濾的截留面積是固定的，中空纖維超濾是空心柱中含有很多的纖維毛細(xì)管，兩端都是相通的，管的內(nèi)徑通常是0.2mm，可以增加滲透面積，增加超濾效率[3]。

4 水處理工程中超濾膜技術(shù)應(yīng)用

4.1 生活污水處理

生活污水具有較好的營(yíng)養(yǎng)條件，常常含有大量含氮化合物、高營(yíng)養(yǎng)有機(jī)物，若不加處理而直接排放，則可能會(huì)引起水體富營(yíng)養(yǎng)化，導(dǎo)致水華現(xiàn)象。當(dāng)前，有些生活廢棄物采用定點(diǎn)填埋的處理方式，其污染物容易滲入地下水，污染地下水環(huán)境。還可能通過(guò)食物鏈向高一級(jí)動(dòng)物，尤其是食物鏈頂端的人類(lèi)，體內(nèi)富集，損害地球生命體的健康，因此有必要采取超濾膜技術(shù)對(duì)其處理后再排放或再利用。人們可以將A2O工藝同超濾膜技術(shù)結(jié)合，有效處理生活污水，超濾后的出水水質(zhì)較中水回用標(biāo)準(zhǔn)高。人們可以設(shè)計(jì)脫氮除磷濾膜，利用超濾膜技術(shù)處理生活污水，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，氮、磷等污染物含量均符合相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，超濾膜技術(shù)的脫氮除磷效果較好[4]。

4.2 含油廢水處理

含油廢水主要有浮油、乳化油以及分散油三種狀態(tài)，主要來(lái)源為人們的日常生活。其中浮油以及分散油，由于本身所具有的特點(diǎn)，要想對(duì)其進(jìn)行有效處理，通過(guò)機(jī)械分離、活性炭吸附等凈水環(huán)節(jié)即可完成。然而，由于乳化油中油和水處于相互結(jié)合的狀態(tài)，因此要想對(duì)其進(jìn)行有效處理，難度非常高。而通過(guò)超濾膜技術(shù)可以將其中包含的低分子以及水進(jìn)行有效過(guò)濾，將一些油性大分子進(jìn)行截流，從而快速完成油水分離工作。

4.3 海水淡化

由于人類(lèi)活動(dòng)愈加頻繁，陸地上的淡水資源消耗速度加快，人類(lèi)所擁有的淡水資源變得越來(lái)越少。通過(guò)有效的方式方法將含量豐富的海水資源進(jìn)行淡化，可以有效緩解當(dāng)前人類(lèi)水資源淡水資源短缺的問(wèn)題。在諸多的淡化處理工藝中，超濾膜技術(shù)的淡化效果最為突出。在海水淡化工作中，可以全面利用該技術(shù)的分離及物化性能，對(duì)海水進(jìn)行有效淡化。在該工藝實(shí)際應(yīng)用中，要進(jìn)一步加大對(duì)反滲系統(tǒng)的控制力度，這樣可以有效增加滲透膜的使用時(shí)間，減少制備淡水的經(jīng)濟(jì)投入。

4.4 超濾膜技術(shù)與工業(yè)污染廢水處理

工業(yè)污染廢水種類(lèi)較多，在對(duì)其進(jìn)行處理時(shí)，需明確工業(yè)污染廢水類(lèi)別，主要包括食品加工過(guò)程出現(xiàn)的污水、造紙廢水以及電鍍廢水等。針對(duì)食品加工出現(xiàn)的污水，常見(jiàn)的為飲料加工等產(chǎn)生的廢水，且該廢棄水體中常見(jiàn)固體廢棄物，在排放至水中時(shí)，不易打撈，難以實(shí)現(xiàn)廢水的有效分離。而在超濾膜技術(shù)的支持下，可有效解決上述問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水中雜質(zhì)的有效過(guò)濾。針對(duì)造紙廢水而言，在采用超濾膜技術(shù)對(duì)其進(jìn)行凈化處理時(shí)，需要關(guān)注在造紙過(guò)程中常見(jiàn)的化學(xué)反應(yīng)，其會(huì)導(dǎo)致后續(xù)廢水中存在較多化學(xué)元素，且不易分離，而在超濾膜技術(shù)支持下，則可實(shí)現(xiàn)對(duì)上述化學(xué)元素的精細(xì)化分離，從而達(dá)到凈化水質(zhì)目標(biāo)。針對(duì)電鍍廢水而言，在對(duì)其進(jìn)行凈化處理時(shí)，面對(duì)較大的電鍍工業(yè)規(guī)模，必須關(guān)注其廢水中存在的重金屬離子成分，具體包括Cu重金屬離子、Al重金屬離子等。若對(duì)水中的重金屬離子無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效處理，將導(dǎo)致電鍍廢水嚴(yán)重影響動(dòng)植物的正常生存。和傳統(tǒng)的處理方式相比，超濾膜技術(shù)成本可控且使用規(guī)模較大。在具體對(duì)電鍍廢水進(jìn)行處理時(shí)，可聯(lián)合使用超濾膜技術(shù)和反滲透技術(shù)。結(jié)合實(shí)踐情況來(lái)看，在處理電鍍廢水的過(guò)程中，可使用陶瓷膜技術(shù)，通過(guò)應(yīng)用該技術(shù)，可有效截留氫化物與氧化物，且有效率可達(dá)90%以上。此外，在超濾膜技術(shù)支持下，還可將氨化物和氧化物懸濁液含量控制在一定范圍內(nèi)，從而盡量降低電鍍廢水對(duì)環(huán)境的不良影響。

4.5 在城市水污染中的應(yīng)用

與傳統(tǒng)的膜技術(shù)相比，采用超濾膜技術(shù)可以有效地處理人們生活中產(chǎn)生的廢水，循環(huán)水的方式可以應(yīng)用到城市規(guī)劃建設(shè)的各個(gè)方面。例如，將超濾膜技術(shù)應(yīng)用于污水處理廠，可以有效地處理城市生產(chǎn)和生活污水，一直提高水資源利用效率。

4.6 超濾膜技術(shù)與飲用水凈化處理

飲用水關(guān)系到社會(huì)大眾的身體健康，而在現(xiàn)實(shí)情境下，存在污水處理不當(dāng)以及飲用水處理工藝簡(jiǎn)單等問(wèn)題，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致無(wú)法實(shí)現(xiàn)飲用水的完全凈化，導(dǎo)致其中仍殘留有一定量的微生物、細(xì)菌或病毒等，若長(zhǎng)期飲用該水源，將危害人體健康，并誘發(fā)各種疾病。某水廠在進(jìn)行水源檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)水樣濁度較大，且含有鐵、錳元素以及氟化物、總大腸菌群等，總體水質(zhì)較差，和居民飲水標(biāo)準(zhǔn)相差較遠(yuǎn)，需對(duì)其進(jìn)行凈化處理。技術(shù)人員經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查和了解水質(zhì)情況后，決定使用超濾膜技術(shù)進(jìn)行處理，以有效去除懸浮顆粒物，經(jīng)實(shí)踐證明，超濾膜技術(shù)凈化飲用水成效較為明顯，處理后，水質(zhì)明顯改善，濁度低于0.2NTU，在去除大腸桿菌等微生物方面的效能可達(dá)到99.99%，在去除氟化物方面效能可達(dá)到60%，最終達(dá)到飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

5 超濾膜技術(shù)運(yùn)用于環(huán)境工程水處理的重要意義

超濾膜技術(shù)運(yùn)用于環(huán)境工程水處理的重要意義體現(xiàn)在以下幾方面：①?gòu)氐紫嗡|(zhì)污染。二次污染是威脅與破壞水生態(tài)環(huán)境的重要潛在隱患，因此必須得到環(huán)境部門(mén)及污水處理技術(shù)人員的重視。在目前的情況下，在消除二次水質(zhì)污染的過(guò)程中，技術(shù)人員能充分運(yùn)用超濾膜的輔助技術(shù)手段，避免摻入化學(xué)藥劑及其他介質(zhì)導(dǎo)致污染程度加劇。從以上角度來(lái)講，運(yùn)用超濾膜的水質(zhì)凈化與水體固態(tài)顆粒過(guò)濾手段會(huì)達(dá)到明顯降低水質(zhì)二次污染風(fēng)險(xiǎn)的良好實(shí)踐效果。②全面濾除固態(tài)顆粒雜質(zhì)。固態(tài)雜質(zhì)普遍存在于各種類(lèi)型的水質(zhì)中，目前實(shí)施水質(zhì)過(guò)濾處理的最關(guān)鍵目標(biāo)就是消除固態(tài)顆粒污染，通過(guò)徹底實(shí)施水質(zhì)顆粒過(guò)濾的專(zhuān)業(yè)技術(shù)手段來(lái)消除固態(tài)顆粒污染。在此過(guò)程中，超濾膜的固態(tài)顆粒過(guò)濾凈化措施非常有益于徹底截留固態(tài)污染物，尤其是對(duì)于水中細(xì)菌、漂浮物及膠狀物而言 。③便于操作且具備良好穩(wěn)定性。對(duì)污染水體全面實(shí)施超濾膜技術(shù)會(huì)達(dá)到節(jié)約水質(zhì)處理資源的效果，操作過(guò)程比較快捷簡(jiǎn)便，不會(huì)有過(guò)多的時(shí)間成本及基礎(chǔ)設(shè)施成本消耗 。并且選擇超濾膜技術(shù)進(jìn)行污水過(guò)濾處理，可以明顯增強(qiáng)水質(zhì)穩(wěn)定性，充分保證了水質(zhì)達(dá)到清潔程度的基本安全標(biāo)準(zhǔn)。

6 超濾膜技術(shù)的使用優(yōu)勢(shì)

①高效的雜物去除能力在日常的水資源處理工作中，工作人員要想使處理后的水質(zhì)達(dá)到日常生活使用水平，就必須對(duì)污染水源中的有害雜質(zhì)進(jìn)行過(guò)濾處理。超濾膜技術(shù)的使用，可以對(duì)污染水源中的有害物質(zhì)達(dá)到近乎百分之百的過(guò)濾效果，污染水源中的絮狀物、病毒、細(xì)菌等被過(guò)濾系統(tǒng)排除在外，只留下潔凈清澈的純水資源。因此，可以說(shuō)超濾膜技術(shù)的運(yùn)用使我國(guó)水資源處理工作進(jìn)入了全新的發(fā)展階段。②避免化學(xué)試劑對(duì)水資源產(chǎn)生二次污染在超濾膜技術(shù)的使用過(guò)程中，主要借用物理反應(yīng)對(duì)水資源進(jìn)行過(guò)濾處理，不添加任何化學(xué)試劑，這與以往的水資源處理技術(shù)相比，在一定程度上避免了化學(xué)試劑與水中化學(xué)元素發(fā)生反應(yīng)而對(duì)水資源產(chǎn)生二次污染 。③操作簡(jiǎn)單與以往煩瑣的水資源處理過(guò)程不同，使用超濾膜技術(shù)對(duì)水資源進(jìn)行處理時(shí)，工作人員只需要及時(shí)開(kāi)啟和關(guān)閉過(guò)濾系統(tǒng)即可，縮短了水資源的處理進(jìn)程。工作人員不必再費(fèi)心費(fèi)力地對(duì)水資源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，既節(jié)省了人力和物力資源，也提高了水資源處理效率。

7 結(jié)束語(yǔ)

水不僅是生命生存必需的基礎(chǔ)物質(zhì)，也是可循環(huán)利用的戰(zhàn)略資源。一個(gè)國(guó)家的水環(huán)境不僅關(guān)系居民的生活水平和身體健康，也與國(guó)家的產(chǎn)業(yè)建設(shè)、環(huán)境保護(hù)、可持續(xù)發(fā)展等息息相關(guān)。作為一種實(shí)用型過(guò)濾技術(shù)，超濾膜技術(shù)在環(huán)境工程水處理中表現(xiàn)出多種應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，有助于提高污水治理效果，改善我國(guó)生態(tài)環(huán)境。