環境工程水處理中超濾膜技術的應用

羅韜(龍巖市長汀生態環境保護綜合執法大隊，福建 龍巖 366300)

0 引言

水資源在社會經濟的發展中具有重要的支撐作用，工業的迅猛發展不可避免的產生了大量工業廢水，需要使用水處理技術才能恢復生態水環境的健康狀態。環境工程各種污水處理工藝也不停的推陳出新，其中超濾膜工藝的使用有了長足的進步，在各類工業廢水處理中得到廣泛的應用。

1 超濾膜技術(UF)簡介

1.1 UF技術的基本原理

UF技術是運用壓力把溶液中的溶劑和一些分子量低的溶質從超濾膜的很小孔隙透到膜的另一邊，實現分子量較高的溶質以及膠束團被膜截住，從而實現有關物質被截留的情況[1]。UF技術的截留機理是篩分作用，同時超濾膜的表面含有一定的化學性質，在這個作用下靜電作用可以過濾和截留有關物質。膜透過溶液實行濃縮、過濾以及分離的相關技術，膜的左右產生壓力差，溶液內較小的分子量的溶質可以經過溶劑穿過超濾膜中較小的孔，分子較大的溶質、病毒、雜質、藻類等物質在膜的另一半。根據有關研究表明，超濾膜的技術截留的分子量為500～500 000，超濾膜中通過的孔徑范圍通常是0.002～0.100 μm，一般情況下靜壓差范圍是0.1～0.5 MPa[2]，分離的物質直徑在0.005～10.000 μm之間。UF技術總體來說有較好的處理效果，環保有關工程中運用此技術，可以明顯降低水處理中化學藥品的使用值。

1.2 UF技術的特點

UF技術和其他技術相比，具有明顯的優勢：超濾膜過濾雜質的效率非常高，顯著高于傳統處理方法；使用少量甚至不使用化學試劑，有效防止處理過程二次污染的產生；UF技術的過濾系統自動化程度高，運行方法簡單易操作，只有開和關兩種模式；化學比較穩定，耐酸性、耐腐蝕性、耐水解等有關性能都比較好，耐熱可以達到140℃的高溫，可以使用非常高的蒸汽以及環氧乙烷實現全面的殺菌，對pH的要求不高，強酸、強堿以及有關的有機溶劑條件中充分使用；最后發現有較高的過濾精度，可以將溶液中99%的細菌、膠體、懸浮物等雜質實現去除；與常規水處理系統費用相當，生活污水使用超濾的處理方法后，水質可以滿足回用的指標[3]。

UF技術也一直面臨著反沖洗水量比較大以及膜污染問題，這也是各種工藝不斷優化升級著力解決的一大方向。超濾膜在運用時性能時間在推移過程中膜的穿透能力呈下降趨勢，溶質的阻止程度也在處于上升階段，這跟膜質量好壞以及附著的污垢有一定的關系。膜很容易由于污染物的堆積而堵塞，膜的使用壽命比較短。需要提前做好料液的準備工作，或者是對超濾膜進行清洗，提高使用壽命。超濾膜在使用過程中需要注重截留率，需要掌握各個膜的技術標準以及適用情況，考察處理效果能否滿足生產需要。

1.3 UF技術工藝流程

超濾的裝置處于密閉的環境中，其動力來源是壓縮空氣，推動容器中的活塞來回運動，在容器的底部設置比較堅硬的超濾膜。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。開始階段，溶質分子可以快速從溶劑中通過，超濾速度驚人。小分子不斷排出，大分子在膜表面堆積，濃度變得越來越高，下面的濃度大，上面的濃度小，超濾的速度也會不斷降低，形成濃度極化現象。為減少這個現象發生，需要提高流速，有下面幾種超濾裝置：(1)無需攪拌式的超濾設備比較單一，在密閉的裝置中增加壓力，讓小分子向膜外擠壓，無需攪拌的裝置濃度變化比較明顯，對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上增加電磁攪拌器，容器內增加一個磁棒。在裝置運行時增加內部壓力同時將磁力攪拌器打開，溶劑和小分子擠在膜外，大分子在濾膜的表面堆積，電磁攪拌器開動時會向溶液中分散，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管，兩端都是相通的，管的內徑通常是0.2 mm，可以增加滲透面積，增加超濾效率。超濾系統一般流程如圖1所示。

圖1 超濾系統的一般流程

水泵對原水進行施壓，將水導入膜分離器，通過超濾膜后在進入水箱中，然后進入調節池中[4]。在一段時間的運行之后，系統內的超濾膜會被污染，造成過濾效率下降，需要定期沖洗或者更換濾膜。使用產水箱內的水反向沖洗超濾膜，可以實現過濾能力的恢復，可以重新使用。同時還會使用化學強化的方式維護現有的供需對跨膜壓力得到一定的緩解，減少化學清洗的頻率，在一定時間段內，在膜分離器內加入一定量的化學藥劑，常見的藥劑有NaOH、HCl，膜在化學藥劑中浸泡，增加系統的運行時間和運行效率，增加廢水的處理量。

2 超濾膜水處理工藝的改善

超濾膜工藝的預處理工藝的混凝沉淀變成過濾SBR池的出水模式，可明顯改善超濾膜系統進水時的壓力，減少超濾膜兩邊的壓強差值，從而保持超濾膜系統處于穩定狀態。冬季的溫度很低，膜的活性比較差。使用直接SBR池出水，可以穩定產水的SDI值，在1.5～2.5之間，可以很容易滿足反滲透的有關要求，水質高于工業冷卻水以及廁所用水的用水標準值。夏季的水溫較高，使用檸檬酸定期清洗超濾膜可以改善膜的通過量，改善膜的過濾水平，減少鐵等金屬元素對膜的阻礙作用。使用檸檬酸和NaClO交替清洗超濾膜可以減少膜污染量，實現超濾膜進水壓力處于穩定狀況。適當增加水處理的實踐，可以明顯降低能耗，增加超濾膜系統水的回收水平。水壓力呈現出增加的趨勢，超濾膜系統單位能耗在不斷增多，在具體的運行中，進水壓力處于合理的控制范圍。國產超濾膜和進口超濾膜相比較，國內外超濾膜產品的性能幾乎一致，在具體運行中國外超濾膜的效果略高于國內超濾膜，運行成本可以進一步降低。

3 綜合執法中UF工藝各行業運用實例

環境執法中經常會遇到使用超濾膜進行水處理的問題，通過對UF技術的指導，可以明顯提高水處理的效率，以下是超濾膜主要的一些具體運用。工業廢水的處理也可以使用UF技術，工業廢水的處理難度通常比較高，含有很多毒性強、難以去除的有毒物質，這些物質都很難降解，需要處理技術具備很強的耐污染、耐酸、耐堿的性能。這些方面UF技術的表現很好，工業廢水凈化后可以實現水的回收再利用，防止對環境造成二次污染，節約水資源。

3.1 電鍍廢水處理

目前工業化水平不斷上升，工廠的規模和數量也不斷攀升，工業廢水不處理就會嚴重破壞周邊的水環境和土壤環境，與傳統的工業廢水相比較，電鍍廢水含有很多金屬離子，比如鋅、銅、鎳、鉻，有的還有酸堿類和氰化物類物質，需要進行多次處理后才能回用和排放。傳統工藝中處理廢水的方法有化學處理法和電解法等，處理后會產生二次污染的現象，投入的成本也比較高。使用UF技術可以將電鍍中的雜質成功的吸附，截留雜質團，保障廢水妥善處理和凈化。凈化的相關金屬粒子可以實現濃縮再進行回收和二次利用，可明顯控制成本，減少對環境的污染。陶瓷膜處理廢水可以調節pH值，沉淀雜質中氫氧化物。

3.2 造紙工業污水處理

通常情況下，造紙工業產生的污水在工業污水處理中非常困難。造紙生產工藝中含有很多對人體有害的物質，沒有有效的過濾凈化技術，污水不經過排放直接排放到水體中對環境的危害非常嚴重。超濾膜可以及時將造紙產生的污水進行有效處理，可以妥善解決造紙工作中污水處理的難題。UF技術可以有效處理造紙工業中的木素、漿液等多種雜質。UF技術和傳統的過濾方法有明顯的區別，使用UF技術可以將污水中的木素進行回收和利用。污水中含有很多漂白粉等物質，超濾技術也會將漂白粉進行有效去除。運用UF技術進行造紙工藝的污水處理，優勢比傳統工藝更加明顯，增加原料紙漿的回收率，減少造紙成本，可以實現增加環境工程的環保和經濟效益的高度統一。

3.3 含油廢水處理

含油廢水的主要來源是居民的生活飲食。中國的餐飲行業習慣使用食用油，造成含油廢水比其他國家要多很多。目前含油廢水主要包含以下三種形式：含油量少，在污水表面含有浮油；水中含有混合散油；污水中含有油質乳化劑，這是油化更加的含有廢水。通常情況下，前兩種含油廢水使用物理方法進行直接過濾，可以使用機械分離、沉淀、活性炭吸附等方式，這些方法都能很好的處理水中的含油物質，第三種含油乳化劑的廢水需要使用非常復雜的處理工作才能達到較好的處理效果。可以使用UF技術進行處理，油廢水可以得到很好的過濾效果。

4 結語

在環境執法過程中，發現UF技術在各行業運用以及后期的運維中面臨諸多問題：(1)相關產廢水企業單位環保運維相關負責人不夠專業，不能及時根據水質處理情況，以及膜污染程度采取積極有效的措施。建議企業加大力度培養環保部門的技術能力，可招聘一些有經驗的環保工程師，定期組織一些運維相關的培訓，以提高員工對膜運行過程的特殊情況及時采取有效的應急措施；(2)部分企業存在非連續型作業情況，有的甚至為了降低運營成本，直接將膜系統停止運行，這在膜系統運行中是不可采取的，因為超濾系統的運行需保持穩定連續性，一旦長時間不使用處于停滯狀態，會大大的降低膜壽命以及處理能力；(3)針對諸多企業存在的膜污染問題，企業應根據自身水質的情況采取有效的應對策略，增加前置預處理混凝沉淀環節，調節反沖洗的頻率、周期、水量、以及化學反沖洗的加入，根據各階段的水質情況不斷優化工藝，在達到水質排放標準的前提下，盡量降低系統運營成本。