關于環保工程水處理過程中的超濾膜技術應用

劉海清

煙臺市招遠環境執法大隊 山東 煙臺 265400

在社會經濟快速發展的同時，也帶來了嚴重的生態問題。因此，環境保護工程中的水質治理就顯得非常必要。在環境保護項目中，膜過濾是一種利用半透膜、篩選法實現對水中不溶解物及溶解物的高效分離與純化的一種新方法。在實踐中，要針對分離需求選用合適的膜孔尺寸，并嚴格調控運行條件，才能達到高效、節能和環境友好的分離目的。

1 超濾膜技術原理

1.1 濾膜原理

超濾膜是一種半滲透性薄膜，當水通過一種半透性薄膜時，其內部的小分子在壓力下可以穿過薄膜，進入膜的另外一端，而大分子、膠體等卻不能穿過膜的孔道。在液體持續流動的過程中，薄膜上被攔截的材料也變多了，為了達到過濾效果，需要對溶劑進行更高的加壓，同時，在薄膜的表面所生成的材料也顯示出了某種化學性質，還可以對某些污染物進行截留、降解，達到凈化水質的目的[1]。

圖1 超濾的流程

1.2 濃度極化原理

在超濾處理中，由于水的持續流動，被截留的物料逐漸增多，使得膜通量增大，從而產生了濃差極化。濃差極化是由溶液中的溶質在介質中的濃度差異所引起的從基質到薄膜的移動。在此過程中，溶液在膜面上的擴散會使溶液中的溶液在溶液中的含量增大，從而在溶液中生成高密度的溶液。由于濃差層會使膜通量變得更大，故有必要對其進行合理調控。

1.3 篩分原理

超濾篩分的機理是利用膜的孔隙尺寸對特定濃度的溶質進行有效的攔截，以利于小分子及溶劑的滲透。按照膜的尺寸及用途，可以對膜進行分類。一般的超濾膜具有0.005-1微米的孔尺寸，能夠對分子量超過500道爾頓的聚合物進行攔截。

1.4 化學特性原理

超濾膜的理化性質是由其在水相中所發生的化學反應與物理過程所決定的。超濾膜一般由聚合物組成，其性質穩定，耐腐蝕。在超濾工藝中，水中雜質與超濾膜之間會產生吸附、滯留和降解等一系列的化學變化。另外，超濾膜還可以利用過濾、滲透、溶解等物理作用對膜進行有效的分離純化[2]。

1.5 操作原理

對超濾水工藝中的壓力、流量和溫度等進行了嚴格的調控。在此基礎上，研究了不同工藝條件對膜蒸餾工藝的影響。為了確保膜的透過率及截留效率，一般需要對超濾工藝進行適當的調節。另外，流動速度、溫度等因素對超過濾工藝的質量和效率也有一定的影響[3]。

圖2 超濾膜技術工作原理

2 超濾膜技術在環保工程水處理中的應用優勢與劣勢

2.1 優勢

(1)高效率：膜分離工藝可有效除去水中的有害成分，如懸浮物、病毒和細菌等，并保持水中的有效成分。

(2)節約能源：該工藝操作能耗少，無污水排放，滿足了節能和環境保護的需求。

(3)便于維修：該工藝具有裝置簡便、使用簡便、維修保養容易等優點。這種靈活性使得超濾膜技術能夠適應不同規模和復雜程度的污水處理工程。

(4)適應性強：該工藝適合多種水處理場合，如廢水處理，飲用水處理，工業污水處理等。

2.2 劣勢

(1)高投入：膜分離工藝的投入高，且要求有一定的財政投入。

(2)膜污染：在超過濾工藝中，普遍存在著膜污染問題。研究表明，隨著時間的推移，膜表面將出現大量的懸浮物和微生物，從而使膜通量增大，從而影響了膜的過濾效果。另外，某些雜質也會破壞膜材，降低膜材的壽命。

(3)運行條件苛刻：該工藝運行對相關領域有較強的專門認識與技術支撐，必須有專門的工作人員對運行條件進行準確的調控，才能保證超濾工藝的穩定與高效運行。

3 環保工程水處理過程中常見的超濾膜技術類型

3.1 雙膜凈水技術

雙膜凈化技術是指采用雙層濾膜對廢水進行過濾，現在比較常用的過濾材料有反滲透膜、過濾膜等，它能有效地減少水中的雜質含量。目前，雙膜凈化工藝已被更多的工業企業所采用，一些地區也采用了這種工藝對本地高硬和受污染的水源進行集中治理，使得經過凈化的水能夠滿足人們的生活需要[4]。

3.2 短流程凈水技術

作為膜分離工藝的延伸，短程水凈化工藝能有效地處理各種受污染的水。在實踐中，采用短過程水處理工藝，不僅能獲得較好的處理結果，而且在費用損失的控制上也有較大的優越性。此外，短期凈化工藝也可以與線形供水系統相連，但總體改造的范圍有限，各地都可以采用該模式，實現費用與效果之間的均衡。

3.3 超濾膜技術代替過濾處理技術

隨著新時期的發展，水廠的管理者可以采用超濾膜技術，以此來提升污水廠的總體水質凈化效果，并對凈化費用進行嚴格控制。在膜處理工藝的實踐中，需要將其與常規水處理工藝進行有效銜接，將其引入到常規的過濾工藝中，并通過對其進行特性檢測，確保其穩定運行。在進行過濾特性試驗時，有關部門的科技工作者也要將各種水質資料進行比對，并依據監控資料，有針對性地對各種裝置的應用進行適當的調節，以確保集成后的凈化效果能夠滿足設備的實際要求。

3.4 海水淡化技術

由于超濾膜能有效地對水中多種大分子進行分離，因而在各行各業都有廣闊的發展空間。由于我國沿海地區具有較長的沿海地區，海洋資源十分豐富，所以在今后的開發過程中，可以將重點放在利用海水脫鹽方面，從而有效地解決淡水短缺的問題。雖然反滲透是一種主要的脫鹽方法，但由于其經濟性不佳，難以大規模應用。然而，由于超濾膜除具備類似于反滲透的作用和特性外，其在經濟上也有較大的優越性，所以，各國的環保部門都會將其作為一種有效的手段來推廣應用于海水淡化。

3.5 食品工業污水處理

近幾年，中國的食品產業得到了迅速的發展，其技術系統也越來越健全，但是目前的行業進入壁壘較低，導致了對周圍群眾的日常生活造成了極大的危害。在食品加工企業生產過程中，往往會產生較多的生產廢水，這些廢水含有豐富的養分，如果將其向周圍的河流或湖泊中排入，不僅會產生較強的富營養性，而且還會產生許多真菌，這些真菌會破壞周圍的環境，給周圍的漁業產業帶來巨大的沖擊，同時也會給周圍的生態環境帶來不利的后果。高效利用超濾膜處理污水中富含養分的有機物，實現對污水中雜質的高效凈化和處理，并對水中養分進行再利用，為其它行業提供保障。

4 環保工程水處理過程中的超濾膜技術運用

4.1 在生活廢水處理中的運用

隨著城鎮居民生活水平的不斷提升，其產生的污水中所含的多種有害有機物對人類的身體有害，如果不對其進行妥善治理，將會對周圍的水生態系統造成極大的危害。因此，相關部門必須在城市污水治理工程中應用各種先進的水處理技術，有效地提升水資源的回收效率，最大限度地減輕國家的缺水狀況。當前，將超濾膜應用于城市污水治理，雖不能確保出水水質達標，卻能將其應用于城市綠化、消防等領域，大大提升各種再生水的利用效率，同時也能為“海綿城市”的發展提供技術支撐。同時，該方法還能為居民日常生活污水的治理帶來方便，避免了未經過過濾的城市生活污水對周圍水環境的影響，從而實現供水環境的安全、穩定。

4.2 在電鍍廢水處理中的運用

電鍍工業能耗高，污染重，使用后產生的污水中含有大量的重金屬，對周圍的環境造成了極大的威脅。如果不能對其進行有效治理，不僅會給周圍的土地和水生態帶來很大的風險，而且還會隨著食物網的擴散而進入人類的體內，從而危及周圍人群的身體健康。當前，電鍍工業采用的是電解法和生物法等常規方法，然而，隨著國家對排放污水的日益嚴苛，各種工藝的綜合性能達不到工業排放的標準，各種工藝的綜合性能都達不到工業排放標準，各種治理指數都不達標，這無疑增加了水源的污染風險。利用超濾膜對電鍍污水中殘余的各種重金屬進行處理，既能降低污染物的傳播帶來的不利效應，又能有效地降低其對周圍生物和生物的生長和水生態系統的危害。此外，將反滲透工藝引入到污水處理工藝，可實現對高濃度重金屬的高效分離，為后續環保行業的健康發展奠定基礎[5]。

4.3 在飲用水凈化處理中的運用

然而，天然水源中含有大量的泥沙、細菌、懸浮物和微量礦物質，采用高密度膜過濾工藝極易造成水源中有益成分的損失，而產生的超純水又會對人類身體造成威脅，很難保證人們長久的用水需要。因此，在對家庭生活用水進行凈化處理的過程中，要首先對水源中的有毒物質進行處理，最大限度地保持水中的微量元素含量，從而最大限度地保證人體對各種礦物質的身體需要。采用超濾膜處理工藝，可以實現對大顆粒物質的有效分離，使對人類身體最有利的礦物質得到最大程度的保存。與其它水處理工藝相比，超濾工藝具有工藝簡單、效果好等優點，有望成為我國生態環境部的重要研究方向。在應用于環境保護的水處理中，往往要在管線中設置多層膜，利用泵壓對天然水中的鐵銹、泥沙等顆粒物進行迅速的過濾，同時保持對身體有益的微量元素和礦物質等。同時，該工藝還具備較強的經濟性和較強的經濟性，將其應用于水處理中，能夠有效地提高水處理效率。但在采用超濾膜工藝進行水質處理時，應安排相應的工作人員對管內雜物進行定時清掃，避免由于清洗不當造成管路阻塞，進而降低水質處理效率。

4.4 在電廠鍋爐補給水中的運用

在目前的情況下，國內的電力工業以蒸汽驅動渦輪發電為主，即將蒸汽在蒸汽中生成，在蒸汽的作用下進行能量轉換。由于水質的好壞，對鍋爐的正常運行有很大的影響，當水質較高時，會在設備的升溫過程中生成許多金屬物質，引起不均衡的燃燒，進而引起火災。因此，在熱電站的補水過程中，可以增加一個濾水環節，以滿足對高純度水質的需求。將超濾膜技術用于電站鍋爐來水，能夠有效地降低其所用水的硬度，同時還能夠降低其所含有的各種金屬鹽，以此來提高其使用年限，同時也能夠杜絕在長時間運行之后，鍋爐設備的潛在爆炸問題。在超濾膜技術的工程實踐中，常需先對水中進行預處理，再引入超濾膜、反滲透等技術，實現復合過濾，在保持水質清潔的前提下，減少水中的重金屬成分，并保證在長時間運行后，不會生成金屬鹽晶體，有效地提升火力發電廠的電力轉換效率，帶來更大的經濟與社會效益[6]。

4.5 在食品行業污水處理中的運用

隨著國民經濟的快速發展，食物的品種越來越多，越來越多的食物被人們所需要，然而，在食物的生產過程中，會出現大量含有有機物質和懸浮顆粒的污水，如果未經嚴格的治理而大量地排出，不僅會引起水質的惡化，而且還會給水源的利用帶來巨大的風險。同時，由于水體的富營養化，導致了水體中的微生物難以存活，從而影響了水域的穩定和生物多樣性。此外，污水處理廠排放的懸浮物進入水中后，釋放出了高濃度的含氧物質，不僅加速了水質的惡化，而且對整個區域的生態環境也帶來了不可逆轉的危害。事實上，食品工業廢水中含有的酵母及乳糖等原料，都是有循環再利用的，所以相關主管機關可以采用先進的廢水處理技術將廢水中的殘余成分分離出來，從而達到提升水源循環利用的目的。更關鍵的是，將超濾膜應用于食品廢水的治理，可以大幅度地提升廢水的水質與效能，并且可以達到很好的殺菌作用，并且可以將廢水中所含有的各種雜質全部去除，從而達到材料循環再利用的現實需要。目前，采用超濾膜處理食品工業廢水和污水是符合新時期發展潮流的一種重要手段，對提升我國食品行業的可持續發展具有重要意義。

5 結論

隨著對環境保護和可持續發展的需求不斷增加，超濾膜技術在環保工程污水處理中仍然具有廣闊的發展前景。未來的發展趨勢包括進一步優化技術和工藝，降低能耗和成本，并提高膜材料的性能和穩定性。將超濾膜技術用于環境保護工程中的水質治理是非常實用的，各個產業都要在新世紀的發展情況下，對超濾膜技術的使用系統進行持續的改進和發展，依靠各種先進的技術方法來提升環境保護工程所取得的經濟和社會效益。隨著膜分離工藝在水環境中的廣泛使用，進一步提升膜分離工藝對水環境的凈化作用，對于解決我國缺水問題具有重要意義。