环保工程水处理的超滤膜技术应用研究

2019-02-20周伟

城市建设理论研究（电子版） 2019年34期

关键词：聚乙烯醇亲水性超滤膜

周伟

江苏中电创新环境科技有限公司江苏无锡 214135

1 前言

水处理技术当中，超滤膜处理作为一项新兴而实用的处理技术有着十分重要的应用意义，应用这一技术可以有效地提高水处理的效率，保障水处理的效果，因而有着广泛的应用前景。

2 超滤膜技术的特点

2.1 超滤膜技术原理

超滤膜技术是通过膜透过进行分离，其处理的范围在纳米尺度和微米尺度之间。它的工作原理是利用半透膜在溶液中加以压力的作用下小分子可以通过孔隙而大分子和胶体物质无法通过的机制。无法通过的物质被拦截，同时随着时间的增加拦截物质越来越多的淤积在半透膜附近，此时就需要更大的压力来实现半透膜的超滤作用。同时，在半透膜表面形成的物质也会表现出一定的可以截留和分解污染物的特定化学作用，进一步实现水的净化。但是，随着大分子的不断聚集过滤的效率和速度会逐步下降，出现“浓差极化”的现象，因此在保证超滤有效进行的过程中通常在实际工作中会采用搅拌式超滤装置来缓解消除“浓差极化”现象。

2.2 超滤膜技术的特点

超滤膜技术有着其他水处理技术有着难以望其项背的优势。第一，超滤膜具有优秀的化学稳定性，耐高温、耐酸碱性好，因此可以适用多种水质，适用范围广泛。第二，超滤膜技术的原理简单，技术实现容易，自动化程度强，不仅节约劳动力而且对于维护和运行的安全都有着较高的保障。第三，超滤膜技术是物理层面的方式，在整个处理净化过程中不依赖化学试剂，不会对被处理水质产生二次污染。第四，超滤膜技术在整体的处理效率和效果上都呈现着较为满意的结果。其大容量的处理能力对于中小城市的饮用水处理效率的提高有着巨大的优势。

3 超滤膜技术在环保工程中的应用

3.1 用于活性炭的深度净化

粉末活性炭吸附与超滤膜过滤相结合，可以有效地将PAC对其他低分子物质和微生物的吸附（如细菌病毒的大分子吸附）有机地结合起来。分离有助于瓶装水中有机物的去除。在这一中间阶段，许多专家对粉末活性炭吸附与超滤膜制备工艺相结合的科学研究较为普遍，并认为它可以作为一个有机整体来发展，取代传统的饮用水处理技术。要求在超滤主机的循环水中加入一定量的粉末活性炭，再结合固液分离制造工艺，可以实现瓶装水的即时净化，PAC可以有效吸附所有低分子量物质，将完全溶解的有机物质转移到固相中，然后用超滤膜将其从水中分离干净。另外，PAC可以有效防止膜结垢。根据上面相应的研究，粉末状活性碳的吸附浓度越高，高锰酸盐指数越高，苯酚清洗后的最佳效果越好，而且活性碳还可以减少污染。为了维持超滤膜的过滤，絮凝分为三个部分：反应，凝集和絮凝。一方面，絮凝超滤联合过程之后是絮凝物的产生，絮凝物的产生主要包括以下物理原理：首先是吸附，第二，附着力和桥修复，最后是网捕，凝集的主要原理是使用明矾将小分子凝集成大分子，然后在超滤膜的作用下逐渐形成滤饼层。这样，其他亲脂性材料将沉淀物沉积在滤饼层上，可以将其洗掉以将其除去，然后可以恢复膜通量。通常，其他的凝集和超滤组合过程也能非常有效地去除有机物，主要原因如下：第一，凝集会在水中形成小的絮凝剂，并逐渐形成微絮凝。并且改善了其重分离性能。其次，微絮凝剂可以在超滤膜后被捕获，从而可以更好地消除有机结合分子的聚集。沉淀池的预处理可以提高膜通量，改善膜过滤处理性能，并改善水质。目前，混凝超滤过程有两种：压力式和浸入式，在实际操作和应用过程中，可以根据不同需要进行选择。

3.2 从加工业重工业中回收废水

随着食品制造和加工业的发展，许多制造和生产过程逐渐需要消耗更多的水资源。生活污水再处理后，其中含有的淀粉和其他营养物质含量相对较大，可以回收利用，以发挥更充分的作用，这种生活污水中含有多种可以生化的物质。如果这些物质可以排放，则其中一些会对水体造成伤害，从而对环境造成损害。超滤膜技术的应用可以有效地净化污水并回收利用污水。它不仅可以去除对人体有害的各种物质，而且可以大大减少对自然生态环境的破坏。它可以实现各种养分的回收和再利用，节约农业用水。

3.3 处理含油工业废水

生产产生的含油废水中有机物的排放量大大增加，不仅对生活环境造成了严重的工业污染，而且还对生态产生了不利影响。为了改善整个环境，为了保证生态系统的整体质量和正常运行，有必要对含油污水进行更有效的直接处理，进一步扩大农业水的净化作用。含油工业废水相对其他工业废水，有两个不同的方面。含有乳化油、浮油等物质，这使得绿色环保工程的水处理更加困难。为了有效地解决废水的产生问题，该工艺也更加复杂。与含油废水排放有关的问题，可充分利用超滤膜技术，充分发挥其功能，使其完全分离，大大降低高含油工业废水的进水浓度，然后更加持续有效地去除其他有害健康的物质。例如，不仅可以改善水处理方法和环境保护项目的质量，而且可以通过高度净化含油废水来减少水污染问题。

3.4 海水淡化

目前，以色列已有一个海水淡化项目案例使用超滤。由于中国拥有更为成熟的业务和非常丰富的实践经验来解决各种水资源短缺的问题，美丽的海岸线非常长，因此有必要发展海水淡化技术。但是海浪包含大量的杂质，例如微生物和细菌，并且粒径非常小，这些杂质很难处理。某些电流处理技术，例如电渗析技术，具有明显的缺点。在其他相关研究中，将超滤和反渗透的核心技术相结合可以提高海水净化的效果。在各种技术的整体发展中，已经应用了超滤膜的各种技术。其高质量的完全分离以及全面的理化特性可以提高海水淡化项目的效率和质量，并大大降低能耗。超滤膜技术为大规模海水淡化提供了更多技术支持，可以继续有效降低其他成本并改善中国目前的水质现状，节约资源，在效率和质量方面都具有重要意义。

4 关于环境工程水处理运用超滤膜技术的要点

（一）聚偏氟乙烯超滤膜

聚偏氟乙烯是一种结晶聚合物，结晶熔点为170℃，机械性能良好，化学稳定性和耐磨性都比较强，是一种常见的制膜材料。聚偏氟乙烯在常温的条件下不易被酸碱腐蚀，即使是在高达100℃的环境温度下，其化学性能也不易改变，在脂肪烃、芳香烃等有机溶剂中也不易溶解，对各种射线辐射都具有良好的抵抗能力，因此，在膜分离技术中逐渐受到人们的重视。虽然聚偏氟乙烯具有上述优点，但是其亲水性比较差，因此，制出来的分离膜在废水处理中也容易受到污染，使产水量降低。为了改善聚偏氟乙烯的亲水性能，研究人员将无机纳米颗粒混合到聚偏氟乙烯中，通过无机纳米颗粒的亲水基团来提高聚偏氟乙烯分离膜的机械强度，进而提高分离膜的抗污染性和亲水性。

（二）聚醚砜超滤膜

聚醚砜材料可以制备成多种类型的膜，其耐热、抗压、抗氧化性能都比较好。聚醚砜材料的种种优点使其成为制备复合膜的理想材料，近几年来对该材料的研究深度也逐渐增加。在聚醚砜超滤膜中加入耐高温的杂萘联苯可以有效增强分离膜的抗溶解性和耐腐蚀性，并且能够承受的最高温度也上升到300℃，从而使超滤膜能够适应多种环境下的废水处理工作。

（三）聚乙烯醇超滤膜

聚乙烯醇材料内部严格的线性结构使其分子之间的氢键结合非常稳定。结构内部的羟基亲水性能良好，可以降低成膜难度，因此常被用于亲水膜的制作。由于聚乙烯醇超滤膜极易在水中溶解，因此，需要通过热处理等加工工艺来改变其亲水性能。在聚乙烯醇中加入纳米二氧化硅不仅可以保留聚乙烯醇的亲水性，还可以增加分离膜的抗污能力，纳米二氧化硅聚乙烯醇的水通量和抗污染能力比一般的聚乙烯醇超滤膜都要高很多。