环境工程水处理中超滤膜技术应用研究

2021-04-03文典

建筑与装饰 2021年24期

关键词：超滤膜环境工程净化

文典

中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司四川成都 611130

引言

随着我国社会经济的不断发展，人民生活水平也日益提高。环境工程问题逐渐引起了人们的高度重视，而水处理工作则是环境工程问题中最为关键的组成部分。水是人类生存不可或缺的基本要素之一，同时在工业以及农业发展中具有非常重要的作用。

1 超滤膜技术概述

就当前而言，超滤膜技术由于在具体应用中所表现出来的优势，逐渐成为常用的水处理方式之一，世界上多个国家对这一技术进行了有效利用。超滤膜技术可以有效地对水污染问题进行处理，在我国环境工程中占据着非常重要的地位。和传统水处理技术相比，该技术在实际应用中拥有更加强大的优势。在过去对水源进行净化时，往往会使用到消毒剂以及净水装置。这两者虽然可以对水源进行一定的净化，然而会给水质带来一定的隐患。超滤膜技术的应用可以很好地解决传统技术所导致的环境问题。

2 超滤膜系统的结构组成

首先是压力式超滤膜系统。压力式超滤膜也可称为柱状超滤膜，即将中空纤维膜丝装入一圆柱形压力容器中，纤维束的开口端用专用树脂浇铸成管板，配备相应的连接件即形成标准膜组件，通过不同数量的压力式膜组件并联组装成一个膜堆，若干个膜堆并联组成不同处理规模的压力式超滤膜处理系统。压力式超滤膜的运行分死端过滤或错流过滤，一般而言，市政给水厂由于水质较好，通常采用死端过滤形式。压力式超滤膜亦根据出水方向分为内压及外压式，因主要特点相似，在此将其统称为压力式，不再分别论述。其次是浸没式超滤膜系统。浸没式超滤膜的中空纤维膜丝裸露在外部，膜组件包括固定在垂直或水平框架上的中空纤维膜丝、设在框架顶部和底部的透过液集水管等。每个集水管包含有一层密封膜丝的专用树脂，使得膜的内腔与管道相连以收集产水。几个或几十个膜组件通过硬管将其集水管相连接，同时将它们位置固定，形成一个膜箱。若干个膜箱并联浸没在一个膜池中，若干个膜池并联组成不同处理规模的膜处理系统[1-2]。

3 超滤膜技术工艺流程

超滤的装置处于密闭的环境中，其动力来源是压缩空气，推动容器中的活塞来回运动，在容器的底部设置比较坚硬的超滤膜。低于膜板孔隙直径的小分子，在压力作用下穿透膜板，大分子固定在膜板上。开始阶段，溶质分子可以快速从溶剂中通过，超滤速度惊人。小分子不断排出，大分子在膜表面堆积，浓度变得越来越高，下面的浓度大，上面的浓度小，超滤的速度也会不断降低，形成浓度极化现象。为减少这个现象发生，需要提高流速，有下面几种超滤装置：①无须搅拌式的超滤设备比较单一，在密闭的装置中增加压力，让小分子向膜外挤压，无须搅拌的装置浓度变化比较明显，对于浓度较小的超滤比较适用；②搅拌式超滤是在原有超滤膜基础上增加电磁搅拌器，容器内增加一个磁棒。在装置运行时增加内部压力同时将磁力搅拌器打开，溶剂和小分子挤在膜外，大分子在滤膜的表面堆积，电磁搅拌器开动时会向溶液中分散，有利于超滤速度的保持；③中空纤维超滤的截留面积是固定的，中空纤维超滤是空心柱中含有很多的纤维毛细管，两端都是相通的，管的内径通常是0.2mm，可以增加渗透面积，增加超滤效率[3]。

4 水处理工程中超滤膜技术应用

4.1 生活污水处理

生活污水具有较好的营养条件，常常含有大量含氮化合物、高营养有机物，若不加处理而直接排放，则可能会引起水体富营养化，导致水华现象。当前，有些生活废弃物采用定点填埋的处理方式，其污染物容易渗入地下水，污染地下水环境。还可能通过食物链向高一级动物，尤其是食物链顶端的人类，体内富集，损害地球生命体的健康，因此有必要采取超滤膜技术对其处理后再排放或再利用。人们可以将A2O工艺同超滤膜技术结合，有效处理生活污水，超滤后的出水水质较中水回用标准高。人们可以设计脱氮除磷滤膜，利用超滤膜技术处理生活污水，试验发现，氮、磷等污染物含量均符合相关国家标准，超滤膜技术的脱氮除磷效果较好[4]。

4.2 含油废水处理

含油废水主要有浮油、乳化油以及分散油三种状态，主要来源为人们的日常生活。其中浮油以及分散油，由于本身所具有的特点，要想对其进行有效处理，通过机械分离、活性炭吸附等净水环节即可完成。然而，由于乳化油中油和水处于相互结合的状态，因此要想对其进行有效处理，难度非常高。而通过超滤膜技术可以将其中包含的低分子以及水进行有效过滤，将一些油性大分子进行截流，从而快速完成油水分离工作。

4.3 海水淡化

由于人类活动愈加频繁，陆地上的淡水资源消耗速度加快，人类所拥有的淡水资源变得越来越少。通过有效的方式方法将含量丰富的海水资源进行淡化，可以有效缓解当前人类水资源淡水资源短缺的问题。在诸多的淡化处理工艺中，超滤膜技术的淡化效果最为突出。在海水淡化工作中，可以全面利用该技术的分离及物化性能，对海水进行有效淡化。在该工艺实际应用中，要进一步加大对反渗系统的控制力度，这样可以有效增加渗透膜的使用时间，减少制备淡水的经济投入。

4.4 超滤膜技术与工业污染废水处理

工业污染废水种类较多，在对其进行处理时，需明确工业污染废水类别，主要包括食品加工过程出现的污水、造纸废水以及电镀废水等。针对食品加工出现的污水，常见的为饮料加工等产生的废水，且该废弃水体中常见固体废弃物，在排放至水中时，不易打捞，难以实现废水的有效分离。而在超滤膜技术的支持下，可有效解决上述问题，实现对污水中杂质的有效过滤。针对造纸废水而言，在采用超滤膜技术对其进行净化处理时，需要关注在造纸过程中常见的化学反应，其会导致后续废水中存在较多化学元素，且不易分离，而在超滤膜技术支持下，则可实现对上述化学元素的精细化分离，从而达到净化水质目标。针对电镀废水而言，在对其进行净化处理时，面对较大的电镀工业规模，必须关注其废水中存在的重金属离子成分，具体包括Cu重金属离子、Al重金属离子等。若对水中的重金属离子无法实现有效处理，将导致电镀废水严重影响动植物的正常生存。和传统的处理方式相比，超滤膜技术成本可控且使用规模较大。在具体对电镀废水进行处理时，可联合使用超滤膜技术和反渗透技术。结合实践情况来看，在处理电镀废水的过程中，可使用陶瓷膜技术，通过应用该技术，可有效截留氢化物与氧化物，且有效率可达90%以上。此外，在超滤膜技术支持下，还可将氨化物和氧化物悬浊液含量控制在一定范围内，从而尽量降低电镀废水对环境的不良影响。

4.5 在城市水污染中的应用

与传统的膜技术相比，采用超滤膜技术可以有效地处理人们生活中产生的废水，循环水的方式可以应用到城市规划建设的各个方面。例如，将超滤膜技术应用于污水处理厂，可以有效地处理城市生产和生活污水，一直提高水资源利用效率。

4.6 超滤膜技术与饮用水净化处理

饮用水关系到社会大众的身体健康，而在现实情境下，存在污水处理不当以及饮用水处理工艺简单等问题，进而会导致无法实现饮用水的完全净化，导致其中仍残留有一定量的微生物、细菌或病毒等，若长期饮用该水源，将危害人体健康，并诱发各种疾病。某水厂在进行水源检测时，发现水样浊度较大，且含有铁、锰元素以及氟化物、总大肠菌群等，总体水质较差，和居民饮水标准相差较远，需对其进行净化处理。技术人员经现场勘查和了解水质情况后，决定使用超滤膜技术进行处理，以有效去除悬浮颗粒物，经实践证明，超滤膜技术净化饮用水成效较为明显，处理后，水质明显改善，浊度低于0.2NTU，在去除大肠杆菌等微生物方面的效能可达到99.99%，在去除氟化物方面效能可达到60%，最终达到饮用水水质标准。

5 超滤膜技术运用于环境工程水处理的重要意义

超滤膜技术运用于环境工程水处理的重要意义体现在以下几方面：①彻底消除二次水质污染。二次污染是威胁与破坏水生态环境的重要潜在隐患，因此必须得到环境部门及污水处理技术人员的重视。在目前的情况下，在消除二次水质污染的过程中，技术人员能充分运用超滤膜的辅助技术手段，避免掺入化学药剂及其他介质导致污染程度加剧。从以上角度来讲，运用超滤膜的水质净化与水体固态颗粒过滤手段会达到明显降低水质二次污染风险的良好实践效果。②全面滤除固态颗粒杂质。固态杂质普遍存在于各种类型的水质中，目前实施水质过滤处理的最关键目标就是消除固态颗粒污染，通过彻底实施水质颗粒过滤的专业技术手段来消除固态颗粒污染。在此过程中，超滤膜的固态颗粒过滤净化措施非常有益于彻底截留固态污染物，尤其是对于水中细菌、漂浮物及胶状物而言。③便于操作且具备良好稳定性。对污染水体全面实施超滤膜技术会达到节约水质处理资源的效果，操作过程比较快捷简便，不会有过多的时间成本及基础设施成本消耗。并且选择超滤膜技术进行污水过滤处理，可以明显增强水质稳定性，充分保证了水质达到清洁程度的基本安全标准。

6 超滤膜技术的使用优势

①高效的杂物去除能力在日常的水资源处理工作中，工作人员要想使处理后的水质达到日常生活使用水平，就必须对污染水源中的有害杂质进行过滤处理。超滤膜技术的使用，可以对污染水源中的有害物质达到近乎百分之百的过滤效果，污染水源中的絮状物、病毒、细菌等被过滤系统排除在外，只留下洁净清澈的纯水资源。因此，可以说超滤膜技术的运用使我国水资源处理工作进入了全新的发展阶段。②避免化学试剂对水资源产生二次污染在超滤膜技术的使用过程中，主要借用物理反应对水资源进行过滤处理，不添加任何化学试剂，这与以往的水资源处理技术相比，在一定程度上避免了化学试剂与水中化学元素发生反应而对水资源产生二次污染。③操作简单与以往烦琐的水资源处理过程不同，使用超滤膜技术对水资源进行处理时，工作人员只需要及时开启和关闭过滤系统即可，缩短了水资源的处理进程。工作人员不必再费心费力地对水资源进行实验操作，既节省了人力和物力资源，也提高了水资源处理效率。