膜技术在环境工程废水处理中的应用研究

施颖娜

（深圳市华尔信环保科技有限公司，深圳 518000）

1 膜技术概述

实现膜技术工艺的核心是膜，其技术应用原理为过滤，主要是应用有机或者无机高分子材料组成过滤膜，当待处理的水流经过滤膜时，可通过化学位差或者其他能量等，实现水中杂质污染物等的过滤处理，从而进一步完成分离提纯以及浓缩等步骤。应用于水处理中的膜非常轻薄，而且其应用便捷，具有较强的可操作性，同时配置也形式多样，还可以进行回收利用，占据空间小，可高效完成水处理工作。膜处理技术包括超滤、纳滤、微滤、反渗透、液膜等多种类型，这些不同的技术应用形式适用于多种类型的水处理工作，所以在实际开展废水处理工作时，应结合具体情况进行合理选择。

2 膜技术在废水处理中的应用优势

相比于其他技术，膜技术在环境工程废水处理中的应用优势突出，主要包括以下几点：首先，膜技术具有较高的废水处理效率，且应用该技术进行废水处理基本不会产生污泥，因此可节省污泥处理的费用。其次，在废水处理中应用膜技术时，处理系统处于密闭运行状态，所以操作环境相对卫生，不会产生污水、臭味等。第三，应用膜技术进行污水处理时所消耗的能源比较少，因为是采用无相变分离技术，只有在泵送液时，才需要消耗少量的电能。第四，应用膜技术处理废水时，所用设备的成本和运营费用较低，而且便于后续维护，设备的占地面积也比较小[1]。

3 膜技术在废水处理中应用的种类

3.1 纳滤膜技术

膜分离作用是该技术突出的特征，在实际应用过程中，结合应用生物进化技术以及复合膜技术，是以膜生物反应器为主，可以实现水资源的分离和净化处理。应用该技术后，可完成待处理水体的一次性净化，其纳滤膜能够有效吸附水体中存在的重金属及其他杂物等，然后再通过微生物去除有害物质。该技术因具有的优势，成为当前环境工程废水处理中不可或缺的净化技术之一。经此技术处理的废水，不需要进行其他净化处理就可以直接排放，其在废水处理系统中能够实现自动化运行，因而具有可操作性强且高效的特点。

3.2 超滤膜技术

对于超滤膜技术来说，较高的水体净化效率是其主要技术优势，此种膜技术从本质上改变了传统的水处理模式。在实施水体净化处理时，该技术搭配少量的化学药剂，就可以实现水体净化的目标，而且不会污染周边环境。也正是因为该技术所具备的化学作用属性，才使其能够用于大面积的水体净化处理，适用范围较为广泛。超滤膜能够耐受高温环境，能够承受的最高温度可以达到150 ℃左右[2]，所以在高温环境中进行污水处理时，该技术可作为首选。在高温环境中应用超滤膜技术处理污水，还可以借助高温杀灭水中的细菌等，而且效果显著。另外，与其他膜技术相比，超滤膜技术在胶体物质的清洁处理方面具有较为突出的技术优势，应用该技术基本能够将水体中的胶体有害物质完全清除干净。超滤膜技术多用于饮用水净化，鉴于其良好的消毒净化作用，还可以用于清除水中的病菌藻类等。

3.3 微滤膜技术

膜技术中最早出现的技术就是微滤膜技术，该技术具有良好的可拓展属性，在应用范围方面最为广泛。在实际开展水处理时，可以与其他类型的水处理工艺或者膜技术融合应用。在环境工程污水处理中，经常将微滤膜技术与混凝剂处理技术、超滤摸技术等多种技术混合应用。该技术也可以应用于饮用水的净化处理中，应用该工艺可以将水中的细菌和固体污染物清除干净，而且处理效果良好。但在实际应用过程中还需注意，在某些情况下应用此种膜技术处理废水时，需要使用适量的混凝剂，以确保处理效果，而混凝剂的用量是需要重点控制的内容，需要结合实际情况科学控制混凝剂用量，避免用量过多使水体遭受二次污染。

3.4 液膜技术

该技术是一种相对来说较为传统的膜技术，此种技术起源于美国，后被引入我国广泛应用。该技术的适用领域主要集中在工业废水、印染废水等的处理上，在这些类型废水的处理中，水体净化效果明显要超出其他种类的膜技术。该技术能够全面清除水体中存在的硝基酚，这种成分在工业废水以及有机废水中含量较多，应用液膜技术处理后，净化完成的废水在短期内可以满足国家制定的相应排放标准。但应用该技术实施废水处理时需注意，处理前要先测定水体成分，如果检测结果显示硝基酚含量过高，要先应用液膜技术先进行初步处理，然后再应用其他类型的膜技术进行二次净化处理，这也是现阶段液膜技术应用于废水处理中的主要形式[3]。

3.5 正渗透膜技术

该技术是借助汲取液和原料液之间产生的渗透压差形成的动力，实现液体的自动分离，不需要借助外部驱动力就可以实现水处理，但是该技术的实际处理效果有待提升，虽然已经投入使用，但还具有较大的技术优化空间。应用正渗透膜技术进行水处理时，处理效果不佳，但是在垃圾渗滤液的净化处理上优势较为突出。垃圾渗滤液是有机废水的一种，其中含有重金属元素和各种有机物，应用其他膜技术处理垃圾渗滤液不容易达到理想的处理效果，而正渗透膜技术在净化处理中应用CTA渗透膜以及氯化钠汲取液，并将二者有效结合，可以在垃圾渗滤液的处理中发挥重要的净化作用，高效地截留并且快速分离液体中的污染物质。此外，应用该技术实施垃圾渗透液的净化处理还不会出现其他水处理技术应用过程中经常遇到的膜通量问题。

3.6 反渗透膜技术

反渗透膜技术在水处理领域中的应用已经逐渐成熟，在超纯水的制作、海水的淡化处理以及医疗废水的净化过滤等领域应用较多。该技术的应用费用低，但是废水过滤期间对其膜的性能有着较高的要求。为了提升该技术的应用效果，先后研制出多种高效的复合膜，所以膜的合理选择也是该技术应用期间的关键控制要点。

3.7 渗析分离技术

该技术是借助膜两侧的浓度差实现吸附扩散和筛分处理，使液体中的小分子溶质通过对称的微孔膜，实现交换处理，截留液体中的大分子。应用该技术能够对大分子溶液进行处理，实现低分子组分的分离。

3.8 电渗析分离技术

应用此种膜分离技术进行废水处理时，需要借助直流电作为其推动力，在实际应用时，是借助阴离子和阳离子的交换膜，对水中阴离子和阳离子产生选择透过性，使水中的电离子可以通过膜转移到另一水体中，进而实现溶液中电解质的有效分离，完成其所处理溶液的浓缩提纯处理。

3.9 渗透汽化技术

渗透汽化技术是一种新型的膜分离处理技术，其适用于液体混合物的净化分离处理。该工艺能耗低，但传统的蒸馏萃取方法等难以完成分离工作，因而可借助该技术分离废水中的有机污染物质。

3.10 动态膜技术

动态膜技术是通过动态膜实现对水体中污染物质的分离过滤处理，其分离系统主要由动态膜的分离层，以及动态膜的载体组成。动态膜的载体主要用于承载大孔径材料，例如筛网、钢丝网等。分离层主要是指依附在载体之上，能够实现分离处理的滤饼层。通过水体中悬浮固体物的浓度，可以判断出动态膜的实际分离处理效果。当前该技术在废水处理领域尚处于试验阶段，还有很大的技术进步空间。

3.11 膜生物反应器技术

该技术是活性污泥和膜分离技术融合应用的技术产物，其在废水处理中，还同时应用了膜组件以及生物反应器。将待处理的废水送入生物反应器中，并与其产生反应。循环泵装置能够为水提供循环动力，令其流经膜组件后，实施净化过滤后再排放出来。同时生物相回流，流入到生物反应器当中。其中，传统处理技术中应用的二次沉淀池被膜组件所代替，因而应用优势显著[4]。该工艺中应用的膜生物反应器，可同步完成消毒过滤和生物处理作用，且经过处理后的水质较好。反应器中的高浓度微生物对于污水处理系统处理负荷的提升大有益处，同时此种生物处理过程便于精准控制。

4 环境工程废水处理中膜技术的具体应用

4.1 在含油废水处理中的应用

顾名思义，含油废水主要指水中含有大量油污的废水，这些废水可能来自于石油生产、餐饮行业，或者是工业炼油生产过程等。排放的含油污水中可能含有分散油、浮油、溶解油等。对于此种类型的废水实施净化处理的时候，可应用超滤膜技术，该技术工艺具有良好的湿润效果，且亲和性良好。超滤膜的表面在分散乳状油时，可以充分湿润，使油的粒径尺寸增加，进而形成聚集效应。滴液直径远大于超滤膜的孔径，在压差下会导致滴液变形，而且滴液在压差作用下会产生摩擦力，破坏超滤膜表面活性剂，进而产生内相，与过滤膜孔壁充分接触后就会附着在其上面，逐渐聚集形成粒径较大的液滴。压力还会作用于膜孔，在压力作用下会将连续相挤入液膜中，破坏活性剂后与分散相分相，实现油水分离，可以大幅度提升浮化油的清除效率[5]。应用超滤膜技术处理含油废水时，搭配应用膜生物反应器技术，还可以提升水体中的生物降解效率，优化水体中悬浮固体和高溶性污染物的净化效果。

4.2 在食品废水处理中的应用

乳品加工、制糖加工、酿造生产、肉类加工等生产过程中排放的废水都属于食品废水，该行业排放的废水中，含水量大，COD值相对较高，且废水中含有高浓度的脂肪、糖类和蛋白质等物质。对此类废水实施处理时，主要目标是对废水中有价值的有机物质实施回用处理，尽量降低废水的COD值。

上世纪九十年代，食品加工生产行业的废水处理，就已经采用了膜技术[6]。例如，在黄姜废水的处理中融合应用了纳滤膜技术和微滤膜技术，并在废水中成功提取出较高纯度的葡萄糖溶液，通过实施进一步的生化处理，使黄姜废水达到了排放标准。

4.3 在造纸废水处理中的应用

在造纸行业生产过程中，会排放大量污水，此类废水处理量大且净化难度比较高。在造纸生产过程中，为了对造纸原料实施有效的漂白处理，需要应用大量化学物质来进行加工，因而所排放的造纸废水中也都存在有害的化学物质，所以造纸工业废水的净化处理也是环境工程废水处理工作中关注的重点。在实际处理工作中，可应用超滤膜技术，有效过滤并净化造纸废水中悬浮的固体污染物和胶体污染物以及有机物[7]。应用超滤膜技术比传统废水净化工艺效果更佳，处理过程中合理设置其超滤膜的孔径，还能够将造纸废水中的木质素等物质进行过滤回收处理。完成木质素的回收处理之后，造纸黑液废水可变为透明无色，显著优化水体净化效果，实现水资源的循环回用。在造纸废水处理中应用膜技术，一方面可以实现其生产中排放的造纸污水的优化处理，同时还能够最大程度地降低造纸生产的成本支出。

4.4 在重金属废水处理中的应用

有色金属冶炼生产、矿山排水、电镀生产中的镀件洗涤、废石厂的淋浸水都含有重金属等物质。这些含有重金属元素的废水具有重大危害，其会对环境造成严重污染，而且不能应用生物降解方式实施处理，有毒期比较长，危害性非常大。对于此种类型的废水实施净化处理的时候如果只用传统的中和沉淀工艺，处理后的废水净化度不能达标。所以需应用膜分离技术，对重金属废水实施浓缩处理，可将其中存在的有价值的重金属物质提取出来，同时剩余的渗透液净化度也能够达到直接排放以及回收利用的标准，一举两得[8]。

4.5 在海水淡化处理中的应用

现阶段，生态环境遭受的破坏较为严重，淡水资源越发珍贵。为了提升水资源的利用率，实现可持续发展，海水资源的淡化利用及处理被业内高度重视。在这一方面，应用超滤膜技术，有着突出的物化性能以及良好的分离效果。在对海水实施淡化处理的过程中，可将超滤膜工艺与其他处理技术联合应用，从而有效清除海水中存在的各类微生物及杂质等，并转化生成更多的淡水[9]。与其他类型的海水淡化处理技术相比较，超滤膜技术在海水淡化处理中能够节省更多的海水资源。在该技术应用的过程中，对于反渗透系统具有较高的可控性，可显著延长渗透膜的使用年限，因而间接节省了海水淡化处理过程的成本。

4.6 在纺织废水处理中的应用

在纺织工业生产过程中，会加入各类染料、浆料、活性剂、酸碱盐等，其排放的废水中成分组成非常复杂，其中含有棉、毛、油脂、纤维素以及盐类等。废水中存在的各类污染物性质不稳定，存在较大的危害性。当前，国内现存部分的纺织企业，对其生产中排放的污水实施净化处理时，已经开始应用膜分离技术。例如，慈溪宁波神鹰针织工贸有限公司，在企业排放废水的净化处理过程中应用了膜分离技术，很好地解决了企业染印生产中的污水回用和净化处理期间出现的难题；中国兵器科学研究院的技术人员，对反渗透膜技术和纳滤膜技术进行了融合应用，研发出了新的废水处理工艺。在相应压力的作用下，水中99.5%以上的钠离子都不能从渗透膜中通过，粒子直径大于钠离子的粒子也不能从渗透膜的筛孔中通过。此时，只有较为纯净的水可以通过筛孔[10]。经过净化处理后的水硬度显著降低，因而能够实现循环利用。此种反渗透技术应用于纺织印染的废水处理中，可以有效回收印染原料，使生产成本显著降低，与此同时，能够实现印染废水的净化排放，去除有害物质，因而环境效益良好。应用膜分离技术，在提升水质的同时，还节省了生产中自来水的用量。

5 结语

综上所述，环境工程中废水处理技术的研发是技术人员的工作中心，直接关系到国内水环境的好坏。为了能够有效提升我国水环境治理水平，改善水环境，相关工作人员就要应用高效且适用性强的水处理技术，在此种情况下，膜技术的应用受到了业内的充分重视，其在生活污水以及工业废水等废水净化处理中做出了突出贡献，应用效果显著。在未来该技术还将不断完善，在环境工程水处理中发挥更重要的作用。