关于环保工程水处理过程中的超滤膜技术应用

刘海清

烟台市招远环境执法大队 山东 烟台 265400

在社会经济快速发展的同时，也带来了严重的生态问题。因此，环境保护工程中的水质治理就显得非常必要。在环境保护项目中，膜过滤是一种利用半透膜、筛选法实现对水中不溶解物及溶解物的高效分离与纯化的一种新方法。在实践中，要针对分离需求选用合适的膜孔尺寸，并严格调控运行条件，才能达到高效、节能和环境友好的分离目的。

1 超滤膜技术原理

1.1 滤膜原理

超滤膜是一种半渗透性薄膜，当水通过一种半透性薄膜时，其内部的小分子在压力下可以穿过薄膜，进入膜的另外一端，而大分子、胶体等却不能穿过膜的孔道。在液体持续流动的过程中，薄膜上被拦截的材料也变多了，为了达到过滤效果，需要对溶剂进行更高的加压，同时，在薄膜的表面所生成的材料也显示出了某种化学性质，还可以对某些污染物进行截留、降解，达到净化水质的目的[1]。

图1 超滤的流程

1.2 浓度极化原理

在超滤处理中，由于水的持续流动，被截留的物料逐渐增多，使得膜通量增大，从而产生了浓差极化。浓差极化是由溶液中的溶质在介质中的浓度差异所引起的从基质到薄膜的移动。在此过程中，溶液在膜面上的扩散会使溶液中的溶液在溶液中的含量增大，从而在溶液中生成高密度的溶液。由于浓差层会使膜通量变得更大，故有必要对其进行合理调控。

1.3 筛分原理

超滤筛分的机理是利用膜的孔隙尺寸对特定浓度的溶质进行有效的拦截，以利于小分子及溶剂的渗透。按照膜的尺寸及用途，可以对膜进行分类。一般的超滤膜具有0.005-1微米的孔尺寸，能够对分子量超过500道尔顿的聚合物进行拦截。

1.4 化学特性原理

超滤膜的理化性质是由其在水相中所发生的化学反应与物理过程所决定的。超滤膜一般由聚合物组成，其性质稳定，耐腐蚀。在超滤工艺中，水中杂质与超滤膜之间会产生吸附、滞留和降解等一系列的化学变化。另外，超滤膜还可以利用过滤、渗透、溶解等物理作用对膜进行有效的分离纯化[2]。

1.5 操作原理

对超滤水工艺中的压力、流量和温度等进行了严格的调控。在此基础上，研究了不同工艺条件对膜蒸馏工艺的影响。为了确保膜的透过率及截留效率，一般需要对超滤工艺进行适当的调节。另外，流动速度、温度等因素对超过滤工艺的质量和效率也有一定的影响[3]。

图2 超滤膜技术工作原理

2 超滤膜技术在环保工程水处理中的应用优势与劣势

2.1 优势

(1)高效率：膜分离工艺可有效除去水中的有害成分，如悬浮物、病毒和细菌等，并保持水中的有效成分。

(2)节约能源：该工艺操作能耗少，无污水排放，满足了节能和环境保护的需求。

(3)便于维修：该工艺具有装置简便、使用简便、维修保养容易等优点。这种灵活性使得超滤膜技术能够适应不同规模和复杂程度的污水处理工程。

(4)适应性强：该工艺适合多种水处理场合，如废水处理，饮用水处理，工业污水处理等。

2.2 劣势

(1)高投入：膜分离工艺的投入高，且要求有一定的财政投入。

(2)膜污染：在超过滤工艺中，普遍存在着膜污染问题。研究表明，随着时间的推移，膜表面将出现大量的悬浮物和微生物，从而使膜通量增大，从而影响了膜的过滤效果。另外，某些杂质也会破坏膜材，降低膜材的寿命。

(3)运行条件苛刻：该工艺运行对相关领域有较强的专门认识与技术支撑，必须有专门的工作人员对运行条件进行准确的调控，才能保证超滤工艺的稳定与高效运行。

3 环保工程水处理过程中常见的超滤膜技术类型

3.1 双膜净水技术

双膜净化技术是指采用双层滤膜对废水进行过滤，现在比较常用的过滤材料有反渗透膜、过滤膜等，它能有效地减少水中的杂质含量。目前，双膜净化工艺已被更多的工业企业所采用，一些地区也采用了这种工艺对本地高硬和受污染的水源进行集中治理，使得经过净化的水能够满足人们的生活需要[4]。

3.2 短流程净水技术

作为膜分离工艺的延伸，短程水净化工艺能有效地处理各种受污染的水。在实践中，采用短过程水处理工艺，不仅能获得较好的处理结果，而且在费用损失的控制上也有较大的优越性。此外，短期净化工艺也可以与线形供水系统相连，但总体改造的范围有限，各地都可以采用该模式，实现费用与效果之间的均衡。

3.3 超滤膜技术代替过滤处理技术

随着新时期的发展，水厂的管理者可以采用超滤膜技术，以此来提升污水厂的总体水质净化效果，并对净化费用进行严格控制。在膜处理工艺的实践中，需要将其与常规水处理工艺进行有效衔接，将其引入到常规的过滤工艺中，并通过对其进行特性检测，确保其稳定运行。在进行过滤特性试验时，有关部门的科技工作者也要将各种水质资料进行比对，并依据监控资料，有针对性地对各种装置的应用进行适当的调节，以确保集成后的净化效果能够满足设备的实际要求。

3.4 海水淡化技术

由于超滤膜能有效地对水中多种大分子进行分离，因而在各行各业都有广阔的发展空间。由于我国沿海地区具有较长的沿海地区，海洋资源十分丰富，所以在今后的开发过程中，可以将重点放在利用海水脱盐方面，从而有效地解决淡水短缺的问题。虽然反渗透是一种主要的脱盐方法，但由于其经济性不佳，难以大规模应用。然而，由于超滤膜除具备类似于反渗透的作用和特性外，其在经济上也有较大的优越性，所以，各国的环保部门都会将其作为一种有效的手段来推广应用于海水淡化。

3.5 食品工业污水处理

近几年，中国的食品产业得到了迅速的发展，其技术系统也越来越健全，但是目前的行业进入壁垒较低，导致了对周围群众的日常生活造成了极大的危害。在食品加工企业生产过程中，往往会产生较多的生产废水，这些废水含有丰富的养分，如果将其向周围的河流或湖泊中排入，不仅会产生较强的富营养性，而且还会产生许多真菌，这些真菌会破坏周围的环境，给周围的渔业产业带来巨大的冲击，同时也会给周围的生态环境带来不利的后果。高效利用超滤膜处理污水中富含养分的有机物，实现对污水中杂质的高效净化和处理，并对水中养分进行再利用，为其它行业提供保障。

4 环保工程水处理过程中的超滤膜技术运用

4.1 在生活废水处理中的运用

随着城镇居民生活水平的不断提升，其产生的污水中所含的多种有害有机物对人类的身体有害，如果不对其进行妥善治理，将会对周围的水生态系统造成极大的危害。因此，相关部门必须在城市污水治理工程中应用各种先进的水处理技术，有效地提升水资源的回收效率，最大限度地减轻国家的缺水状况。当前，将超滤膜应用于城市污水治理，虽不能确保出水水质达标，却能将其应用于城市绿化、消防等领域，大大提升各种再生水的利用效率，同时也能为“海绵城市”的发展提供技术支撑。同时，该方法还能为居民日常生活污水的治理带来方便，避免了未经过过滤的城市生活污水对周围水环境的影响，从而实现供水环境的安全、稳定。

4.2 在电镀废水处理中的运用

电镀工业能耗高，污染重，使用后产生的污水中含有大量的重金属，对周围的环境造成了极大的威胁。如果不能对其进行有效治理，不仅会给周围的土地和水生态带来很大的风险，而且还会随着食物网的扩散而进入人类的体内，从而危及周围人群的身体健康。当前，电镀工业采用的是电解法和生物法等常规方法，然而，随着国家对排放污水的日益严苛，各种工艺的综合性能达不到工业排放的标准，各种工艺的综合性能都达不到工业排放标准，各种治理指数都不达标，这无疑增加了水源的污染风险。利用超滤膜对电镀污水中残余的各种重金属进行处理，既能降低污染物的传播带来的不利效应，又能有效地降低其对周围生物和生物的生长和水生态系统的危害。此外，将反渗透工艺引入到污水处理工艺，可实现对高浓度重金属的高效分离，为后续环保行业的健康发展奠定基础[5]。

4.3 在饮用水净化处理中的运用

然而，天然水源中含有大量的泥沙、细菌、悬浮物和微量矿物质，采用高密度膜过滤工艺极易造成水源中有益成分的损失，而产生的超纯水又会对人类身体造成威胁，很难保证人们长久的用水需要。因此，在对家庭生活用水进行净化处理的过程中，要首先对水源中的有毒物质进行处理，最大限度地保持水中的微量元素含量，从而最大限度地保证人体对各种矿物质的身体需要。采用超滤膜处理工艺，可以实现对大颗粒物质的有效分离，使对人类身体最有利的矿物质得到最大程度的保存。与其它水处理工艺相比，超滤工艺具有工艺简单、效果好等优点，有望成为我国生态环境部的重要研究方向。在应用于环境保护的水处理中，往往要在管线中设置多层膜，利用泵压对天然水中的铁锈、泥沙等颗粒物进行迅速的过滤，同时保持对身体有益的微量元素和矿物质等。同时，该工艺还具备较强的经济性和较强的经济性，将其应用于水处理中，能够有效地提高水处理效率。但在采用超滤膜工艺进行水质处理时，应安排相应的工作人员对管内杂物进行定时清扫，避免由于清洗不当造成管路阻塞，进而降低水质处理效率。

4.4 在电厂锅炉补给水中的运用

在目前的情况下，国内的电力工业以蒸汽驱动涡轮发电为主，即将蒸汽在蒸汽中生成，在蒸汽的作用下进行能量转换。由于水质的好坏，对锅炉的正常运行有很大的影响，当水质较高时，会在设备的升温过程中生成许多金属物质，引起不均衡的燃烧，进而引起火灾。因此，在热电站的补水过程中，可以增加一个滤水环节，以满足对高纯度水质的需求。将超滤膜技术用于电站锅炉来水，能够有效地降低其所用水的硬度，同时还能够降低其所含有的各种金属盐，以此来提高其使用年限，同时也能够杜绝在长时间运行之后，锅炉设备的潜在爆炸问题。在超滤膜技术的工程实践中，常需先对水中进行预处理，再引入超滤膜、反渗透等技术，实现复合过滤，在保持水质清洁的前提下，减少水中的重金属成分，并保证在长时间运行后，不会生成金属盐晶体，有效地提升火力发电厂的电力转换效率，带来更大的经济与社会效益[6]。

4.5 在食品行业污水处理中的运用

随着国民经济的快速发展，食物的品种越来越多，越来越多的食物被人们所需要，然而，在食物的生产过程中，会出现大量含有有机物质和悬浮颗粒的污水，如果未经严格的治理而大量地排出，不仅会引起水质的恶化，而且还会给水源的利用带来巨大的风险。同时，由于水体的富营养化，导致了水体中的微生物难以存活，从而影响了水域的稳定和生物多样性。此外，污水处理厂排放的悬浮物进入水中后，释放出了高浓度的含氧物质，不仅加速了水质的恶化，而且对整个区域的生态环境也带来了不可逆转的危害。事实上，食品工业废水中含有的酵母及乳糖等原料，都是有循环再利用的，所以相关主管机关可以采用先进的废水处理技术将废水中的残余成分分离出来，从而达到提升水源循环利用的目的。更关键的是，将超滤膜应用于食品废水的治理，可以大幅度地提升废水的水质与效能，并且可以达到很好的杀菌作用，并且可以将废水中所含有的各种杂质全部去除，从而达到材料循环再利用的现实需要。目前，采用超滤膜处理食品工业废水和污水是符合新时期发展潮流的一种重要手段，对提升我国食品行业的可持续发展具有重要意义。

5 结论

随着对环境保护和可持续发展的需求不断增加，超滤膜技术在环保工程污水处理中仍然具有广阔的发展前景。未来的发展趋势包括进一步优化技术和工艺，降低能耗和成本，并提高膜材料的性能和稳定性。将超滤膜技术用于环境保护工程中的水质治理是非常实用的，各个产业都要在新世纪的发展情况下，对超滤膜技术的使用系统进行持续的改进和发展，依靠各种先进的技术方法来提升环境保护工程所取得的经济和社会效益。随着膜分离工艺在水环境中的广泛使用，进一步提升膜分离工艺对水环境的净化作用，对于解决我国缺水问题具有重要意义。