环保工程水处理过程中超滤膜技术运用分析

2024-06-09王雅娟

城市建设理论研究（电子版） 2024年15期

王雅娟

中国电建集团山东电力建设有限公司山东济南 250000

水资源十分重要，它占据了地球70%以上的面积，可是真正能饮用的水却很少。人类体内含有大量的水分，他们几乎占到了人体总重量的70%左右，若是缺水，人类就会死亡。近年来，随着科技的进步，许多水处理技术被研究出来，以增加水资源的使用效率，减少水资源的浪费。超滤膜技术是一种非常有效的水处理方法，它可以极大地改善水质，保障人们的身体健康。

1 超滤膜技术概述

1.1 技术原理

超滤膜是较早开发的高分子膜之一，是一种额定孔径范围为0.001～0.02微米的微孔过滤膜。超滤膜技术主要是依靠膜两侧压力差驱动下的物理筛分作用，将原水中粒径大于表层平均孔径的大颗粒物质（如胶体物质、水中溶解的大分子、蛋白质、细菌、病毒等）被膜表面截留，而允许小于膜孔径的物质通过超滤膜，从而使原水得到净化。

为了使超滤膜技术更好地用于我国环境保护工程的水处理，需要对原理进行深入地研究。超滤膜技术（UF）是一种以膜分离为主要特征的高效分离技术，其原理是利用滤膜来分离、提纯和浓缩水中的溶质。经过超滤膜处理后的水具有较强的稳定性，可去除水中的各种杂质。超滤膜能有效地过滤水中的细菌、病毒等有害物质，进而实现对水资源的净化[1]。

1.2 技术特征

超滤膜技术能够有效地去除水体中的杂质，这与它本身的特性有着密切的联系。与我国传统的水处理技术相比，经过超滤膜技术处理之后的水质明显要更好。超滤膜水处理工艺具有全面性，可彻底去除水中各种有害杂质。采用超滤膜技术可以避免使用化学剂对水质造成的损害，避免对水质造成二次污染，可以在一定范围内确保水资源的洁净。超滤膜是一种新型的耐酸碱材料。超滤膜以超滤膜丝作为介质，可以耐高温、耐水解、耐腐蚀、耐酸性，在我国水处理领域得到了广泛的使用[2]。与常规滤膜相比，超滤膜不仅能在高温、高蒸汽浓度下进行杀菌、净化，而且能在酸性条件下高效完成工作，因此，超滤膜技术具有较强的抗污染能力。

1.3 技术现状

在应用超滤膜技术时，仍然存在隐藏的技术缺陷。在实际的过滤过程中，由于滤膜上的微孔会随时间推移而发生产品性能的衰退，有些地方的孔径会增大，从而影响到后续的废水和污水的净化效率[3]。此外，一些长期使用的超滤膜也会出现滤孔堵塞的现象，从而无法达到过滤的目的。另外，尽管超滤膜的理化性质相对较好，但长期使用仍会导致其发生变化，一旦超滤膜的理化性质遭到破坏，就会对处理后的废水产生二次污染。因此，从超滤膜自身的使用角度来看，要最大限度地降低膜材的制造费用，并对超滤膜进行周期性的特性测试，确保当超滤膜的性能不佳时，可以进行周期性的替换。另外，还需要解决如何提高膜的理化性质的问题，并将其推广到食品过滤、海上原油过滤等其他领域，确保价格相对便宜的超滤膜技术具有更广阔的发展空间[4]。在此基础上，在短流程及双膜处理技术融合过程中，要不断探索如何减少其融合成本，提高其融合效率。超滤膜技术是一种造福人类的环保新工艺，但在实际的运用过程中还需要进一步的探讨，相关技术人员依然任重而道远。

2 超滤膜技术种类

2.1 短流程净水技术

超滤膜净水工艺的应用，按其流程不同一般可分为长流程超滤膜工艺和短流程超滤膜工芒；所谓“长流程”，一般是指在常规混凝、沉淀甚至是过滤工艺之后接入超滤膜工艺；“短流程”一般指原水经过适当预处理（例如氧化、吸附、生化、絮凝）之后直接进入浸没式超滤膜进行膜过滤，同时在膜池内完成浓水回收和污泥浓缩，滤后水加入少量消毒剂（避免二次污染）进入清水池。与传统工艺流程相比缩短了工艺流程，弱化了沉淀功能，处理工艺明显缩短，占地面积明显缩小，方便了净水厂的运行管理。短流程超滤膜工艺是一种集超滤膜技术和多道净水技术于一体的工艺，特别适用于工业用水的整体净化。在使用过程中，它既可以确保较高的过滤效率，又可以保证最后的高质量的过滤结果。不论是从更高的适用领域，还是从更长远的使用结果来看，在确保使用的前提下，因为其工艺流程比较简单，所以其中仍然有一些问题值得我们关注[5]。首先，传统的工艺难以在水质较差的环境下实现高效净水，特别是在一些工业地区，由于环境质量问题比较严重，采用传统的工艺难以达到理想的处理效率。采用短流程净水技术既要考虑区域内水体的污染程度，又要兼顾成本低、能耗小等优点。在实践中，短流程净水技术可以节约大量的人力和物力，完全可以确保其自身可以在中小工业企业的过滤系统中进行规模化地推广。

2.2 双膜净水技术

双膜净水技术是指利用双层超滤膜对水进行一次过滤来实现对水质的净化，如果有需要，可以采用反渗透过滤膜与超过滤膜相组合来实现更好的使用效果。与单膜工艺相比，双膜净水技术具有更好的净化性能，可用于严重的工业废水排放区域。并且相比于单膜的二次过滤，双膜净水技术可以获得更高的过滤效率，大大节约了人力、材料的耗费。常规的工业废水的净化处理方法有很多的缺陷，特别是对于含盐量比较高的工业废水和有恶臭气味的工业废水，需要大量地添加净化剂和吸收剂，如果掌握的数量不够，比如添加太少或者添加的量超标，就会对工业废水产生一定程度的二次污染。双膜净水技术在工业废水处理中的应用可以有效解决上述问题，达到有效处理水污染的同时，避免了环境二次污染。

2.3 海水淡化技术

环境保护工程水处理是当今世界经济发展必不可少的一项措施，它对节约用水，改善水质，提高水的利用效率具有十分重要的意义。在环保工程的水处理方面，超滤膜对饮用水的净化、废水的处理和海水的淡化都具有明显的作用。超滤膜是一种高效的过滤方法，它可以有效地将废水中的杂质和水进行分离，实现水资源的净化。我们国家的淡水资源匮乏，而海洋资源丰富，只要去除海水中的盐分等成分，就能让海水变成一种可以供人类饮用的淡水，因此，淡化海水资源就成为了当前的水处理重点。经过长期探索，我国已经研究出一种反渗透工艺用于海水的脱盐。超滤膜技术具有良好的过滤特性，可以作为反渗透的前处理系统应用，与反渗透相结合，可以大大提高海水的脱盐效率。目前，超滤膜技术已成为海水淡化的主要方法。

2.4 过滤处理技术

过去，超滤处理技术在水处理过滤技术中应用较少，主要是由于其成本较高，但是经过过滤处理后的水质提升明显，使用价值较高，可以用来稀释水体污染物浓度。例如，在矿山开采中，矿井水的污染是比较严重的，开采活动极易破坏岩层水的稳态，流入地下采矿区域的矿井水会发生多种化学反应，呈酸性或碱性状态。如果矿井水未经处理直接排放到环境中，对周边水域、土壤以及人类生存的生态环境都会产生不利影响，水环境状况进一步恶劣，对植物的生长也会产生一定危害。因此，矿井水的过滤非常有意义，超滤膜技术在过滤处理中具有很大的应用价值。根据目前我国矿井水的处理情况可以看到，在矿井水的处理中，一般都要对水进行预处理，以最大限度地减小悬浮物对超滤膜表面的污染，减缓其老化速度，从而最大限度地提高超滤膜使用年限。由于压力对于驱动水渗透超滤膜具有极大重要性，因此在进行矿井水处理时，技术人员要掌握好这个关键的控制因素，一般可以采用氮气对超滤膜施加压力。在0.1MPa下，虽膜通量衰减率较低，但此时产水率仅为55%,不能有效发挥超滤膜的产水性能；随着运行压力增大，产水率也进一步增大，在0.2MPa工作压力时，虽然膜通量衰减率提高,但产水率也可进一步提高，达到90%以上,故选择在0.18MPa下运行。尽管不同的模孔和模组件设计可能影响膜的压力运行范围和过滤效果，控制运行压力在0.2～0.3MPa之间仍是最为稳妥和经济的选择。

2.5 污水处理技术

最近几年，我国的工业化和现代化进程不断加快。随着社会经济和科学技术的发展，污水的排放量也在不断增加。在经济快速发展的同时，人们的生活水平也在不断提高，对于居住质量和环境质量的需求也在不断提高。在这种情况下，我国对污水的排放标准也在不断提高。超滤膜技术不仅具有很高的分离效率，而且没有多余的能量消耗，具有很高的实用价值，处理后的废水可以进一步回收利用。因而，在废水回收利用的过程中，超滤膜技术得到了越来越多的应用。超滤膜技术也可以和生物处理技术结合使用，在较大范围内对水体中的微生物和有毒物质进行拦截，提高反应器的浓度，增加硝化菌和反硝化菌的数量，进而提高废水的净化效率。目前，我国正在构建一个节能、环保的社会，人们对资源的节约和对环境的重视程度不断提高，同时，水资源的再利用也符合节能环保的经济发展趋势。因而，再生水回收利用工程已越来越受到人们的重视，并且它的发展速度也在不断加快。总之，超滤膜技术在污水处理中的水回收利用过程中，可以提高处理后的水的质量，并且可以极大地节约水资源，具有重要的意义。

3 环保工程中水处理超滤膜技术的应用

3.1 电镀废水处理

电镀行业在国民经济中占有举足轻重的地位，其在日常生产中的用途十分广泛，但同时也会产生大量的废水。在电镀生产过程中，废水中包含了一些有毒的物质和污染物，对周围的环境造成了很大的污染。如果将这些废水直接排出，不仅会污染周围的环境，还会对植物的生长产生一定的阻碍作用。比如，铜、铁、镍、锌等金属，都是有害的，会危及人类，动植物的生命，产生毒害作用。另外，由于在电镀过程中，废水中的重金属离子不易被生物吸附，故其去除难度较大。针对该类型的电镀废水，必须将超滤膜技术和反渗透技术相结合，以实现对电镀废水中的多种有毒成分和污染物进行有效地处理，减少其对环境的污染。现有的两种净水工艺均可对含重金属的电镀废水进行有效治理，但仍不能从根本上解决问题，仅对约85%的有机碳进行去除，因此，技术人员仍需再接再厉，研究更有效地处理技术。

3.2 生活废水处理

我们国家有十几亿人口，每天的生活废水量是一个巨大的数字，若将其直接排放，不仅会造成资源浪费，而且还会妨碍对水资源的回收再利用。采用水处理技术对城市生活废水进行处理和再利用，可以有效地解决国家面临的缺水问题。采用超滤膜技术将城市生活废水进行处理，再利用，用于居民的洗衣，拖地，浇花，洒水等，有效地提高了水资源的利用效率。利用超滤膜技术处理城市生活废水，可将废水中的杂质、细菌等彻底去除，去除其中的有害成分，确保水质的安全性。

3.3 食品污水处理

在产业科技和人民生活质量不断改善的今天，我国的食品加工业得到了很好的发展机会，各种食物的生产都在不断地进行着，以满足人们的日常需要。食品生产过程产生的废水中含有大量脂肪、蛋白质、淀粉、酵母、乳糖等，这些物质如果排放到外界环境中不但会造成环境的污染，而且还会造成大量的浪费，因此采用超滤模技术将废水中的有用成分截留下来，同时水中的BOD和COD等也从水中被分离出来，将分离出的周态物质经过提取回收，可为企业带来经济效益。超滤膜技术应用于食品行业的污水处理，可提高我国食品行业污水处理的整体性能，有效去除污水中的杂质和污染物，提高出水水质，同时可回收利用有用物质。超滤膜技术是解决我国食品污水污染问题的有效途径，对保障食品安全有着重要的意义。

3.4 电厂锅炉水处理

电厂锅炉水处理技术在我国电力行业中的应用已经很成熟了，主要是用以去除水中的钙、镁离子为目标。锅炉给水中的杂质主要是钙镁盐，这些物质会引起锅炉腐蚀和结垢，进而影响锅炉的使用寿命。超滤技术在电厂锅炉给水预处理方面的应用主要是通过超滤技术，有效地将水中的杂质进行分离，并达到去除杂质的目的。超滤膜技术具有良好的过滤性能和分离效果，可用于去除水中的悬浮物、胶体物质等杂质，从而保证后续系统的安全稳定运行及锅炉给水的水质达标。

3.5 饮用水净化处理

近年来，由于各种行业及城镇生活污水的大量排入，导致了水环境质量问题日趋严峻，对饮用水净化处理提出了更高的需求。在这种情况下，对饮水安全进行管理已成了首要任务。超滤膜技术应用在饮用水净化处理工艺中，可有效地去除水中的真菌、病毒、悬浮物和细菌。传统的饮用水净化方法可实现对微生物和菌类的灭活净化，以及对微米级悬浮物颗粒的净化。超滤膜技术既可高效地脱除水体中的微小粒子，又可高效地清除常规净水工艺所不具备的纳米粒子，最终可高效地清除水体中的大量有害物质（如菌悬液），达到提高水质的目的。