谈环境工程水处理超滤膜技术应用

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关键词：环境工程；水处理；超滤膜技术

引言

超滤膜技术就是在水中加入超滤膜材料，起到超级过滤水杂质的作用。具体的工作原理如下：将需要过滤的水灌入过滤设备中，容器内置入一张超滤膜，在原水溶液一侧施加高压，将水向超滤膜另一侧过滤，由于高压作用，水溶液中的大颗粒物质和高分子溶质会被超滤膜阻隔，低分子溶质和溶液会过滤到另一侧，即超滤膜技术的物理截留；由于超滤膜上会带有预先设置的化学分子，在水溶液过滤的时候，化学性能会将水溶液中的部分分子颗粒吸附，起到进一步的分离作用，此即超滤膜技术的化学截留。超滤法在这一系列的操作下，会将分子量大于500的分子、胶体、细菌、蛋白质等高分子截留下来，过滤效果明显[1]。首先，超滤膜技术与传统的过滤技术有着极大的改变，分离效果好，精度高，将传统分离技术无法截留的胶体、细菌等有害物质也能过滤掉，整个分离过程细致完整，无需第二次分离；其次，超滤膜技术可以实现全面自动化，其建立在高科技技术的设备上，设备智能化程度较高，完全可以将整个水处理过程梳理的既简洁又成熟；第三，超滤膜可以重复利用，在完全自动化的设备中，每一次超滤膜的使用之后，都会将其放入高温蒸汽和环氧乙烷中做消毒杀菌，并且由于超滤膜上面的化学物质稳定性高、耐高温、耐酸耐碱，使得超滤膜在消毒后也无需重新填充化学物质，二次利用极为方便；最后，超滤膜技术造就了水资源的循环，生活污水或工业污水在超滤膜技术的处理下，可以将其中的良好水质做循环利用，节约了水资源。

1环境工程水处理中超滤膜技术的应用

超滤膜技术可以应用在各处水过滤工程中，污水处理方面包括城市污水处理，工业废水处理，含油废水处理等，而本文主要探讨的是城市居民水处理方面，包括以下三点：海水淡化处理(部分饮用水的来源)、居民饮用水处理(饮用水的净化)和城市水循环利用(饮用水的回收)[2]。

1.1海水淡化处理

全球淡水资源日益减少，而海水占据全球总储水量的97.2%，是名副其实的液体宝藏，海水每年有450万m3会被蒸发成为淡水，但是这些淡水中90%会通过降雨回到海洋，只有10%变成雨雪降落在大地上，可见单纯依靠气象循环产生的淡水量不足以解决淡水危机。海水是一种成分非常复杂的水溶液，大体可以划分五类：主要成分为一些常量元素和金属离子，通过初步的蒸馏就可以减少其大部分；另外包括可溶气体、营养元素、微量元素和有机物质，使得海水无法被人直接饮用。超滤膜技术的应用大部分作用就是为了处理这些有机质和无机盐，还有多种有害物质。海水淡化是一个庞大复杂的工程，各国都在海水淡化中投入了大量的研发精力，目前超滤膜技术已经能够利用在海水处理过程中。超滤膜技术消耗能量低可以减轻能源成本、操作简单便于设备做自动化处理、分离效果好使得海水中大分子颗粒能够被隔离、附带的化学物质能够有效减轻海水的含碱量，并且超滤膜技术还可以和反渗透技术相结合，对于高浑浊的海水也能够有效发挥作用，为海水淡化做出了极大地改善。

1.2城市居民饮用水净化

一方面随着城市化的推进，越来越多的人开始涌向城市，正常情况下，成人平均饮用水量每天在2500mL，排除食物、水果等，直接饮用水量在1000mL，而一个中心城市人口大概超过千万，可见我国饮水资源的供应不足会随着城市化的推进变得更加明显；另一方面，由于国家经济建设，大量工厂选择将工业废水排入河流或海水，使得河流污染严重，海水淡化难度加大，导致城市居民饮用水的水质量也在日益下滑；第三，由于国家的城市地理位置不同，水资源的分配也不均衡，南方水资源富足而北方缺乏，即使国家建立了多项南水北调计划，水资源匮乏的城市仍然有水资源不足的情况，并且调动的过程中，淡水还会受到环境的影响，使得城市更加需要加强对饮用水的净化。由此可见，在城市居民饮用水净化工程上面加大力度是环境工程的首要之事：首先，超滤膜技术搭配混凝沉淀装置可以减少饮用水中的病原微生物，同时过滤掉有害杂质，提升饮用水质量；其次，超滤膜技术可以和CSAA结合将饮用水中NH3-N含量控制在0.2mg/L以下，使饮用水被净化到符合居民生活用水的规范标准；最后，超滤膜技术的可重复利用特性，降低了城市对饮用水的净化成本。1.3水循环利用城市化进程不可避免的增加城市的污水量，工业的发展加上大量人口涌入城市，每天产生的污水加剧了环境污染：污水进入土壤会造成土壤和地下水的污染；排入河流会造成淡水的污染和鱼群的危害；随着河流融入大海，也会导致海水的富营养化和金属含量增加；由于排入污水的海水都是近海，工业淡化海水的难度也会增加，成本也会增大，可见城市污水处理是环境工程的重中之重。不同于工业废水，城市污水主要是居民的生活污水，这部分污水可以有效的净化并回收利用，实现水资源的循环。运用超滤膜技术，首先能够减少生活污水中的有害微生物，超滤膜的过滤能力能够将污水中分子量超过500的大分子微生物阻隔在膜外，控制水的浑浊度在0.5以内；其次，超滤膜与CSAA结合，对于CODc浓度在215～677mg/L的污水，使其降低到30mg/L，对于NH3-N浓度在22.2～41.2mg/L的污水，使其降低到0.2mg/L；第三，超滤膜上面的化学物质可以控制污水的酸碱性，过滤后可达到7.26～7.89范围内；最后，经过超滤膜技术和其他净化水技术的回收水，可以将其用在工业中或是应用在道路喷洒、园林浇灌上，实现回收水的二次利用。如果生活污水的污染程度不高，经过这一系列操作，再检测其符合城市居民饮用水的标准规范后，完全可以将其继续向城市居民供应，实现城市水循环。

2超滤膜技术存在的问题

由于我国的环境工程目前对水资源处理的经验不足，超滤膜技术的应用还出现了一些问题：首先是膜污染问题。由于超滤膜应用在高压环境下，一些体积不大，但是正好可以通过的颗粒往往会有一些被高压吸附在膜表面，造成了吸附污染，虽然说理想环境下超滤膜可以二次应用，但是现实使用过程中，超滤膜往往会出现各种意外的污染，导致在不断重复使用时，过滤效果越来越差，增加了水过滤的次数和难度，并且被过滤的水还会受到超滤膜的二次污染。其次是工艺制作问题。前文介绍到超滤膜的使用往往会和其他技术相结合，才能使得净水效果更佳明显，可是由于技术上的复杂性，侵入式和压入式超滤膜技术需要外力驱动，导致应用难度加大，限制了超滤膜的广泛使用。最后是使用成本问题。技术的诞生需要不断地研发和迭代，超滤膜应该在多次的实验中得到更加低廉的使用材料，目前成本问题导致超滤膜在净水工程的应用中受到了限制。

3超滤膜技术在水处理工作的未来发展

3.1新生代滤膜的研发

上文提到理想情况与现实情况的不同导致超滤膜的污染问题，二次应用时会对水溶液造成污染，无法提升其质量，不能达到满足城市居民饮用的程度。现阶段在超滤膜使用一次之后，自动化装置会将其送入清洗工序中，为了除去超滤膜上面的吸附杂质和化学污染，清洗工序非常复杂，使用了各种各样的化学试剂也无法保证百分百清除污染。由此可见，新生代滤膜的研发势在必行，需要研发出更强的超滤膜，其能够在抗氧化能力上、抗酸碱能力上、抗污染能力上有着更大的优势。与此同时，在减轻超滤膜的材料生产成本和使用难度也会有明显的效果。

3.2增强超滤膜清洗水平

研发新的超滤膜搭配的就是新的清洗能力，通过对现实环境工程城市居民水处理的经验做总结发现：不同的受污染程度的超滤膜的清洗手段也不同，需要提前做好准备，划分出不同阶段的清洗力度，形成可行性文档要求。自来水厂在净化居民饮用水时应该根据水源的不同，设定不同的清洗方案，源水质的不同会对超滤膜造成不同的污染，只有清楚合理的划分清洗计划，才能够做到资源的有效利用，并且也能够有效地降低超滤膜的污染。

3.3完善超滤膜技术的组合

实际的环境工程水处理工作中，超滤膜技术已经能够在很多方面提供较好的应用效果：大分子颗粒的过滤，病原微生物的处理、酸碱度的平衡。但单一使用超滤膜技术还是无法做到完全处理杂质，水资源的质量无法达到标准要求，那么超滤膜技术和其他技术的组合就是未来的研究发展方向，相互配合的技术才能够最大化实现水资源质量的提升。现在超滤膜技术已经和混凝沉淀装置、反渗透技术、CSAA等技术合作，实现了海水的淡化，污水的净化。未来希望能够看到更多的水净化技术与超滤膜技术做结合。比如超滤膜技术与粉末活性炭相结合：活性炭负责吸附大颗粒杂质，避免其被高压压入超滤膜中，造成超滤膜污染；并且随着活性炭剂量的增加，水通量的下降率也会降低，直至超滤膜与活性炭二者形成相互补充，饮用水的浑浊度才会被合理地调整。

4结语

在不影响成本和设备合理安装的情况下，设计包括超滤膜技术的完善的组合装置，能够最大限度地发挥超滤膜技术的价值，并且还能将其他技术的不足之处做弥补，丰富了环境工程水处理的手段。

参考文献：

[1]朱国军.超滤膜技术在环境工程水处理中的应用管窥[J].生物技术世界,2014(08):15-16.

[2]刘云珠.超滤膜技术在环境工程水处理中的应用[J].江西化工，2019(01):195-196.

作者：曲鋆洋 单位：大庆油田水务公司东风水厂