環境工程水處理中超濾膜技術的應用探討

水乃萬物生長之源，水處理技術關乎人類的生命健康和生態文明的建設。作為一種科學有效的水處理技術，超濾膜技術的應用非常廣泛，在實踐應用中獲得了令人滿意的效果。同時在應用的過程中，超濾膜技術自身也得到了持續改進，這對環境工程建設來說意義重大。因此，有必要深入分析環境工程水處理中超濾膜技術的工藝改進和應用，以促進我國環境工程建設的可持續發展。
1 超濾膜技術的原理及特點
1.1 超濾膜技術的基本原理
超濾是指通過壓力使溶液中的溶劑以及一部分分子量較低的溶質從超濾膜的微小孔隙中穿透到膜的另一邊，而分子量較高的溶質或一些乳化膠束團被截留，從而達到過濾分離的效果。篩分作用是超濾膜技術的主要過濾機理，其次還有超濾膜表面的化學特性，如靜電作用也可以起到過濾截留作用。在水處理中運用超濾膜技術的基本原理是對原水施加壓力，使膠體、高分子物質吸附在超濾膜表面及孔隙中，在膜的孔隙內被截留或在膜表面的篩分作用下被超濾膜阻止，而水、低分子物質可以通過超濾膜。一般來說，超濾膜技術截留的分子量范圍為500~500000，與之對應的超濾膜孔徑范圍是0.002~0.1μm，實際操作時的靜壓差通常是0.1~0.5MPa，被分離物質成分的直徑范圍為0.005~10μm。
1.2 超濾膜技術的特點
超濾膜技術相對于其他過濾技術來說，具有以下六個特點：
（1）過濾雜質的效率高，效果好，處理后的水質更好；
（2）使用很少或不使用化學藥劑，從而有效避免水質受到再次污染；
（3）基于超濾膜技術的過濾系統自動化程度高，運行簡單可靠，只有開、關兩種操作；
（4）化學穩定性強，抗酸堿腐蝕，耐高溫，因此可以使用高溫進行殺菌消毒，耐水解，適用性很廣；
（5）過濾精度可達99.99%能有效去除水中的絕大部分有害物質；
（6）費用合理，與常規水處理系統不相上下，同時處理效果更好，尤其是工業生產產生的廢水必須使用超濾技術才能有效處理。
2 超濾膜水處理工藝流程
（1）基于超濾膜技術的水處理工藝流程如圖1 所示。

圖1 超濾膜水處理工藝流程圖
（2）超濾膜水處理工藝主要有沉淀超濾工和砂濾超濾工藝兩種。在沉淀超濾工藝中，原水需要先經過混凝、沉淀處理，在砂濾超濾工藝中，原水需要經過混凝、沉淀、砂濾處理。使用水泵將原水加壓后，泵入膜分離器，經過超濾膜過濾之后流入產水箱，再進入調節池。運行一段時間之后，系統中的超濾膜會因受到污染，導致過濾效率降低。因此，可以采用產水箱中的水反向沖洗超濾膜，使其過濾能力得到恢復。此外，還可以通過化學強化維護工序（CEB）緩解跨膜壓力、降低化學清洗的頻次，也就是說，每隔一定的周期，在膜分離器中加入化學藥劑，如HCl、NaOH，使膜浸泡在化學藥劑中，從而減少超濾膜受到的污染延長系統的運行時間，提高系統的運行效率。其中超濾膜系統可調的工藝運行參數如表1 所示。

表1 超濾膜系統工藝運行參數
3 超濾膜水處理工藝的優化
（1）將超濾膜工藝中的預處理工藝混凝—沉淀改為直接過濾SBR 池的出水，可以有效緩解超濾膜系統的進水壓力和超濾膜兩側的壓強差，從而提高超濾膜系統的穩定性；
（2）在溫度較低的冬季，通過直接過濾SBR 池的出水，使產水SDI 穩定保持在1.5~2.5 之間，更好地滿足反滲透的進水要求，且水質優于廁所用水以及工業冷卻水的用水標準；
（3）溫度較高的夏季使用檸檬酸清洗超濾膜可以有效恢復膜通量，提高超濾膜的過濾能力，消除鐵元素對超濾膜的污染；
（4）交替使用NaClO 和檸檬酸對超濾膜進行化學清洗能夠有效控制膜污染，使超濾膜系統進水壓力保持穩定；
（5）合理延長制水時間，可以使能耗降低，提升超濾膜系統的水回收率；
（6）隨著進水壓力的增加，超濾膜系統的單位能源消耗將不斷增加，在實際運行中，要將進水壓力控制在合理范圍；
（7）通過對比國產超濾膜和進口超濾膜，可以發現國產超濾膜的性能與進口超濾膜基本相同，在實際運行中優先使用國產超濾膜，以降低運行成本。
4 環境工程水處理中超濾膜技術的具體應用
4.1 飲用水凈化
水源中出現的各種有害物質威脅到人們的身體健康，有必要加大對污水處理技術的研發，應用，有效去除水源中的有害物質，保證人們的飲水安全。對飲用水的凈化處理標準較高，傳統的過濾技術難以滿足飲用水過濾的高要求，而超濾膜技術可以滿足要求。因此，在飲用水的凈化方面，超濾膜技術的應用十分廣泛。運用超濾膜技術構建的飲用水凈化系統可以有效地濾除飲用水源中的絕大部分微生物、病毒以及其他有害物質，而且通過多層超濾膜的綜合運用，可以大限度地減少飲用水中的有害成分。
4.2 淡化海水
經歷了幾十年的發展，海水淡化技術已經基本成熟?，F階段的海水淡化技術主要包括多效蒸發、多級閃蒸、反滲透以及壓汽蒸餾等等，而只有前三種方法才能用于大規模的海水淡化。人們從19 世紀60 年代就已經在研究膜技術在海水淡化中的應用。在實際應用中，膜污染的問題嚴重限制了反滲透方法在淡化海水方面的應用。而超濾膜技術的誕生和應用，能夠實現對海水水質的有效控制，從而提高反滲透系統中的進水質量。例如，葉春松等人研究使用中空的纖維超濾膜對濁度很高的海水進行過濾處理。該型超濾膜的產水濁度均值為0.11NTU，SDI15 均值為2.4，COD 的平均濾除比例達60.0%，膠硅的平均濾除比例達89.0%，跨膜壓差保持在6.0×104Pa 以內，比超濾膜可承受的大壓差2.1×105Pa 小很多，從而保證超濾膜的工作穩定性。該型超濾膜能夠有效過濾高濁度的海水，能夠將高濁度的海水進行有效預處理之后作為海水反滲透系統的的進水。
4.3 造紙工業污水處理
一般情況下，造紙工業產生的污水是工業污水中比較難處理的一種。而且，在造紙過程中產生的污水含有大量對人體有害的物質，如果沒有有效的過濾凈化技術，就會導致污水無法得到有效凈化，這樣的污水排放出來會對自然環境造成嚴重的破壞。而超濾膜技術可以有效處理造紙過程中產生的污水，解決造紙工業污水處理的難題。憑借*的過濾能力，超濾膜技術可以全面有效地濾除造紙工業污水中包含的漿液、木素等雜質。此外，與傳統過濾方式明顯不同的是，使用超濾膜技術對造紙工業污水進行處理之后，還可以對其中的一些成分進行回收處理，如將污水中包含的木素等物質進行回收重復利用。而對于污水中包含的漂白粉等有害物質，采用超濾膜技術能夠將其有效濾除?？傊?，使用超濾膜技術處理造紙工業污水的效率比傳統的過濾技術更好，同時還能提高造紙原料的回收率，降低造紙成本，從而提高環境工程的經濟效益與環保效益的統一。
4.4 含油廢水處理
含油廢水主要來自人們的生活飲食。我國的飲食文化非常豐富，餐飲業十分發達，在我國的飲食習慣中喜歡用油。因此，對于餐飲行業，在食物中加入大量的食用油是很常見的現象，這也在客觀上導致我國成為含油廢水污染比較嚴重的國家?，F階段，我國含油廢水主要分為以下三種形式：，含油較少，只在污水表面有油漂??；第二種，水中混合散油，第三種，污水的油質種類為乳化劑，這是油化程度較深的含油廢水。一般來說，前兩種含油廢水可以通過物理過濾方法直接濾除，如采用沉淀、機械分離、活性炭吸附等方式可以有效處理這兩種含油廢水，而對于第三種包含乳化劑的含油廢水，則需要比較復雜的過濾處理方法，使用常規的過濾方法無法獲得讓人滿意的效果，這時，采用超濾膜技術可以對含油廢水實現有效過濾。
4.5 城市生活污水回收利用
城市進程的加快使得我國城市規模不斷擴張，隨之而來是城市人口的不斷增加，進而導致城市生活污水排放量不斷增加。城市生活污水的污染程度相對較輕，對城市生活污水進行有效過濾，回收可以有效緩解我國水資源短缺的問題。
而在城市生活污水中使用超濾膜技術可以實現污水的有效回收利用。使用超濾膜過濾技術，可以對居民生活污水、下水道污水、地表水等常見城市污水進行科學有效的處理。除此以外，使用超濾膜技術可以有效清除城市污水中危害人們身體健康的物質，如病毒、微生物等，使經過過濾處理之后的城市污水達到國家規定的排放標準，再經過自來水廠的進一步處理之后，就可以再次作為居民生活用水，從而實現良好的水循環，實現水資源的重復利用。
5 結語
綜上所述，環境工程越來越受到國家和社會的關注，而超濾膜技術在水處理中的表現非常。因此，在水處理中超濾膜技術的應用越來越廣泛。通過使用超濾膜技術可以有效過濾水中的有害物質，實現率的水處理和回收利用，這樣一來，就可以有效提升我國水資源的利用率，有效緩解水資源供需失衡的矛盾。同時，與傳統過濾技術相比，超濾膜技術的經濟效益更高。在實際應用中，應該采取措施有效控制超濾膜的污染，在選擇濾膜類型時優先選擇國產膜。此外，還應該與反滲透技術充分融合運用，有效提高環境工程水處理的綜合效益。