水處理過(guò)程中超濾膜技術(shù)的研究

馬志軍

摘? 要：當(dāng)前，我國(guó)水污染問(wèn)題嚴(yán)重，如何做好水處理工作顯得尤為重要。隨著新技術(shù)、新工藝、新材料不斷涌入水污染控制領(lǐng)域，超濾膜技術(shù)以其出水水質(zhì)好、過(guò)濾面積大、安裝操作便捷等優(yōu)勢(shì)得到了廣泛應(yīng)用與推廣。為此，該文在充分掌握超濾膜技術(shù)原理的基礎(chǔ)上，以水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化情況為研究對(duì)象，對(duì)超濾膜處理含藻水的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了分析與探討，以期全面提升水處理效果。

關(guān)鍵詞：水處理;富營(yíng)養(yǎng)化;超濾膜技術(shù)

中圖分類號(hào)：TM561? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

作為一種稀缺的自然資源，水是力量之源，是維持社會(huì)發(fā)展、人類生存的必備物質(zhì)條件。對(duì)人體生理代謝與健康狀況而言，水是主要物質(zhì)基礎(chǔ)，飲用水水質(zhì)是否良好，與人們的身體健康息息相關(guān)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)迅速增長(zhǎng)，用水量也隨之不斷增長(zhǎng)，廢污水排放量越來(lái)越多，導(dǎo)致大量湖泊、河流等都受到了嚴(yán)重污染，促使我國(guó)水資源愈加緊缺。21世紀(jì)以來(lái)，水資源短缺已成為制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。水體污染必定會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生危害，甚至危及生命，據(jù)相關(guān)資料顯示，飲用水污染產(chǎn)生的疾病已成為發(fā)展中國(guó)家的主要疾病根源，常見(jiàn)病包括腸道傳染病、化學(xué)性污染物中毒、慢性中毒、癌癥等。基于此，為保證人體健康，必須重視水處理工作。超濾膜技術(shù)是一種新型的固液分離單元操作技術(shù)，可將水內(nèi)濁度、臭味、色度等有效去除。相比其他處理技術(shù)，超濾膜技術(shù)能夠更好地適應(yīng)不同水質(zhì)，去污范圍更大，且極易操作，目前在我國(guó)水處理工作中得到了廣泛應(yīng)用。

1 超濾膜技術(shù)原理

我國(guó)地大物博，水資源分布不均，目前，16個(gè)省（區(qū)、市）人均水資源量在嚴(yán)重缺水線范圍以下，水資源緊缺現(xiàn)象仍較為嚴(yán)重。與此同時(shí)，還存在普遍的地表水資源污染問(wèn)題，常規(guī)給水處理工藝已無(wú)法滿足現(xiàn)代飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，如何做好水處理工作顯得尤為重要。

當(dāng)前，膜處理技術(shù)是應(yīng)用最廣的水處理方法，超濾是膜處理技術(shù)之一，其驅(qū)動(dòng)力為膜兩側(cè)壓力差，過(guò)濾介質(zhì)為超濾膜，在一定壓力作用下，當(dāng)膜表面有原液流過(guò)時(shí)，僅有小分子物質(zhì)可從超濾膜表面密密麻麻的細(xì)小微孔內(nèi)通過(guò)，且被稱為透過(guò)液;原液內(nèi)比膜表面微孔徑大的物質(zhì)，則會(huì)在膜進(jìn)液側(cè)被截留，被稱為濃縮液，從而實(shí)現(xiàn)水質(zhì)凈化效果。膜的厚度極小，僅為幾微米，在動(dòng)態(tài)條件下，超濾膜可將大部分雜物有效截留，象細(xì)菌、大分子化合物等，可將水體內(nèi)有害物質(zhì)去除，已成為當(dāng)前水凈化處理的重要技術(shù)。

2 水富營(yíng)養(yǎng)化的原因

20世紀(jì)80年代，“富營(yíng)養(yǎng)化”這一專業(yè)術(shù)語(yǔ)在水處理工作中得以廣泛使用，富營(yíng)養(yǎng)化是指在湖泊、河口等緩流水體內(nèi)大量流入生物所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如氮、磷、鉀等，從而導(dǎo)致藻類、浮游生物繁殖速度加快、數(shù)量劇增，降低水體溶氧量，導(dǎo)致魚類等生物死亡率迅速增加。

某水庫(kù)從“貧養(yǎng)-中養(yǎng)-富養(yǎng)”歷時(shí)多年，現(xiàn)階段，該水庫(kù)仍是城市用水的主要來(lái)源，但富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題較為突出。其特征表現(xiàn)為藻類大量繁殖，特別是夏季更甚。藻類繁殖量大將帶來(lái)諸多危害，筆者以4點(diǎn)概述。

（1）富營(yíng)養(yǎng)化對(duì)水pH值影響較大，清澈的河水變得渾濁，加大水處理難度。

（2）水味道改變，甚至產(chǎn)生惡臭氣味，影響周邊生活人群身體健康。

（3）水處理消毒、混凝效果有限，污泥量增多，將會(huì)嚴(yán)重腐蝕管道，減短管道使用壽命。

（4）藻類繁殖量大，將會(huì)產(chǎn)生大量藻類毒素、三鹵甲烷等，飲用水是否安全成為問(wèn)題。

為制約水內(nèi)藻類繁殖，減輕或消除水富營(yíng)養(yǎng)化，必須根據(jù)實(shí)際情況，合理選擇處理措施。隨著水污染問(wèn)題嚴(yán)重化，我國(guó)各大湖泊、水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化加劇。水體富營(yíng)養(yǎng)化，將會(huì)對(duì)水域生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，還會(huì)影響水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)值，尤其是大量藻類繁殖，將對(duì)飲用水水質(zhì)造成嚴(yán)重影響。現(xiàn)階段，我國(guó)大多數(shù)水廠選用的常規(guī)凈水工藝為“混凝—沉淀—過(guò)濾—氯消毒”。為提高水源內(nèi)藻細(xì)胞凈化性能，一般都會(huì)增加混凝劑、氯等材料的用量，這種情況下，將大幅增加生產(chǎn)成本，且會(huì)影響去除藻類的能力，甚至?xí)霈F(xiàn)二次污染問(wèn)題，無(wú)法保證供水質(zhì)量。基于此，根據(jù)水廠實(shí)際情況，結(jié)合水庫(kù)藻類發(fā)生特點(diǎn)，決定選擇超濾膜處理技術(shù)，這種技術(shù)效率高、節(jié)能環(huán)保、且便于操作，因此，對(duì)超濾膜處理含藻水進(jìn)行研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

3 超濾膜處理含藻水的應(yīng)用

超濾膜技術(shù)是一種應(yīng)用效果良好的水處理方法，目前，在我國(guó)各大湖泊、水庫(kù)水污染治理中得到了廣泛應(yīng)用。針對(duì)本水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題，尤其是藻水泛濫情況，超濾膜處理技術(shù)具有不錯(cuò)的效果。為此，該文針對(duì)水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化中藻水問(wèn)題，選用超濾膜進(jìn)行處理，通過(guò)分析可見(jiàn)，在去除藻細(xì)胞、藻的胞外分泌物方面效果顯著，同時(shí)，通過(guò)膜清洗，可避免膜污染問(wèn)題出現(xiàn)，增強(qiáng)去除效果。

3.1 去除藻細(xì)胞的效果

根據(jù)當(dāng)前研究現(xiàn)狀表明，淡水藻類中，可分為藍(lán)藻門、紅藻門等11門，見(jiàn)表1。藻類不同，個(gè)體細(xì)胞大小、形態(tài)也不盡相同。以該水庫(kù)來(lái)講，藍(lán)藻最多，尤其是銅綠微囊藻，作為一種單細(xì)胞生物，此藻類為絲狀、非絲狀群體，個(gè)體細(xì)胞呈現(xiàn)形態(tài)多為球形、絲狀，且為藍(lán)綠色，Φ3 μm～7 μm。

在微濾與納濾之間的一種膜被稱為超濾，3 nm～100 nm為孔徑平均范圍，與銅綠微囊藻直徑相比，該濾膜孔徑較低。由理論上來(lái)看，藻細(xì)胞可完全被截留出去，且具有良好效果。

3.2 去除藻的胞外分泌物效果

在處理含藻水時(shí)，不僅要去除藻細(xì)胞，在藻類產(chǎn)生過(guò)程中，各個(gè)階段都會(huì)將不同類型的有機(jī)物質(zhì)釋放至周邊環(huán)境，這種物質(zhì)被叫做藻的胞外分泌物。以銅綠微囊藻為研究對(duì)象，碳水化合物、蛋白質(zhì)、核酸等均屬于藻的胞外分泌物。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，特殊條件除外，碳水化合物類物質(zhì)在藻細(xì)胞的胞外分泌物比例高達(dá)80%以上。藻毒素作為藻的胞外分泌物之一，藻毒素MC-LR的截留分子量?jī)H在900～110，但于淡水藍(lán)藻危害來(lái)講，卻是當(dāng)前毒性最大的毒素。據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》要求可知，在我國(guó)藻毒素MC-LR最高濃度需控制在每升1.0 μg。

因作用機(jī)理不同，針對(duì)此類溶解性有機(jī)物，超濾膜均可去除。相較之下，分子量較大的藻的胞外分泌物為碳水化合物，可利用超濾膜截留功能去除。分子量分布最廣的藻的胞外分泌物為蛋白質(zhì)，針對(duì)這種分泌物，需要采取結(jié)合法處理，在超濾膜截留處理后，可利用化合鍵將原水內(nèi)少數(shù)蛋白質(zhì)吸附至膜表面，以此獲得良好的去除功效。針對(duì)分子較小的藻毒素，需與其濃度、親疏水性等條件相結(jié)合，了解去除效果。經(jīng)分析，在超濾膜前期，因疏水反應(yīng)作用，根據(jù)吸附作用可實(shí)現(xiàn)藻毒素去除，待吸附平衡之后，在污染影響下，膜孔徑逐步減小，利用截留作用，超濾膜可將部分藻毒素去除。整體來(lái)講，在去除溶解性有機(jī)物中，超濾膜效果不太理想，較為一般。為此，在水富營(yíng)養(yǎng)化處理中，選用超濾膜技術(shù)，必須結(jié)合混凝、預(yù)氧化等預(yù)處理技術(shù)，才能提升有機(jī)物去除效果。

經(jīng)研究表明，在含藻水超濾膜預(yù)處理中，可選擇高錳酸鹽、氯化鋁等，結(jié)合實(shí)際情況，兩類投加量分別，見(jiàn)表2，通過(guò)上述兩類工藝處理，能促使藻細(xì)胞活性消失，且不會(huì)破壞細(xì)胞壁，以此減少超濾膜跨膜壓差，避免膜污染問(wèn)題出現(xiàn)，此外還能增強(qiáng)去除效果。

4 超濾膜清洗

微粒、膠體離子及溶質(zhì)分子等均屬于富營(yíng)養(yǎng)化水體內(nèi)物質(zhì)，在超濾膜處理中，此類物質(zhì)與超濾膜會(huì)產(chǎn)生一系列物理、化學(xué)作用，在膜表面、膜孔內(nèi)均會(huì)有大量物質(zhì)被吸附或沉淀，在這種情況下，極易堵塞膜孔，或出現(xiàn)孔徑縮小等情況，甚至產(chǎn)生膜污染。此時(shí)，將大大減少超濾膜通量，改變膜分離特性，或影響膜使用壽命。目前，在超濾膜含藻水處理中，膜污染問(wèn)題已成為急需解決的問(wèn)題。一般情況下，可選擇定期反洗、低通量運(yùn)行等方法控制膜污染。但針對(duì)其中不可逆的污染，仍需采取化學(xué)清洗法進(jìn)行處理。據(jù)研究表明，在恢復(fù)膜通量中，相比NaOH（0.025 mol）溶液，NaCIO（100×10-6）溶液清洗效果更好。原因在于NaCIO氧化性較強(qiáng)，可使污染物連接膜之間的化學(xué)鍵斷裂，以此獲取良好清洗效果。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，水是生態(tài)、環(huán)境與社會(huì)發(fā)展的重要構(gòu)成因素。我國(guó)擁有960萬(wàn)km2，地域遼闊，然而卻面臨著水資源嚴(yán)重短缺的局面，水資源不足將對(duì)人們的生產(chǎn)、生活用水帶來(lái)極大的影響，甚至危害國(guó)民經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展，促使生態(tài)環(huán)境日益惡化。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，人們已經(jīng)充分意識(shí)到水資源的重要性，提出了可持續(xù)發(fā)展觀，強(qiáng)調(diào)人與自然和諧相處、共同發(fā)展。在水資源短缺的背景下，如何做好水處理工作，如何充分發(fā)揮水資源的應(yīng)用價(jià)值，成了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。超濾膜技術(shù)作為水處理的主要方式，通過(guò)超濾膜技術(shù)的合理應(yīng)用，可解決水富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題，去除藻細(xì)胞及藻的胞外分泌物效果，保證飲用水安全。

參考文獻(xiàn)

[1]章君，姚杭永.環(huán)保工程水處理的超濾膜技術(shù)應(yīng)用研究[J].智能城市，2019（1）：52-53.

[2]李志國(guó)，臧新宇.淺談超濾膜技術(shù)在環(huán)境工程水處理中的應(yīng)用[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（23）：154.

[3]張峰.環(huán)保工程水處理過(guò)程中超濾膜技術(shù)的運(yùn)用[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2018（17）：19-20.