試分析全膜法水處理工藝技術在環境保護中的應用

李 靜，姜娜

（山東省聊城生態環境監測中心，山東 聊城 252000）

近年來，經濟的快速發展使人們的生活質量有了很大提高，但是隨之而來的環境問題卻給社會發展和人類健康帶來了極大的威脅。其中水污染對人們的生活造成了很大影響。為了改善環境，防止環境進一步惡化，人們必須重視環境，解決各種污染問題[1]。水作為人類的生命之源，它的污染不僅給環境帶來極大危害，同時對人類和動物的生命也造成極大威脅，對改善水質、保護水資源也有很大影響。

1 傳統水處理工藝分析

在水處理過程中，按照水的用途和來源不同可以將其分為地下水、地表水和污水三種類型，其中地下水的受污染程度較低，被污染幾率也較小，水質中含有的有機污染物和微生物等雜質也較少。因此，可以認為地下水是較為干凈的水源，但是由于地下水的硬度較高，因此需要進行二次處理。地表水的污染程度和濁度也較小，但是由于其性質存在特殊性，因此在水體中存在很多有機物、藻類和微生物。另外，在不同時期，如水位的漲落時期，水質會被城市廢水或者工業廢水侵蝕和污染，進而對整體水環境造成污染。因此，要想對水污染進行治理，就要重點關注工業和城市的污水處理問題。現階段人們對污水的定義很明確，即水質受污染程度和濁度都比較高，水體當中還含有較多的懸浮物、膠體、微生物和礦物質。為了實現全面的環境保護，必須對含有以上物質的水資源進行處理。傳統水處理方法主要是采用活性炭對廢水中的雜質進行吸附處理，然后通過活性炭的過濾作用將水中的大分子物質和膠體進行濾除[2]。不過，采用這一方法，并不能很好地對有機雜質和微生物進行處理，尤其是對于工業廢水來說，只能去除部分小分子，而要想實現雜質的全面去除，就需要采用更先進的處理方法。

2 全膜法水處理工藝的技術優勢

2.1 建設費用下降

全膜法的占地面積較小，大約是臭氧活性炭水處理工藝的33～50%，因此，它的建設成本相對較低。另外，在現場設施的安裝中，安裝數量也較少，因而前期投入資金也較少。此外，由于全膜法不用進行酸堿再生，因此工藝流程較為簡單，能夠很好地滿足環保要求。

2.2 性能全面提升

相較于傳統的水處理工藝，全膜法自動化程度較高，其自身具備的高低壓保護裝置能夠使系統安全性得到很大提升，系統中核心設備的故障率較低，能夠實現系統的連續運行，并極大地降低了維護成本，提高了使用效率。另外，在系統運行中，水的回收率也很高，經過EDI的處理，所有水都能夠進行回收利用，且水質的穩定性更佳。

2.3 調試簡單

在全膜法水處理過程中，不需要太多的前提條件，當出水的密度＜5.0時，就能對設備進行調試。并且，從調試開始到調試結束，所用的時間也比其他方法短，所使用的酸堿量也少，能夠符合環保要求。

3 全膜法水處理工藝技術

3.1 反滲透技術

反滲透方法是一種膜分離技術，它所涉及的設備有三種，即反滲透裝置、過濾裝置和高壓泵裝置。在整個工藝過程中，反滲透裝置的應用更為廣泛，因為它的作用更強大，能夠對水質中的溶解鹽等其他分子進行過濾，進而達到水質清潔和脫鹽的目的。反滲透技術是一種較為先進的水處理方法，它是由特殊材料加工而成的半透明薄膜，它的使用特點是只允許水分子通過。薄膜分為醋酸纖維素反滲透膜和反滲透復合膜，這兩種膜的脫鹽率都能達到98%左右，并且對礦物質、微生物、水溶性有機物等都有較強的阻隔作用，從而有效去除水體中的鹽類、膠體、細菌和大分子。在環保工程中使用反滲透技術時，可以通過變壓器對加壓進行控制，降低高壓沖擊對反滲透膜的影響。在全膜法中，反滲透技術是其中的重要組成部分，它能夠有效地對膜進行保護。在工業廢水處理中使用反滲透技術，需要添加阻垢劑，阻隔鎂、鈣等離子，使其形成固體污染物，便于后期的反滲透。另外，在反滲透工藝中，為了有效控制顆粒雜質，需要改變分子量，完善有機質，降低樹脂的使用周期，以此來降低酸堿的消耗。

3.2 EDI技術

EDI技術又稱為“填充床電滲析技術”和“電混床技術”，是一種高新技術，它的應用原理是將離子交換技術和電滲析技術相結合，省去了酸堿參與環節和酸堿對樹脂的再生作用環節，進而達到提取純水的一種先進技術。具體而言，EDI技術就是一種電結合離子交換樹脂形成填充床，然后生產高純水的技術。在全膜法水處理中，該技術的作用顯著，是水質提純的最后一個關鍵環節，具有可再生、可持續生產、空間小、操作方便、水質穩定、價格低廉等特點，而且，通過EDI提純，會大幅降低廢水和化學污染的出現幾率，從而實現環境保護，避免水資源的二次處理。

EDI技術的應用原理就是將具有膜極化改善功能的樹脂填充到膜堆，然后在電極的作用下，使膜堆產生電位差，然后通過離子交換膜的吸附作用吸附和去除水中的鹽離子[3]。在具體操作中，將直流電連接到模堆兩側的電極上，然后通電，直到出現電位差，促使水中的陽離子物質向陰極的陽離子交換膜進行移動，當陰陽物質聚集到一起后，再利用樹脂防止其出現極化，并調整電阻率，將其再次分解，進行電離再生，形成H+和OH-，然后反復執行該步驟，直到產生高純水。

3.3 超濾技術

膜法污水處理中還有一種常見工藝就是超濾技術，它是以污染物的物理性質為基礎的處理方法。在外界壓力影響下，可以對污染物進行分離和排除，對外部環境沒有過多的要求，水體中的污染物在常溫或者低壓條件下就能實現分離，所需要的設備體積小、結構簡單、操作簡單。在超濾工藝中，超濾膜全部采用高分子材料，運行中不會發生質量變化，不會放過任何雜質，能夠極大地提高水質清潔度。可以說，超濾法是目前工業廢水處理中常用的一種處理方法，處理效率很高。

4 全膜法水處理工藝技術的應用特色

從分析傳統水處理和全膜水處理技術來看，在全膜法水處理中，膜分離技術具有很多的應用優勢，如浸出速度快、操作簡單、自動化程度高、化學物質去除率高、占地面積小、處理成本低、可靠性高、能夠有效控制水污染等[4]。在全膜法水處理工藝中，最重要的就是膜的制備。膜是水質處理的關鍵環節，在反滲透中，它是由特殊材料制成的能夠提高水質滲透性的高性能膜，能夠對懸浮物和聚合物進行過濾，降低水污染程度；反滲透是一種利用特殊膜提高水質滲透率的操作，通過穩定和耐熱的膜除去膠體、顆粒、有機物、微生物等污染物，它只允許水分子滲透的特點能夠極大地提高水質的純度。同時還能夠降低水質渾濁度，控制水的流動性，回收大部分水，且安全性高，水質清潔度高；EDI技術是在原有的膜處理技術上產生的，它是全膜水處理技術的又一創新。它結合了離子交換技術和電滲析技術，能夠很好地提高水質，降低水污染，同時它還能提高脫鹽效率，這是傳統的電滲析水處理方法無法達到的水平。另外，它還能促進離子交換，不會產生酸堿再生問題，大大降低酸堿不平衡對水體的破壞，并在通電和脫鹽過程中，樹脂可以重復再生，從而得到干凈的水。

整體而言，膜水處理技術是通過超濾膜、反滲透膜、EDI技術運行的水處理工藝，全膜技術的優點：一是占地面積小，節省人力，操作人員少，各種設備費用低；二是全膜技術具有自動運行、系統運行具有高壓、低壓保護裝置，因而提高了運行的安全性，顯著地減少了操作和人員的使用；三是全膜技術具有操作簡便、省時等優點，因為工作流程是從預處理開始的，每一步都有相應的任務，不需要復雜的操作，也能夠保證水質的安全穩定。

5 全膜法水處理工藝技術在環境保護中的應用

在工業水污染方面，改善水質和保護環境的要求日益提高，以往的水處理方法已經無法滿足污水處理的要求，而全膜法水處理技術的應用突破了以往的水處理方式[5]。現在，很多公司已經使用了這種技術，如電子制造產業、化學品生產企業、制造行業等，為了滿足環保標準，他們大都采用了全膜法水處理技術。結果表明，在25 ℃下水中電阻率均可穩定大于18 MΩ。與此同時，在超濾、反滲透、EDI技術、超純水提取等工藝的應用中，額外加入了滅菌劑，實驗證明，加入滅菌劑能夠更好地達到殺滅細菌的目的，從而能夠有效防止斷絲問題或者膜污染問題的出現。水里有各種各樣的雜質，反滲透工藝能在一定程度上阻止雜質，由于反滲技術是以反滲透膜為核心，其材料具有一定的特殊性，是以反滲透復合膜和醋酸纖維素為主。除細膩的作用外，它還具有超熔作用，能穿透滲透分子，降低污染程度。在利用反滲透技術時，可以通過變壓器控制壓力，避免高壓對反滲透膜的影響。在整個膜工藝過程中，反滲透工藝是有效保護膜的重要組成部分，在用反滲透法處理工業廢水時，必須要加入阻垢劑，防止鎂、鈣離子形成反滲透污垢。另外，反滲透工藝工藝可以改變分子量，提高有機物的含量，減少脫鹽系統中樹脂的頻繁使用，從而降低廢水中的酸堿消耗，有效控制微粒污染。

由于膜處理技術應用領域的特殊性，因此對于薄膜制作材料的選擇也比較特殊，包括醋酸纖維素和反滲透復合膜制成的反滲透膜，成色好，熔融能力強，能夠使水分子進行有效滲透，從而降低水體中的雜質污染。該技術在高壓泵的作用下，有效地防止了簡單高壓泵的直接影響，使其對礦物質、微生物等雜質有較高的處理效果。反滲透是膜法污水處理過程中的核心環節，對膜的保護至關重要，其作用是阻止鎂、鈣等水溶性物質，促進它們與灰塵的結合，促進反滲透作用。同時，部分公司還在全膜反滲透方面采用了雙極性反滲透，進一步提高了水質純度，提高了環保工作的效率。雙極型反滲透低壓復合膜的使用壽命一般都超過五年，利用率可達97%以上，該膜具有較強的防污染效應，且脫鹽效果非常好。

EDI技術采用電極和離子交換技術可使樹脂再生，并可多次電解去除水中的雜質，從而提高水質的純度。與此同時，為了進一步改善水質并保證其安全，該公司還增加了拋光床的步驟，以去除水質中極低濃度的離子，進一步改進了 EDI技術用于生產高純水的功能。使用不能再生的拋光板，可每年定期更換，它的目的是加強樹脂的釋放，以滿足清洗樹脂和進一步提高水質所不能滿足的要求。傳統的過濾與凈化方法是先凈化，再用砂濾過濾大的懸浮物，再用交換技術除去水中的鹽。實施該工藝既是二次酸堿再生，又是出水再脫除，而且工藝復雜，影響水的處理效率，不僅會污染環境，而且水處理的穩定性較差。

6 全膜法水處理工藝的優化措施

為了保證全膜法污水處理工藝的應用效果，應注意以下幾個方面。

6.1 把控技術要點

6.1.1 溫度

一般而言，隨著水溫的不斷升高，反滲透產水量也會逐漸增加，脫鹽率就會繼續下降，原水中離子的擴散速率也會隨溫度的逐漸升高（容易進入反滲透）使水中離子含量增加，且脫鹽速度下降。所以，在應用完整的膜水處理程序時，應充分考慮溫度對反滲透廢水處理的影響，保證水溫在22 ℃左右。在低溫條件下，反滲透產水率下降，因此，廢水處理必須進行水溫控制。

6.1.2 pH值

水體的pH值會影響脫鹽效果。正常情況下，如果pH值在6.5左右，脫鹽率最高，當pH值下降時，脫鹽率會下降。因此，要控制廢水的pH值，提高脫鹽效率。

6.1.3 離子濃度

一般情況下，反滲透膜兩面的離子濃度差異與其鹽的還原率成正比，即濃度差越大，鹽還原率越高，脫鹽率就越低。在反滲透裝置中，受操作壓力的影響，水流量將繼續增加，可加快膜表面水的流速，并減小兩側的濃度差，提高脫鹽率。

6.2 完善全膜水處理方法

在污水處理過程中，要充分認識全膜水處理方法的原理，熟悉污水處理廠的組成，重視相關的規范及問題，分析、檢測數據參數，確保廢水處理達到相應要求。另外，還應參觀同類企業，學習污水處理方面的經驗，并結合實際，不斷完善和優化全膜水處理方法。

6.3 完善規章制度

在采用全膜水處理工藝時，應加強管理，建立完善的管理體系，以確保全膜水處理工藝的應用效果。應用全膜法污水工藝，應細化細節，建立規范制度，使員工自覺遵守相關規范[6]。與此同時，應建立監測系統，對各個子系統進行定期監控，驗證操作人員的標準化操作，確保參數處于合適范圍。同時，要經常對設備進行維護保養，以免設備損壞影響廢水處理的整體效果，并要填好維修日志，及時發現可能出現的問題。

6.4 培養技術人員

在膜水處理過程中，要注重技術人員能力的培養，不斷提高其技術水平。因此，要制定人才培養方案，針對技術隊伍現狀，采用導師制、新舊結合等方法，幫助新員工盡快熟悉工作流程。同時還要加強對老員工的培訓，聘請經驗豐富的專家骨干對技術人員進行專門的培訓，特別是要加強對膜處理原理、操作方法和錯誤檢測等方面的培訓，以不斷提高相關人員的專業技術水平，確保廢水處理的有效性，從而達到保護環境的目的。

7 結論

我國的污水處理工藝和污水回用技術在科學技術的推動下取得了良好的進展，并在具體應用中取得了良好的效果。但是由于在基礎設施、設備成本方面的投入不足，導致我國在污水處理回用方面還存在很大的缺陷。基于此，相關部門應該加大力度，從根本上推動我國污水處理回用工作的全面展開，為提高水資源利用率、減少資源浪費奠定良好的基礎。