環保工程水處理過程中的超濾膜技術

梁麗紅，梁曉磊，馬爽爽

(1.煙臺市環保工程咨詢設計院有限公司，山東 煙臺 264010；2.煙臺云灃生態環境產業發展股份有限公司，山東 煙臺 264006)

超濾膜技術最早用于工業用水處理，后逐步用于生活用水的過濾處理，歷經幾十年的發展應用率逐步提升，應用范圍愈加廣泛，保證了居民的飲用水源安全。相較于傳統的飲用水凈化，超濾膜技術是以物化、分離兩種不同方式的應用來實現對水體的有效處理。

1 超濾膜技術及其特征

1.1 超濾膜技術

超濾膜技術有效應用了溶液的壓力作用，可在此壓力支持下使溶液或低分子量溶質從超濾膜微孔中通過，使其抵達膜的另一側，并同時扣留其他乳化膠束團、高分子溶質，真正實現溶液的有效分離。篩分作用是扣留機理的重點，膜外表也具備扣留功能。超濾膜過濾的原理詳見圖1。

圖1 超濾膜過濾原理圖Fig.1 Schematic diagram of ultrafiltration membrance filtration

超濾膜技術屬于膜透過分離技術的范疇，但此技術不同于微濾，與納米過濾也有所差異，是一種介于二者之間主要用于溶液分離凈化與濃縮的技術手段。此技術的應用利于截留溶液中的懸浮顆液，也可將其中的膠體物質過濾出來，可得到分離高效、凈化質量高且濃縮效果佳的處理成效，在環保工程水處理中備受青睞。要重視相關技術參數的合理設置，具體參數詳見表1。

表1 超濾膜技術應用參數Tab.1 Application parameters of ultrafiltraion membrance technology

1.2 技術特點

高效性。相較于其他過濾技術而言，超濾膜技術的顯著特征是過濾效率快，可在極短的時間內將水體中的雜質充分過濾出來，可使水處理質效得以大幅度提升，處理效果遠高于傳統的過濾方法。

環保性。超濾膜技術應用過程中環保性極強，采用的是膜透過分離方法，整個過程無需利用化學藥品，可防止因化學藥品應用導致的二次環境污染問題，同時可有效節約分離、凈化處理成本。

自動化。超濾膜技術系統自動化程度較高，整個過濾過程安全可靠，且系統操作簡便，除開閉兩檔外無其他煩瑣設置，系統運行過程相對便捷。

適應性。超濾膜技術具備良好的化學穩固性，具備較高的抗酸及抗堿能力，強酸、強堿或多種有機溶劑中均可適用。其抗水解度高，可耐受1 400℃的高溫環境，可通過高溫蒸汽、環氧乙烷消殺病毒與細菌。

精濾性。采用此技術可實現精濾，水中懸浮物、細菌及膠體等各類危險物質的清除率均較高，過濾精度可達到99.99%。

2 環保工程水處理中應用超濾膜技術的優劣勢分析

2.1 應用優勢

利用超濾膜技術處理環保工程水，可提升水質，增強水質穩定性。出水濁度與原水質差異較小，通常不會高于0.1 NTU。出水微生物較為安全，水中細菌及隱孢子蟲會被超濾膜截留，消毒時不會產生較多副產物，出水化學安全性高。超濾實施前，混凝劑添加量少或無需添加，出水中鐵、錳等金屬含量不會超限。超濾水廠可通過組件的適度增減靈活調控供水規模，水廠擴建也極為便利。超濾工藝簡單，壓力是主要驅動力，操作過程便捷、維修控制簡單，可縮短水處理周期，減少占地面積，顯著提升水處理效率。

2.2 應用劣勢

超濾膜技術并非對所有物質均能做到高效處理，在氮、氨等具備高溶解性物質處理方面效果并不理想。超濾膜技術應用時，對環境應用條件要求較為嚴格，超濾膜需要放置在具有遮擋的位置處，不可被陽光直射，否則會影響過濾效果。此外，超濾膜不可應用于冰凍環境中。

3 環保工程水處理中超濾膜技術的應用

3.1 在飲用水凈化中的應用

居民飲用水中存在水蚤、紅蟲、賈第蟲及隱孢子蟲，且存在藻毒素或生物穩定性問題。飲用水企業需利用超濾膜技術進行飲用水凈化處理，其不僅能夠將水中含有的水蚤、藻類有效去除，還可消除水中的原生動物及病菌微生物，有效分離懸浮物及各種雜質，還可改善水濁度、去除氨氮，使飲用水的質量達到攝入標準，從而滿足居民對水質的高要求。

3.2 在城市污水回收利用中的應用

生活及工業生產中產生的廢水量逐步增加，加劇了水資源的污染。可利用超濾膜技術對城市污水進行回收處理，這樣不僅能夠減少對環境的污染，也可拓展水資源來源。城市污水回收利用通常采用CASS與超濾膜技術有機融合的處理方式，凈化率可高達90%。處理過程中，水力作用時間應為12 h，重鉻酸鹽指數(CODCr)最低為215 mg/L，最高不可超過667 mg/L，濾水量的CODCr應保持在30 mg/L左右。廢水中氨氮含量指標(NH3-N濃度)應控制在22.2～41.2 mg/L。每升濾過水中的NH3-N最小值應為0.2 mg，濾過率應高于90%，且pH值應介于7.26～7.89，水濁度高于0.5。經此種組合工藝處理后的水質與用水標準相符，可以二次回收利用。在這兩種方式聯合應用下，處理完成的居民用水能夠回收利用，可為潔凈、安全、充足的水供應給予技術保障。

3.3 在工業廢水循環利用中的應用

工業生產是廢水產出量較大的一環，且工業用水量較高，若是工業生產過程中未實現高效水處理，可能會導致水資源被浪費。工業廢水成分復雜，水處理過程并不相同，且不同工業生產廠家的環境也存在較大差異，為滿足工業用水處理的高要求，可引入超濾膜技術，利用此方法處理后的工業廢水凈化度較高，可實現二次利用，大幅削減水資源利用成本，達到水資源節約與保護的目的，有效解決水資源短缺問題。

3.4 在海水淡化中的應用

全球水資源總量中，約70%為海水，海水含鹽量較大，難以飲用，必須要通過海水淡化處理來解決當前水資源供應不足的現象。我國的海岸線較長，具備良好的海水淡化處理的地理條件。海水中富含微生物，同時細菌及雜質含量也較高，與其他水處理相比，海水淡化處理難度更高。在超濾膜技術應用下，可實現規模化的海水淡化處理，既能提高海水淡化效率，也可實現處理成本的有效節約。可通過超濾膜技術應用實現大量海水的有效淡化，為居民提供充足的飲用水源，緩解水源危機。

3.5 在電鍍廢水處理中的應用

電鍍生產過程中用水量較高，所排放廢水毒害物質含量較高，如氰化物或鋅、銅等重金屬，會使土體遭到污染，對人體健康危害較大，因此，電鍍廢水的處理至關重要。因微生物難以吸收電鍍廢水中的離子，不具備良好的可生化性，若是利用電解法進行電鍍廢水處理，處理成本較高，會消耗大量的電力資源。基于反滲膜技術及超濾膜技術的電鍍廢水處理，既能降低水的導電率，也可有效去除鎳及有機碳。電鍍廢水中總有機碳的去除比例可高達87%，鎳及硝酸鹽的去除比例為99.8%與95%，導電率的去除率也可達到97%。利用超濾膜與反滲膜連用技術處理電鍍廢水，還可使滲透膜污染大幅降低，令通量提升30%～50%，既能取得理想的電鍍廢水處理效果，也可防止電鍍廢水對環境產生較大的污染。

3.6 在含油廢水處理中的應用

含油廢水有三種不同的存在形態，即漂浮、分散、乳化。利用機器可輕易分離浮油及分散油，在凝聚沉淀活性炭吸附等技術應用下，可實現油分的有效降低。然而乳化油中不僅含有表面活性劑，其中還有大量功能類似的有機物，水中的油分形態是微米級的離子，因而重力分離、粗粒化法所取得的處理成效均不顯著。利用超濾膜技術處理，可加快分子量較低的有機物及水分的膜通過速度，既能降低含油量，也可降低化學需氧量與生化需氧量。例如：油山含油廢水處理時可利用超濾膜技術，可在衡壓淺層氣浮的基礎上應用中空纖維膜分離技術，兩種技術協同應用，將壓力值應控制在0.1 Pa，水溫為40℃的條件下，每平方面積每小時的膜透水速率可高達60～120 L，完成過濾后，水中所含懸浮物含量為0.32 mg/L，且懸浮物質的粒徑大小均值僅為0.82 μm，可基本達到低滲透油山回注水的質量要求。

3.7 在造紙廢水處理中的應用

造紙廢水處理中，應用超濾膜技術可對水中的成分進行回收與濃縮，經水處理之后，這些水可再次用于造紙。此技術是指回收附加產品，實現木素的綜合利用，對造紙后剩余漿液進行濃縮處理，去除廢液中的有害物質。硫化機化機漿(SCMP)廢水處理中，應根據膜的使用合理應用超濾法進行處理，處理方式不同，處理結果也存在差別。如處理時應用的是分子量為2 000 u的聚醚砜(PES200)膜，清洗過濾完成后，得到的過濾量為98%左右，若造紙廢水處理中采用組合工藝，在15℃及0.1 MPa壓力條件下，應用0.8 μm微濾(MF)對經強氧化劑氧化后物質的過濾率僅為30%～45%，50 nm超濾(UF)無機陶瓷膜的有效過濾率則可達到55%～70%。

4 超濾膜技術的發展方向

4.1 提升超濾膜清洗處理的完善性

超濾膜可循環利用，可大幅度降低水處理成本，但是超濾膜清理難度大，若清理不全面，將使污水遭到二次污染。為避免這一情況，應在污水處理前做好采樣與檢測，以污水成分、污染物種類及含量為依據，選擇最為適合的超濾膜，制定完善的超濾膜清洗方案，確保污水處理后進行全面、細致的超濾膜清洗，從而保持超濾膜的潔凈度。

4.2 組合應用超濾膜技術

超濾膜技術是過濾方式的一種，若是污水中高分子物質和病原微生物量較大，利用此方法也可能出現處理效果不佳的情況。要加強超濾膜技術與其他水處理技術的聯合應用，與多元化的消毒技術進行整合，通過超濾膜技術的組合應用，實現水資源的高效凈化及病菌、微生物的有效去除。

4.3 開發新型濾膜

超濾膜是否先進與高效是此技術能否有效運用的關鍵。為解決超濾膜清洗難度高的問題，進一步提升水處理成效，要將超濾膜的不斷更新與優化作為重點，注重超濾膜氧化能力的提升，增強其對污染的抵御能力，將其更好地應用于多種不同情況下的水污染處理。

5 結語

超濾膜技術是一種能夠有效凈化處理各種類型水質的新型水處理技術，可應用于環保工程水處理中，在飲用水凈化、城市生活污水處理、工業廢水循環利用、海水淡化、電鍍廢水處理、含油廢水處理、造紙廢水回收處理等方面均展現出了良好的應用價值，取得了理想的水質凈化效果。但此技術應用中仍存在一定的操作問題，需要提升超濾膜清洗處理的完善性，組合應用超濾膜技術，開發新型濾膜，通過超濾膜潔凈度的提升及整合應用多元化的水處理技術方法來提高環保工程水處理效果。