膜技術在環境工程廢水處理中的應用研究

施穎娜

（深圳市華爾信環保科技有限公司，深圳 518000）

1 膜技術概述

實現膜技術工藝的核心是膜，其技術應用原理為過濾，主要是應用有機或者無機高分子材料組成過濾膜，當待處理的水流經過濾膜時，可通過化學位差或者其他能量等，實現水中雜質污染物等的過濾處理，從而進一步完成分離提純以及濃縮等步驟。應用于水處理中的膜非常輕薄，而且其應用便捷，具有較強的可操作性，同時配置也形式多樣，還可以進行回收利用，占據空間小，可高效完成水處理工作。膜處理技術包括超濾、納濾、微濾、反滲透、液膜等多種類型，這些不同的技術應用形式適用于多種類型的水處理工作，所以在實際開展廢水處理工作時，應結合具體情況進行合理選擇。

2 膜技術在廢水處理中的應用優勢

相比于其他技術，膜技術在環境工程廢水處理中的應用優勢突出，主要包括以下幾點：首先，膜技術具有較高的廢水處理效率，且應用該技術進行廢水處理基本不會產生污泥，因此可節省污泥處理的費用。其次，在廢水處理中應用膜技術時，處理系統處于密閉運行狀態，所以操作環境相對衛生，不會產生污水、臭味等。第三，應用膜技術進行污水處理時所消耗的能源比較少，因為是采用無相變分離技術，只有在泵送液時，才需要消耗少量的電能。第四，應用膜技術處理廢水時，所用設備的成本和運營費用較低，而且便于后續維護，設備的占地面積也比較小[1]。

3 膜技術在廢水處理中應用的種類

3.1 納濾膜技術

膜分離作用是該技術突出的特征，在實際應用過程中，結合應用生物進化技術以及復合膜技術，是以膜生物反應器為主，可以實現水資源的分離和凈化處理。應用該技術后，可完成待處理水體的一次性凈化，其納濾膜能夠有效吸附水體中存在的重金屬及其他雜物等，然后再通過微生物去除有害物質。該技術因具有的優勢，成為當前環境工程廢水處理中不可或缺的凈化技術之一。經此技術處理的廢水，不需要進行其他凈化處理就可以直接排放，其在廢水處理系統中能夠實現自動化運行，因而具有可操作性強且高效的特點。

3.2 超濾膜技術

對于超濾膜技術來說，較高的水體凈化效率是其主要技術優勢，此種膜技術從本質上改變了傳統的水處理模式。在實施水體凈化處理時，該技術搭配少量的化學藥劑，就可以實現水體凈化的目標，而且不會污染周邊環境。也正是因為該技術所具備的化學作用屬性，才使其能夠用于大面積的水體凈化處理，適用范圍較為廣泛。超濾膜能夠耐受高溫環境，能夠承受的最高溫度可以達到150 ℃左右[2]，所以在高溫環境中進行污水處理時，該技術可作為首選。在高溫環境中應用超濾膜技術處理污水，還可以借助高溫殺滅水中的細菌等，而且效果顯著。另外，與其他膜技術相比，超濾膜技術在膠體物質的清潔處理方面具有較為突出的技術優勢，應用該技術基本能夠將水體中的膠體有害物質完全清除干凈。超濾膜技術多用于飲用水凈化，鑒于其良好的消毒凈化作用，還可以用于清除水中的病菌藻類等。

3.3 微濾膜技術

膜技術中最早出現的技術就是微濾膜技術，該技術具有良好的可拓展屬性，在應用范圍方面最為廣泛。在實際開展水處理時，可以與其他類型的水處理工藝或者膜技術融合應用。在環境工程污水處理中，經常將微濾膜技術與混凝劑處理技術、超濾摸技術等多種技術混合應用。該技術也可以應用于飲用水的凈化處理中，應用該工藝可以將水中的細菌和固體污染物清除干凈，而且處理效果良好。但在實際應用過程中還需注意，在某些情況下應用此種膜技術處理廢水時，需要使用適量的混凝劑，以確保處理效果，而混凝劑的用量是需要重點控制的內容，需要結合實際情況科學控制混凝劑用量，避免用量過多使水體遭受二次污染。

3.4 液膜技術

該技術是一種相對來說較為傳統的膜技術，此種技術起源于美國，后被引入我國廣泛應用。該技術的適用領域主要集中在工業廢水、印染廢水等的處理上，在這些類型廢水的處理中，水體凈化效果明顯要超出其他種類的膜技術。該技術能夠全面清除水體中存在的硝基酚，這種成分在工業廢水以及有機廢水中含量較多，應用液膜技術處理后，凈化完成的廢水在短期內可以滿足國家制定的相應排放標準。但應用該技術實施廢水處理時需注意，處理前要先測定水體成分，如果檢測結果顯示硝基酚含量過高，要先應用液膜技術先進行初步處理，然后再應用其他類型的膜技術進行二次凈化處理，這也是現階段液膜技術應用于廢水處理中的主要形式[3]。

3.5 正滲透膜技術

該技術是借助汲取液和原料液之間產生的滲透壓差形成的動力，實現液體的自動分離，不需要借助外部驅動力就可以實現水處理，但是該技術的實際處理效果有待提升，雖然已經投入使用，但還具有較大的技術優化空間。應用正滲透膜技術進行水處理時，處理效果不佳，但是在垃圾滲濾液的凈化處理上優勢較為突出。垃圾滲濾液是有機廢水的一種，其中含有重金屬元素和各種有機物，應用其他膜技術處理垃圾滲濾液不容易達到理想的處理效果，而正滲透膜技術在凈化處理中應用CTA滲透膜以及氯化鈉汲取液，并將二者有效結合，可以在垃圾滲濾液的處理中發揮重要的凈化作用，高效地截留并且快速分離液體中的污染物質。此外，應用該技術實施垃圾滲透液的凈化處理還不會出現其他水處理技術應用過程中經常遇到的膜通量問題。

3.6 反滲透膜技術

反滲透膜技術在水處理領域中的應用已經逐漸成熟，在超純水的制作、海水的淡化處理以及醫療廢水的凈化過濾等領域應用較多。該技術的應用費用低，但是廢水過濾期間對其膜的性能有著較高的要求。為了提升該技術的應用效果，先后研制出多種高效的復合膜，所以膜的合理選擇也是該技術應用期間的關鍵控制要點。

3.7 滲析分離技術

該技術是借助膜兩側的濃度差實現吸附擴散和篩分處理，使液體中的小分子溶質通過對稱的微孔膜，實現交換處理，截留液體中的大分子。應用該技術能夠對大分子溶液進行處理，實現低分子組分的分離。

3.8 電滲析分離技術

應用此種膜分離技術進行廢水處理時，需要借助直流電作為其推動力，在實際應用時，是借助陰離子和陽離子的交換膜，對水中陰離子和陽離子產生選擇透過性，使水中的電離子可以通過膜轉移到另一水體中，進而實現溶液中電解質的有效分離，完成其所處理溶液的濃縮提純處理。

3.9 滲透汽化技術

滲透汽化技術是一種新型的膜分離處理技術，其適用于液體混合物的凈化分離處理。該工藝能耗低，但傳統的蒸餾萃取方法等難以完成分離工作，因而可借助該技術分離廢水中的有機污染物質。

3.10 動態膜技術

動態膜技術是通過動態膜實現對水體中污染物質的分離過濾處理，其分離系統主要由動態膜的分離層，以及動態膜的載體組成。動態膜的載體主要用于承載大孔徑材料，例如篩網、鋼絲網等。分離層主要是指依附在載體之上，能夠實現分離處理的濾餅層。通過水體中懸浮固體物的濃度，可以判斷出動態膜的實際分離處理效果。當前該技術在廢水處理領域尚處于試驗階段，還有很大的技術進步空間。

3.11 膜生物反應器技術

該技術是活性污泥和膜分離技術融合應用的技術產物，其在廢水處理中，還同時應用了膜組件以及生物反應器。將待處理的廢水送入生物反應器中，并與其產生反應。循環泵裝置能夠為水提供循環動力，令其流經膜組件后，實施凈化過濾后再排放出來。同時生物相回流，流入到生物反應器當中。其中，傳統處理技術中應用的二次沉淀池被膜組件所代替，因而應用優勢顯著[4]。該工藝中應用的膜生物反應器，可同步完成消毒過濾和生物處理作用，且經過處理后的水質較好。反應器中的高濃度微生物對于污水處理系統處理負荷的提升大有益處，同時此種生物處理過程便于精準控制。

4 環境工程廢水處理中膜技術的具體應用

4.1 在含油廢水處理中的應用

顧名思義，含油廢水主要指水中含有大量油污的廢水，這些廢水可能來自于石油生產、餐飲行業，或者是工業煉油生產過程等。排放的含油污水中可能含有分散油、浮油、溶解油等。對于此種類型的廢水實施凈化處理的時候，可應用超濾膜技術，該技術工藝具有良好的濕潤效果，且親和性良好。超濾膜的表面在分散乳狀油時，可以充分濕潤，使油的粒徑尺寸增加，進而形成聚集效應。滴液直徑遠大于超濾膜的孔徑，在壓差下會導致滴液變形，而且滴液在壓差作用下會產生摩擦力，破壞超濾膜表面活性劑，進而產生內相，與過濾膜孔壁充分接觸后就會附著在其上面，逐漸聚集形成粒徑較大的液滴。壓力還會作用于膜孔，在壓力作用下會將連續相擠入液膜中，破壞活性劑后與分散相分相，實現油水分離，可以大幅度提升浮化油的清除效率[5]。應用超濾膜技術處理含油廢水時，搭配應用膜生物反應器技術，還可以提升水體中的生物降解效率，優化水體中懸浮固體和高溶性污染物的凈化效果。

4.2 在食品廢水處理中的應用

乳品加工、制糖加工、釀造生產、肉類加工等生產過程中排放的廢水都屬于食品廢水，該行業排放的廢水中，含水量大，COD值相對較高，且廢水中含有高濃度的脂肪、糖類和蛋白質等物質。對此類廢水實施處理時，主要目標是對廢水中有價值的有機物質實施回用處理，盡量降低廢水的COD值。

上世紀九十年代，食品加工生產行業的廢水處理，就已經采用了膜技術[6]。例如，在黃姜廢水的處理中融合應用了納濾膜技術和微濾膜技術，并在廢水中成功提取出較高純度的葡萄糖溶液，通過實施進一步的生化處理，使黃姜廢水達到了排放標準。

4.3 在造紙廢水處理中的應用

在造紙行業生產過程中，會排放大量污水，此類廢水處理量大且凈化難度比較高。在造紙生產過程中，為了對造紙原料實施有效的漂白處理，需要應用大量化學物質來進行加工，因而所排放的造紙廢水中也都存在有害的化學物質，所以造紙工業廢水的凈化處理也是環境工程廢水處理工作中關注的重點。在實際處理工作中，可應用超濾膜技術，有效過濾并凈化造紙廢水中懸浮的固體污染物和膠體污染物以及有機物[7]。應用超濾膜技術比傳統廢水凈化工藝效果更佳，處理過程中合理設置其超濾膜的孔徑，還能夠將造紙廢水中的木質素等物質進行過濾回收處理。完成木質素的回收處理之后，造紙黑液廢水可變為透明無色，顯著優化水體凈化效果，實現水資源的循環回用。在造紙廢水處理中應用膜技術，一方面可以實現其生產中排放的造紙污水的優化處理，同時還能夠最大程度地降低造紙生產的成本支出。

4.4 在重金屬廢水處理中的應用

有色金屬冶煉生產、礦山排水、電鍍生產中的鍍件洗滌、廢石廠的淋浸水都含有重金屬等物質。這些含有重金屬元素的廢水具有重大危害，其會對環境造成嚴重污染，而且不能應用生物降解方式實施處理，有毒期比較長，危害性非常大。對于此種類型的廢水實施凈化處理的時候如果只用傳統的中和沉淀工藝，處理后的廢水凈化度不能達標。所以需應用膜分離技術，對重金屬廢水實施濃縮處理，可將其中存在的有價值的重金屬物質提取出來，同時剩余的滲透液凈化度也能夠達到直接排放以及回收利用的標準，一舉兩得[8]。

4.5 在海水淡化處理中的應用

現階段，生態環境遭受的破壞較為嚴重，淡水資源越發珍貴。為了提升水資源的利用率，實現可持續發展，海水資源的淡化利用及處理被業內高度重視。在這一方面，應用超濾膜技術，有著突出的物化性能以及良好的分離效果。在對海水實施淡化處理的過程中，可將超濾膜工藝與其他處理技術聯合應用，從而有效清除海水中存在的各類微生物及雜質等，并轉化生成更多的淡水[9]。與其他類型的海水淡化處理技術相比較，超濾膜技術在海水淡化處理中能夠節省更多的海水資源。在該技術應用的過程中，對于反滲透系統具有較高的可控性，可顯著延長滲透膜的使用年限，因而間接節省了海水淡化處理過程的成本。

4.6 在紡織廢水處理中的應用

在紡織工業生產過程中，會加入各類染料、漿料、活性劑、酸堿鹽等，其排放的廢水中成分組成非常復雜，其中含有棉、毛、油脂、纖維素以及鹽類等。廢水中存在的各類污染物性質不穩定，存在較大的危害性。當前，國內現存部分的紡織企業，對其生產中排放的污水實施凈化處理時，已經開始應用膜分離技術。例如，慈溪寧波神鷹針織工貿有限公司，在企業排放廢水的凈化處理過程中應用了膜分離技術，很好地解決了企業染印生產中的污水回用和凈化處理期間出現的難題；中國兵器科學研究院的技術人員，對反滲透膜技術和納濾膜技術進行了融合應用，研發出了新的廢水處理工藝。在相應壓力的作用下，水中99.5%以上的鈉離子都不能從滲透膜中通過，粒子直徑大于鈉離子的粒子也不能從滲透膜的篩孔中通過。此時，只有較為純凈的水可以通過篩孔[10]。經過凈化處理后的水硬度顯著降低，因而能夠實現循環利用。此種反滲透技術應用于紡織印染的廢水處理中，可以有效回收印染原料，使生產成本顯著降低，與此同時，能夠實現印染廢水的凈化排放，去除有害物質，因而環境效益良好。應用膜分離技術，在提升水質的同時，還節省了生產中自來水的用量。

5 結語

綜上所述，環境工程中廢水處理技術的研發是技術人員的工作中心，直接關系到國內水環境的好壞。為了能夠有效提升我國水環境治理水平，改善水環境，相關工作人員就要應用高效且適用性強的水處理技術，在此種情況下，膜技術的應用受到了業內的充分重視，其在生活污水以及工業廢水等廢水凈化處理中做出了突出貢獻，應用效果顯著。在未來該技術還將不斷完善，在環境工程水處理中發揮更重要的作用。