水处理过程中超滤膜技术的研究

马志军

摘  要：当前，我国水污染问题严重，如何做好水处理工作显得尤为重要。随着新技术、新工艺、新材料不断涌入水污染控制领域，超滤膜技术以其出水水质好、过滤面积大、安装操作便捷等优势得到了广泛应用与推广。为此，该文在充分掌握超滤膜技术原理的基础上，以水质富营养化情况为研究对象，对超滤膜处理含藻水的实际应用进行了分析与探讨，以期全面提升水处理效果。

关键词：水处理;富营养化;超滤膜技术

中图分类号：TM561        文献标志码：A

0 引言

作为一种稀缺的自然资源，水是力量之源，是维持社会发展、人类生存的必备物质条件。对人体生理代谢与健康状况而言，水是主要物质基础，饮用水水质是否良好，与人们的身体健康息息相关。随着社会经济的快速发展，工农业生产迅速增长，用水量也随之不断增长，废污水排放量越来越多，导致大量湖泊、河流等都受到了严重污染，促使我国水资源愈加紧缺。21世纪以来，水资源短缺已成为制约社会经济可持续发展的关键因素。水体污染必定会对人体健康产生危害，甚至危及生命，据相关资料显示，饮用水污染产生的疾病已成为发展中国家的主要疾病根源，常见病包括肠道传染病、化学性污染物中毒、慢性中毒、癌症等。基于此，为保证人体健康，必须重视水处理工作。超滤膜技术是一种新型的固液分离单元操作技术，可将水内浊度、臭味、色度等有效去除。相比其他处理技术，超滤膜技术能够更好地适应不同水质，去污范围更大，且极易操作，目前在我国水处理工作中得到了广泛应用。

1 超滤膜技术原理

我国地大物博，水资源分布不均，目前，16个省（区、市）人均水资源量在严重缺水线范围以下，水资源紧缺现象仍较为严重。与此同时，还存在普遍的地表水资源污染问题，常规给水处理工艺已无法满足现代饮用水水质标准要求，如何做好水处理工作显得尤为重要。

当前，膜处理技术是应用最广的水处理方法，超滤是膜处理技术之一，其驱动力为膜两侧压力差，过滤介质为超滤膜，在一定压力作用下，当膜表面有原液流过时，仅有小分子物质可从超滤膜表面密密麻麻的细小微孔内通过，且被称为透过液;原液内比膜表面微孔径大的物质，则会在膜进液侧被截留，被称为浓缩液，从而实现水质净化效果。膜的厚度极小，仅为几微米，在动态条件下，超滤膜可将大部分杂物有效截留，象细菌、大分子化合物等，可将水体内有害物质去除，已成为当前水净化处理的重要技术。

2 水富营养化的原因

20世纪80年代，“富营养化”这一专业术语在水处理工作中得以广泛使用，富营养化是指在湖泊、河口等缓流水体内大量流入生物所需营养物质，如氮、磷、钾等，从而导致藻类、浮游生物繁殖速度加快、数量剧增，降低水体溶氧量，导致鱼类等生物死亡率迅速增加。

某水库从“贫养-中养-富养”历时多年，现阶段，该水库仍是城市用水的主要来源，但富营养化问题较为突出。其特征表现为藻类大量繁殖，特别是夏季更甚。藻类繁殖量大将带来诸多危害，笔者以4点概述。

（1）富营养化对水pH值影响较大，清澈的河水变得浑浊，加大水处理难度。

（2）水味道改变，甚至产生恶臭气味，影响周边生活人群身体健康。

（3）水处理消毒、混凝效果有限，污泥量增多，将会严重腐蚀管道，减短管道使用寿命。

（4）藻类繁殖量大，将会产生大量藻类毒素、三卤甲烷等，饮用水是否安全成为问题。

为制约水内藻类繁殖，减轻或消除水富营养化，必须根据实际情况，合理选择处理措施。随着水污染问题严重化，我国各大湖泊、水库富营养化加剧。水体富营养化，将会对水域生态环境造成严重破坏，还会影响水质各项指标值，尤其是大量藻类繁殖，将對饮用水水质造成严重影响。现阶段，我国大多数水厂选用的常规净水工艺为“混凝—沉淀—过滤—氯消毒”。为提高水源内藻细胞净化性能，一般都会增加混凝剂、氯等材料的用量，这种情况下，将大幅增加生产成本，且会影响去除藻类的能力，甚至会出现二次污染问题，无法保证供水质量。基于此，根据水厂实际情况，结合水库藻类发生特点，决定选择超滤膜处理技术，这种技术效率高、节能环保、且便于操作，因此，对超滤膜处理含藻水进行研究具有重要的现实意义。

3 超滤膜处理含藻水的应用

超滤膜技术是一种应用效果良好的水处理方法，目前，在我国各大湖泊、水库水污染治理中得到了广泛应用。针对本水库富营养化问题，尤其是藻水泛滥情况，超滤膜处理技术具有不错的效果。为此，该文针对水库富营养化中藻水问题，选用超滤膜进行处理，通过分析可见，在去除藻细胞、藻的胞外分泌物方面效果显著，同时，通过膜清洗，可避免膜污染问题出现，增强去除效果。

3.1 去除藻细胞的效果

根据当前研究现状表明，淡水藻类中，可分为蓝藻门、红藻门等11门，见表1。藻类不同，个体细胞大小、形态也不尽相同。以该水库来讲，蓝藻最多，尤其是铜绿微囊藻，作为一种单细胞生物，此藻类为丝状、非丝状群体，个体细胞呈现形态多为球形、丝状，且为蓝绿色，Φ3 μm～7 μm。

在微滤与纳滤之间的一种膜被称为超滤，3 nm～100 nm为孔径平均范围，与铜绿微囊藻直径相比，该滤膜孔径较低。由理论上来看，藻细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

在处理含藻水时，不仅要去除藻细胞，在藻类产生过程中，各个阶段都会将不同类型的有机物质释放至周边环境，这种物质被叫做藻的胞外分泌物。以铜绿微囊藻为研究对象，碳水化合物、蛋白质、核酸等均属于藻的胞外分泌物。据研究发现，特殊条件除外，碳水化合物类物质在藻细胞的胞外分泌物比例高达80%以上。藻毒素作为藻的胞外分泌物之一，藻毒素MC-LR的截留分子量仅在900～110，但于淡水蓝藻危害来讲，却是当前毒性最大的毒素。据《生活饮用水卫生标准》要求可知，在我国藻毒素MC-LR最高浓度需控制在每升1.0 μg。

因作用机理不同，针对此类溶解性有机物，超滤膜均可去除。相较之下，分子量较大的藻的胞外分泌物为碳水化合物，可利用超滤膜截留功能去除。分子量分布最广的藻的胞外分泌物为蛋白质，针对这种分泌物，需要采取结合法处理，在超滤膜截留处理后，可利用化合键将原水内少数蛋白质吸附至膜表面，以此获得良好的去除功效。针对分子较小的藻毒素，需与其浓度、亲疏水性等条件相结合，了解去除效果。经分析，在超滤膜前期，因疏水反应作用，根据吸附作用可实现藻毒素去除，待吸附平衡之后，在污染影响下，膜孔径逐步减小，利用截留作用，超滤膜可将部分藻毒素去除。整体来讲，在去除溶解性有机物中，超滤膜效果不太理想，较为一般。为此，在水富营养化处理中，选用超滤膜技术，必须结合混凝、预氧化等预处理技术，才能提升有机物去除效果。

经研究表明，在含藻水超滤膜预处理中，可选择高锰酸盐、氯化铝等，结合实际情况，两类投加量分别，见表2，通过上述两类工艺处理，能促使藻细胞活性消失，且不会破坏细胞壁，以此减少超滤膜跨膜压差，避免膜污染问题出现，此外还能增强去除效果。

4 超滤膜清洗

微粒、胶体离子及溶质分子等均属于富营养化水体内物质，在超滤膜处理中，此类物质与超滤膜会产生一系列物理、化学作用，在膜表面、膜孔内均会有大量物质被吸附或沉淀，在这种情况下，极易堵塞膜孔，或出现孔径缩小等情况，甚至产生膜污染。此时，将大大减少超滤膜通量，改变膜分离特性，或影响膜使用寿命。目前，在超滤膜含藻水处理中，膜污染问题已成为急需解决的问题。一般情况下，可选择定期反洗、低通量运行等方法控制膜污染。但针对其中不可逆的污染，仍需采取化学清洗法进行处理。据研究表明，在恢复膜通量中，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氧化性较强，可使污染物连接膜之间的化学键断裂，以此获取良好清洗效果。

5 結语

综上所述，水是生态、环境与社会发展的重要构成因素。我国拥有960万km2，地域辽阔，然而却面临着水资源严重短缺的局面，水资源不足将对人们的生产、生活用水带来极大的影响，甚至危害国民经济的健康发展，促使生态环境日益恶化。随着社会的不断进步，人们已经充分意识到水资源的重要性，提出了可持续发展观，强调人与自然和谐相处、共同发展。在水资源短缺的背景下，如何做好水处理工作，如何充分发挥水资源的应用价值，成了人们关注的焦点。超滤膜技术作为水处理的主要方式，通过超滤膜技术的合理应用，可解决水富营养化问题，去除藻细胞及藻的胞外分泌物效果，保证饮用水安全。

参考文献

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