超滤技术与设备在水处理领域的研究进展

摘 要：当前水污染问题越来越严重，尤其是城市发展过程中产生的生活污水、工业废水等都对人们的用水安全造成了严重威胁，为了解决这一问题，近年我国除了不断加强水污染治理外还研究了很多提升用水安全的技术，超滤技术就是在这样的背景下产生的一种的净水技术，并且已经获得了非常广泛的应用。为了让更多人认识这种技术，并促进这种技术的进一步推广应用，本文对超滤技术与设备在水处理领域研究进展展开了分析。

关键词：超滤技术;超滤设备;水处理

超滤技术是一种膜分离技术，以静压差推动力为基础，结合多膜孔的拦截功能过滤液体中的小溶质粒子，从而将大粒子阻拦在膜的另一侧。这种技术在处理工业废水、生活用水、食品发酵等领域有着非常广泛的应用，尤其在当前水污染问题越来越严重环境下，超滤技术是保证用水安全非常的有效的一种技术手段。

一、水污染现状

水污染问题近年呈现出了越来越严重的趋势，尤其是在一些工业城市，水污染问题更为严重，当前可在水中可发现的污染物质种类已经超过了2000种，而且其中大部分都具有致癌、畸形、毒性等严重危害。我国对水污染的治理非常重视，并且一直在研究高效率的污水处理技术，例如向水中加氯就是我国很多地区一直在使用的水处理技术，但是这种技术无法彻底清除水中有害物质，而且还有可能和某些物质发生反应产生危害性更高的物质。2007年，国家颁布了新的《生活饮用水卫生标准》（以下简称《标准》），其中严格规定了生活用水的卫生标准，提出了高达106项的用水指标，在这样背景下，传统的水处理手段已经逐渐不能满足《标准》的要求。超滤技术的应用令我国水处理水平有了质的飞跃，这种技术具备了从纳米级别过滤水中颗粒的能力，这是传统水处理技术所无法比拟的，同时对悬浮物、藻类、大分子有机物等都有非常不错去除效果，因此获得了非常广泛的应用[1]。

二、超滤技术与设备概述

超滤介于微滤和纳滤之间，是一种膜过滤的技术手段，可以通过净化、分离、浓缩等手段去除水中的有害物质，从而达到净水的目的。这种技术的作用原理是筛分作用，可将颗粒截留在膜的一侧，也就是说当水流过膜时只能通过水和一些矿物质与无机盐，悬浮物、细菌和蛋白质等都无法通过。超滤技术已有近50年的历史，最初诞生于美国的亚米康公司，使用的是不对称膜，可隔离物的直径在0.005微米到10微米之间，膜的透水率在0.5m3/（m2·d）到5.0m3/（m2·d）之間。膜的表层厚度通常都在0.1微米到1微米之间，在浓差极化为零的条件下可忽略溶液渗透压，所需的过滤压差在0.1MPa到0.5MPa之间。超滤技术所使用的膜共有两类，分别为有机超滤膜和无机超滤膜，当前有机超滤膜在超滤技术中是主要应用的超滤膜类型，材料种类有醋酸纤维、聚丙烯腈、聚砜、聚醚砜、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等，其中应用较频繁的材料有醋酸纤维、聚砜、聚醚砜等，无机超滤膜的材料种类有陶瓷、氧化铝、多孔玻璃等。

相较于传统过滤技术，超滤技术具有以下几方面的优势：第一，超滤技术的筛分孔径更小，在处理效率上有着非常优秀的表现，而且细菌、病毒、胶体微粒、蛋白质、大分子有机物等基本都可以被截留。第二，超滤技术在处理过程中只需要消耗很少的能量，因为这种技术只需要低压作推力即可进行应用，而且操作过程非常简单，可节省很多水处理成本。第三，超滤技术没有相际间变化的限制，常温也可完成应用。第四，超滤技术有着更广的应用范围，通过对不同超滤膜的应用可实现对不同分子量溶液的过滤。第五，超滤技术的应用通过超滤设备实现，超滤设备根据需要可大可小、结构形式多种多样很容易实现，而且设备的结构复杂性低，不仅操作简单，后期的检修和维护也很方便。

三、超滤技术与设备在水处理领域的研究进展

超滤技术良好的水处理效果推动着科研人员一直在对其进行研究，在不断研究过程中令这项技术获得了非常好的改良，处理效果因此得到了非常明显的提升。当前针对超滤技术的研究大多集中在膜表面改性上，比如永久性改性、动态改性和随溶液条件改性等，其中针对永久改性和动态改性的研究比较多。

永久改性的方式共有两种，其一是将亲水性单体以辐照或者化学接枝手段接在疏水聚合物骨架上，其二是混用疏水聚合物和亲水聚合物。国外科研人员就将亲水性更加优秀的氯磺酸基团以化学接枝的方式引入到了聚醚砜材料中，从而明显提升了聚醚砜膜的亲水性。

动态改性应用的是聚合物改性和LB膜改性，其中聚合物改性依靠的是吸附剂、小分子表面的活性剂，可在膜表面形成一层的改性层，如不需要这种改性可洗掉之后进行其他操作[2]。LB膜依靠的是气液界面的两亲性单分子层，该分子层可以向超滤膜逐渐转移，然后形成新的分子组合体系。可以利用符合层数来控制这种的改性方式，可以获得几近完美的大面积单分子膜，从而更好的吻合超滤膜皮层的要求，因此当前LB膜改性的应用非常的普遍。

随着超滤技术的成熟，超滤设备的开发应用也日趋成熟：在给水净化领域超滤设备以中空纤维超滤膜为主，小型如家用净水器，大型如每天几十万吨的高集成度的超滤成套设备，充分发挥了中空纤维超滤膜通量大、占地小、集成度高的特点;在污水处理领域，超滤设备的开发应用更丰富、更广泛，除了过滤澄清简单功能的超滤设备设计成分置式和浸没式两种使用方式外，与污水生化过程结合而成的MBR技术与设备更是将膜技术的应用发展到了一个新高度。

四、结语

综上所述，为了更好地对污水进行处理，加强对超滤技术和超滤设备的开发应用非常必要。本文对水污染现状和超滤技术做了简单介绍，并阐述了当前超滤技术的研究进展，最后分析了超滤技术和设备在水处理领域的应用，希望本次分析对超滤技术在我国水处理中的推广应用具有一定促进作用。

参考文献：

[1]周清卿.超滤膜技术在水处理领域中的应用及发展[J].中国新技术新产品，2019，05（11）：56-58.

[2]吴锦平.超滤膜技术在环境工程水处理中的应用研究[J].建筑与装饰，2019，16（9）：150.

[3]蔡琪芳，王露.超滤膜技术在环境工程水处理中的应用[J].中国资源综合利用，2018，21（10）：13-15.

[4]曾晓茜.超滤膜技术在环境工程水处理中的应用[J].资源节约与环保，2018（11）：113.

[5]叶景瑜.全膜法水处理工艺技术在环境保护中的应用[J].资源节约与环保，2018（10）：92.

作者简介：李祥得（1965-），男，汉族，湖北汉川人，本科，高级工程师，研究方向：微/超滤膜成套设备开发与应用。