环境工程水处理中超滤膜技术的应用

罗韬(龙岩市长汀生态环境保护综合执法大队，福建 龙岩 366300)

0 引言

水资源在社会经济的发展中具有重要的支撑作用，工业的迅猛发展不可避免的产生了大量工业废水，需要使用水处理技术才能恢复生态水环境的健康状态。环境工程各种污水处理工艺也不停的推陈出新，其中超滤膜工艺的使用有了长足的进步，在各类工业废水处理中得到广泛的应用。

1 超滤膜技术(UF)简介

1.1 UF技术的基本原理

UF技术是运用压力把溶液中的溶剂和一些分子量低的溶质从超滤膜的很小孔隙透到膜的另一边，实现分子量较高的溶质以及胶束团被膜截住，从而实现有关物质被截留的情况[1]。UF技术的截留机理是筛分作用，同时超滤膜的表面含有一定的化学性质，在这个作用下静电作用可以过滤和截留有关物质。膜透过溶液实行浓缩、过滤以及分离的相关技术，膜的左右产生压力差，溶液内较小的分子量的溶质可以经过溶剂穿过超滤膜中较小的孔，分子较大的溶质、病毒、杂质、藻类等物质在膜的另一半。根据有关研究表明，超滤膜的技术截留的分子量为500～500 000，超滤膜中通过的孔径范围通常是0.002～0.100 μm，一般情况下静压差范围是0.1～0.5 MPa[2]，分离的物质直径在0.005～10.000 μm之间。UF技术总体来说有较好的处理效果，环保有关工程中运用此技术，可以明显降低水处理中化学药品的使用值。

1.2 UF技术的特点

UF技术和其他技术相比，具有明显的优势：超滤膜过滤杂质的效率非常高，显著高于传统处理方法；使用少量甚至不使用化学试剂，有效防止处理过程二次污染的产生；UF技术的过滤系统自动化程度高，运行方法简单易操作，只有开和关两种模式；化学比较稳定，耐酸性、耐腐蚀性、耐水解等有关性能都比较好，耐热可以达到140℃的高温，可以使用非常高的蒸汽以及环氧乙烷实现全面的杀菌，对pH的要求不高，强酸、强碱以及有关的有机溶剂条件中充分使用；最后发现有较高的过滤精度，可以将溶液中99%的细菌、胶体、悬浮物等杂质实现去除；与常规水处理系统费用相当，生活污水使用超滤的处理方法后，水质可以满足回用的指标[3]。

UF技术也一直面临着反冲洗水量比较大以及膜污染问题，这也是各种工艺不断优化升级着力解决的一大方向。超滤膜在运用时性能时间在推移过程中膜的穿透能力呈下降趋势，溶质的阻止程度也在处于上升阶段，这跟膜质量好坏以及附着的污垢有一定的关系。膜很容易由于污染物的堆积而堵塞，膜的使用寿命比较短。需要提前做好料液的准备工作，或者是对超滤膜进行清洗，提高使用寿命。超滤膜在使用过程中需要注重截留率，需要掌握各个膜的技术标准以及适用情况，考察处理效果能否满足生产需要。

1.3 UF技术工艺流程

超滤的装置处于密闭的环境中，其动力来源是压缩空气，推动容器中的活塞来回运动，在容器的底部设置比较坚硬的超滤膜。低于膜板孔隙直径的小分子，在压力作用下穿透膜板，大分子固定在膜板上。开始阶段，溶质分子可以快速从溶剂中通过，超滤速度惊人。小分子不断排出，大分子在膜表面堆积，浓度变得越来越高，下面的浓度大，上面的浓度小，超滤的速度也会不断降低，形成浓度极化现象。为减少这个现象发生，需要提高流速，有下面几种超滤装置：(1)无需搅拌式的超滤设备比较单一，在密闭的装置中增加压力，让小分子向膜外挤压，无需搅拌的装置浓度变化比较明显，对于浓度较小的超滤比较适用；(2)搅拌式超滤是在原有超滤膜基础上增加电磁搅拌器，容器内增加一个磁棒。在装置运行时增加内部压力同时将磁力搅拌器打开，溶剂和小分子挤在膜外，大分子在滤膜的表面堆积，电磁搅拌器开动时会向溶液中分散，有利于超滤速度的保持；(3)中空纤维超滤的截留面积是固定的，中空纤维超滤是空心柱中含有很多的纤维毛细管，两端都是相通的，管的内径通常是0.2 mm，可以增加渗透面积，增加超滤效率。超滤系统一般流程如图1所示。

图1 超滤系统的一般流程

水泵对原水进行施压，将水导入膜分离器，通过超滤膜后在进入水箱中，然后进入调节池中[4]。在一段时间的运行之后，系统内的超滤膜会被污染，造成过滤效率下降，需要定期冲洗或者更换滤膜。使用产水箱内的水反向冲洗超滤膜，可以实现过滤能力的恢复，可以重新使用。同时还会使用化学强化的方式维护现有的供需对跨膜压力得到一定的缓解，减少化学清洗的频率，在一定时间段内，在膜分离器内加入一定量的化学药剂，常见的药剂有NaOH、HCl，膜在化学药剂中浸泡，增加系统的运行时间和运行效率，增加废水的处理量。

2 超滤膜水处理工艺的改善

超滤膜工艺的预处理工艺的混凝沉淀变成过滤SBR池的出水模式，可明显改善超滤膜系统进水时的压力，减少超滤膜两边的压强差值，从而保持超滤膜系统处于稳定状态。冬季的温度很低，膜的活性比较差。使用直接SBR池出水，可以稳定产水的SDI值，在1.5～2.5之间，可以很容易满足反渗透的有关要求，水质高于工业冷却水以及厕所用水的用水标准值。夏季的水温较高，使用柠檬酸定期清洗超滤膜可以改善膜的通过量，改善膜的过滤水平，减少铁等金属元素对膜的阻碍作用。使用柠檬酸和NaClO交替清洗超滤膜可以减少膜污染量，实现超滤膜进水压力处于稳定状况。适当增加水处理的实践，可以明显降低能耗，增加超滤膜系统水的回收水平。水压力呈现出增加的趋势，超滤膜系统单位能耗在不断增多，在具体的运行中，进水压力处于合理的控制范围。国产超滤膜和进口超滤膜相比较，国内外超滤膜产品的性能几乎一致，在具体运行中国外超滤膜的效果略高于国内超滤膜，运行成本可以进一步降低。

3 综合执法中UF工艺各行业运用实例

环境执法中经常会遇到使用超滤膜进行水处理的问题，通过对UF技术的指导，可以明显提高水处理的效率，以下是超滤膜主要的一些具体运用。工业废水的处理也可以使用UF技术，工业废水的处理难度通常比较高，含有很多毒性强、难以去除的有毒物质，这些物质都很难降解，需要处理技术具备很强的耐污染、耐酸、耐碱的性能。这些方面UF技术的表现很好，工业废水净化后可以实现水的回收再利用，防止对环境造成二次污染，节约水资源。

3.1 电镀废水处理

目前工业化水平不断上升，工厂的规模和数量也不断攀升，工业废水不处理就会严重破坏周边的水环境和土壤环境，与传统的工业废水相比较，电镀废水含有很多金属离子，比如锌、铜、镍、铬，有的还有酸碱类和氰化物类物质，需要进行多次处理后才能回用和排放。传统工艺中处理废水的方法有化学处理法和电解法等，处理后会产生二次污染的现象，投入的成本也比较高。使用UF技术可以将电镀中的杂质成功的吸附，截留杂质团，保障废水妥善处理和净化。净化的相关金属粒子可以实现浓缩再进行回收和二次利用，可明显控制成本，减少对环境的污染。陶瓷膜处理废水可以调节pH值，沉淀杂质中氢氧化物。

3.2 造纸工业污水处理

通常情况下，造纸工业产生的污水在工业污水处理中非常困难。造纸生产工艺中含有很多对人体有害的物质，没有有效的过滤净化技术，污水不经过排放直接排放到水体中对环境的危害非常严重。超滤膜可以及时将造纸产生的污水进行有效处理，可以妥善解决造纸工作中污水处理的难题。UF技术可以有效处理造纸工业中的木素、浆液等多种杂质。UF技术和传统的过滤方法有明显的区别，使用UF技术可以将污水中的木素进行回收和利用。污水中含有很多漂白粉等物质，超滤技术也会将漂白粉进行有效去除。运用UF技术进行造纸工艺的污水处理，优势比传统工艺更加明显，增加原料纸浆的回收率，减少造纸成本，可以实现增加环境工程的环保和经济效益的高度统一。

3.3 含油废水处理

含油废水的主要来源是居民的生活饮食。中国的餐饮行业习惯使用食用油，造成含油废水比其他国家要多很多。目前含油废水主要包含以下三种形式：含油量少，在污水表面含有浮油；水中含有混合散油；污水中含有油质乳化剂，这是油化更加的含有废水。通常情况下，前两种含油废水使用物理方法进行直接过滤，可以使用机械分离、沉淀、活性炭吸附等方式，这些方法都能很好的处理水中的含油物质，第三种含油乳化剂的废水需要使用非常复杂的处理工作才能达到较好的处理效果。可以使用UF技术进行处理，油废水可以得到很好的过滤效果。

4 结语

在环境执法过程中，发现UF技术在各行业运用以及后期的运维中面临诸多问题：(1)相关产废水企业单位环保运维相关负责人不够专业，不能及时根据水质处理情况，以及膜污染程度采取积极有效的措施。建议企业加大力度培养环保部门的技术能力，可招聘一些有经验的环保工程师，定期组织一些运维相关的培训，以提高员工对膜运行过程的特殊情况及时采取有效的应急措施；(2)部分企业存在非连续型作业情况，有的甚至为了降低运营成本，直接将膜系统停止运行，这在膜系统运行中是不可采取的，因为超滤系统的运行需保持稳定连续性，一旦长时间不使用处于停滞状态，会大大的降低膜寿命以及处理能力；(3)针对诸多企业存在的膜污染问题，企业应根据自身水质的情况采取有效的应对策略，增加前置预处理混凝沉淀环节，调节反冲洗的频率、周期、水量、以及化学反冲洗的加入，根据各阶段的水质情况不断优化工艺，在达到水质排放标准的前提下，尽量降低系统运营成本。