试分析全膜法水处理工艺技术在环境保护中的应用

李 静，姜娜

（山东省聊城生态环境监测中心，山东 聊城 252000）

近年来，经济的快速发展使人们的生活质量有了很大提高，但是随之而来的环境问题却给社会发展和人类健康带来了极大的威胁。其中水污染对人们的生活造成了很大影响。为了改善环境，防止环境进一步恶化，人们必须重视环境，解决各种污染问题[1]。水作为人类的生命之源，它的污染不仅给环境带来极大危害，同时对人类和动物的生命也造成极大威胁，对改善水质、保护水资源也有很大影响。

1 传统水处理工艺分析

在水处理过程中，按照水的用途和来源不同可以将其分为地下水、地表水和污水三种类型，其中地下水的受污染程度较低，被污染几率也较小，水质中含有的有机污染物和微生物等杂质也较少。因此，可以认为地下水是较为干净的水源，但是由于地下水的硬度较高，因此需要进行二次处理。地表水的污染程度和浊度也较小，但是由于其性质存在特殊性，因此在水体中存在很多有机物、藻类和微生物。另外，在不同时期，如水位的涨落时期，水质会被城市废水或者工业废水侵蚀和污染，进而对整体水环境造成污染。因此，要想对水污染进行治理，就要重点关注工业和城市的污水处理问题。现阶段人们对污水的定义很明确，即水质受污染程度和浊度都比较高，水体当中还含有较多的悬浮物、胶体、微生物和矿物质。为了实现全面的环境保护，必须对含有以上物质的水资源进行处理。传统水处理方法主要是采用活性炭对废水中的杂质进行吸附处理，然后通过活性炭的过滤作用将水中的大分子物质和胶体进行滤除[2]。不过，采用这一方法，并不能很好地对有机杂质和微生物进行处理，尤其是对于工业废水来说，只能去除部分小分子，而要想实现杂质的全面去除，就需要采用更先进的处理方法。

2 全膜法水处理工艺的技术优势

2.1 建设费用下降

全膜法的占地面积较小，大约是臭氧活性炭水处理工艺的33～50%，因此，它的建设成本相对较低。另外，在现场设施的安装中，安装数量也较少，因而前期投入资金也较少。此外，由于全膜法不用进行酸碱再生，因此工艺流程较为简单，能够很好地满足环保要求。

2.2 性能全面提升

相较于传统的水处理工艺，全膜法自动化程度较高，其自身具备的高低压保护装置能够使系统安全性得到很大提升，系统中核心设备的故障率较低，能够实现系统的连续运行，并极大地降低了维护成本，提高了使用效率。另外，在系统运行中，水的回收率也很高，经过EDI的处理，所有水都能够进行回收利用，且水质的稳定性更佳。

2.3 调试简单

在全膜法水处理过程中，不需要太多的前提条件，当出水的密度＜5.0时，就能对设备进行调试。并且，从调试开始到调试结束，所用的时间也比其他方法短，所使用的酸碱量也少，能够符合环保要求。

3 全膜法水处理工艺技术

3.1 反渗透技术

反渗透方法是一种膜分离技术，它所涉及的设备有三种，即反渗透装置、过滤装置和高压泵装置。在整个工艺过程中，反渗透装置的应用更为广泛，因为它的作用更强大，能够对水质中的溶解盐等其他分子进行过滤，进而达到水质清洁和脱盐的目的。反渗透技术是一种较为先进的水处理方法，它是由特殊材料加工而成的半透明薄膜，它的使用特点是只允许水分子通过。薄膜分为醋酸纤维素反渗透膜和反渗透复合膜，这两种膜的脱盐率都能达到98%左右，并且对矿物质、微生物、水溶性有机物等都有较强的阻隔作用，从而有效去除水体中的盐类、胶体、细菌和大分子。在环保工程中使用反渗透技术时，可以通过变压器对加压进行控制，降低高压冲击对反渗透膜的影响。在全膜法中，反渗透技术是其中的重要组成部分，它能够有效地对膜进行保护。在工业废水处理中使用反渗透技术，需要添加阻垢剂，阻隔镁、钙等离子，使其形成固体污染物，便于后期的反渗透。另外，在反渗透工艺中，为了有效控制颗粒杂质，需要改变分子量，完善有机质，降低树脂的使用周期，以此来降低酸碱的消耗。

3.2 EDI技术

EDI技术又称为“填充床电渗析技术”和“电混床技术”，是一种高新技术，它的应用原理是将离子交换技术和电渗析技术相结合，省去了酸碱参与环节和酸碱对树脂的再生作用环节，进而达到提取纯水的一种先进技术。具体而言，EDI技术就是一种电结合离子交换树脂形成填充床，然后生产高纯水的技术。在全膜法水处理中，该技术的作用显著，是水质提纯的最后一个关键环节，具有可再生、可持续生产、空间小、操作方便、水质稳定、价格低廉等特点，而且，通过EDI提纯，会大幅降低废水和化学污染的出现几率，从而实现环境保护，避免水资源的二次处理。

EDI技术的应用原理就是将具有膜极化改善功能的树脂填充到膜堆，然后在电极的作用下，使膜堆产生电位差，然后通过离子交换膜的吸附作用吸附和去除水中的盐离子[3]。在具体操作中，将直流电连接到模堆两侧的电极上，然后通电，直到出现电位差，促使水中的阳离子物质向阴极的阳离子交换膜进行移动，当阴阳物质聚集到一起后，再利用树脂防止其出现极化，并调整电阻率，将其再次分解，进行电离再生，形成H+和OH-，然后反复执行该步骤，直到产生高纯水。

3.3 超滤技术

膜法污水处理中还有一种常见工艺就是超滤技术，它是以污染物的物理性质为基础的处理方法。在外界压力影响下，可以对污染物进行分离和排除，对外部环境没有过多的要求，水体中的污染物在常温或者低压条件下就能实现分离，所需要的设备体积小、结构简单、操作简单。在超滤工艺中，超滤膜全部采用高分子材料，运行中不会发生质量变化，不会放过任何杂质，能够极大地提高水质清洁度。可以说，超滤法是目前工业废水处理中常用的一种处理方法，处理效率很高。

4 全膜法水处理工艺技术的应用特色

从分析传统水处理和全膜水处理技术来看，在全膜法水处理中，膜分离技术具有很多的应用优势，如浸出速度快、操作简单、自动化程度高、化学物质去除率高、占地面积小、处理成本低、可靠性高、能够有效控制水污染等[4]。在全膜法水处理工艺中，最重要的就是膜的制备。膜是水质处理的关键环节，在反渗透中，它是由特殊材料制成的能够提高水质渗透性的高性能膜，能够对悬浮物和聚合物进行过滤，降低水污染程度；反渗透是一种利用特殊膜提高水质渗透率的操作，通过稳定和耐热的膜除去胶体、颗粒、有机物、微生物等污染物，它只允许水分子渗透的特点能够极大地提高水质的纯度。同时还能够降低水质浑浊度，控制水的流动性，回收大部分水，且安全性高，水质清洁度高；EDI技术是在原有的膜处理技术上产生的，它是全膜水处理技术的又一创新。它结合了离子交换技术和电渗析技术，能够很好地提高水质，降低水污染，同时它还能提高脱盐效率，这是传统的电渗析水处理方法无法达到的水平。另外，它还能促进离子交换，不会产生酸碱再生问题，大大降低酸碱不平衡对水体的破坏，并在通电和脱盐过程中，树脂可以重复再生，从而得到干净的水。

整体而言，膜水处理技术是通过超滤膜、反渗透膜、EDI技术运行的水处理工艺，全膜技术的优点：一是占地面积小，节省人力，操作人员少，各种设备费用低；二是全膜技术具有自动运行、系统运行具有高压、低压保护装置，因而提高了运行的安全性，显著地减少了操作和人员的使用；三是全膜技术具有操作简便、省时等优点，因为工作流程是从预处理开始的，每一步都有相应的任务，不需要复杂的操作，也能够保证水质的安全稳定。

5 全膜法水处理工艺技术在环境保护中的应用

在工业水污染方面，改善水质和保护环境的要求日益提高，以往的水处理方法已经无法满足污水处理的要求，而全膜法水处理技术的应用突破了以往的水处理方式[5]。现在，很多公司已经使用了这种技术，如电子制造产业、化学品生产企业、制造行业等，为了满足环保标准，他们大都采用了全膜法水处理技术。结果表明，在25 ℃下水中电阻率均可稳定大于18 MΩ。与此同时，在超滤、反渗透、EDI技术、超纯水提取等工艺的应用中，额外加入了灭菌剂，实验证明，加入灭菌剂能够更好地达到杀灭细菌的目的，从而能够有效防止断丝问题或者膜污染问题的出现。水里有各种各样的杂质，反渗透工艺能在一定程度上阻止杂质，由于反渗技术是以反渗透膜为核心，其材料具有一定的特殊性，是以反渗透复合膜和醋酸纤维素为主。除细腻的作用外，它还具有超熔作用，能穿透渗透分子，降低污染程度。在利用反渗透技术时，可以通过变压器控制压力，避免高压对反渗透膜的影响。在整个膜工艺过程中，反渗透工艺是有效保护膜的重要组成部分，在用反渗透法处理工业废水时，必须要加入阻垢剂，防止镁、钙离子形成反渗透污垢。另外，反渗透工艺工艺可以改变分子量，提高有机物的含量，减少脱盐系统中树脂的频繁使用，从而降低废水中的酸碱消耗，有效控制微粒污染。

由于膜处理技术应用领域的特殊性，因此对于薄膜制作材料的选择也比较特殊，包括醋酸纤维素和反渗透复合膜制成的反渗透膜，成色好，熔融能力强，能够使水分子进行有效渗透，从而降低水体中的杂质污染。该技术在高压泵的作用下，有效地防止了简单高压泵的直接影响，使其对矿物质、微生物等杂质有较高的处理效果。反渗透是膜法污水处理过程中的核心环节，对膜的保护至关重要，其作用是阻止镁、钙等水溶性物质，促进它们与灰尘的结合，促进反渗透作用。同时，部分公司还在全膜反渗透方面采用了双极性反渗透，进一步提高了水质纯度，提高了环保工作的效率。双极型反渗透低压复合膜的使用寿命一般都超过五年，利用率可达97%以上，该膜具有较强的防污染效应，且脱盐效果非常好。

EDI技术采用电极和离子交换技术可使树脂再生，并可多次电解去除水中的杂质，从而提高水质的纯度。与此同时，为了进一步改善水质并保证其安全，该公司还增加了抛光床的步骤，以去除水质中极低浓度的离子，进一步改进了 EDI技术用于生产高纯水的功能。使用不能再生的抛光板，可每年定期更换，它的目的是加强树脂的释放，以满足清洗树脂和进一步提高水质所不能满足的要求。传统的过滤与净化方法是先净化，再用砂滤过滤大的悬浮物，再用交换技术除去水中的盐。实施该工艺既是二次酸碱再生，又是出水再脱除，而且工艺复杂，影响水的处理效率，不仅会污染环境，而且水处理的稳定性较差。

6 全膜法水处理工艺的优化措施

为了保证全膜法污水处理工艺的应用效果，应注意以下几个方面。

6.1 把控技术要点

6.1.1 温度

一般而言，随着水温的不断升高，反渗透产水量也会逐渐增加，脱盐率就会继续下降，原水中离子的扩散速率也会随温度的逐渐升高（容易进入反渗透）使水中离子含量增加，且脱盐速度下降。所以，在应用完整的膜水处理程序时，应充分考虑温度对反渗透废水处理的影响，保证水温在22 ℃左右。在低温条件下，反渗透产水率下降，因此，废水处理必须进行水温控制。

6.1.2 pH值

水体的pH值会影响脱盐效果。正常情况下，如果pH值在6.5左右，脱盐率最高，当pH值下降时，脱盐率会下降。因此，要控制废水的pH值，提高脱盐效率。

6.1.3 离子浓度

一般情况下，反渗透膜两面的离子浓度差异与其盐的还原率成正比，即浓度差越大，盐还原率越高，脱盐率就越低。在反渗透装置中，受操作压力的影响，水流量将继续增加，可加快膜表面水的流速，并减小两侧的浓度差，提高脱盐率。

6.2 完善全膜水处理方法

在污水处理过程中，要充分认识全膜水处理方法的原理，熟悉污水处理厂的组成，重视相关的规范及问题，分析、检测数据参数，确保废水处理达到相应要求。另外，还应参观同类企业，学习污水处理方面的经验，并结合实际，不断完善和优化全膜水处理方法。

6.3 完善规章制度

在采用全膜水处理工艺时，应加强管理，建立完善的管理体系，以确保全膜水处理工艺的应用效果。应用全膜法污水工艺，应细化细节，建立规范制度，使员工自觉遵守相关规范[6]。与此同时，应建立监测系统，对各个子系统进行定期监控，验证操作人员的标准化操作，确保参数处于合适范围。同时，要经常对设备进行维护保养，以免设备损坏影响废水处理的整体效果，并要填好维修日志，及时发现可能出现的问题。

6.4 培养技术人员

在膜水处理过程中，要注重技术人员能力的培养，不断提高其技术水平。因此，要制定人才培养方案，针对技术队伍现状，采用导师制、新旧结合等方法，帮助新员工尽快熟悉工作流程。同时还要加强对老员工的培训，聘请经验丰富的专家骨干对技术人员进行专门的培训，特别是要加强对膜处理原理、操作方法和错误检测等方面的培训，以不断提高相关人员的专业技术水平，确保废水处理的有效性，从而达到保护环境的目的。

7 结论

我国的污水处理工艺和污水回用技术在科学技术的推动下取得了良好的进展，并在具体应用中取得了良好的效果。但是由于在基础设施、设备成本方面的投入不足，导致我国在污水处理回用方面还存在很大的缺陷。基于此，相关部门应该加大力度，从根本上推动我国污水处理回用工作的全面展开，为提高水资源利用率、减少资源浪费奠定良好的基础。