水处理中超滤膜技术的运用

成 娜

（辽宁早大华境环境科技有限公司,辽宁 沈阳 110136）

社会经济的迅速发展对生态环境造成的污染越来越严重。针对日益严重的水资源污染问题，环保部门应该积极探索超滤膜技术在污水处理中应用的策略，降低水污染问题对人体健康产生的影响，确保和谐社会建设目标的顺利实现。相关部门颁布实施的环保政策，对污水处理技术和工艺提出的要求也更加严格。同时，随着膜材料工业的迅速发展，为膜分离技术在污水处理行业中的应用提供了强有力的支持。由于膜分离技术具有其他污水处理技术无法比拟的优点，所以深入分析和研究膜分离技术在污水处理中的应用，对于我国污水处理行业的健康可持续发展有着极为重要的意义。

1 超滤膜技术概述

1.1 超滤膜技术原理

超滤膜技术是一种分离溶液、加强浓缩处理的技术手段。超滤膜技术的应用原理主要包括以下几方面：（1）超滤原理。超滤膜技术在实际应用过程中，主要是利用溶液中分离出的溶质形成可供其他物质顺利通过的薄膜，从而达到过滤液体中残留的各种杂质的目的。为了发挥超滤膜技术在污水处理中应用的优势，环保部门在应用超滤膜技术时，应该通过增加液体压力的方式，将液体中的各种物质推向超滤膜方向，提高液体中杂质过滤的效果。随着科学技术的不断发展和进步，超滤膜技术也得到了显著的提高[1]。（2）微透过原理。相关部门经过实验研究发现，分子量在超滤膜技术中的数量大概在500万左右。分子量在超滤膜技术中大概能够保住500万的数量，而它们的质量通常会在0.002 μm～0.100 μm之间。通过过滤膜的大多是细小无污染的物质，所以，相关部门在使用超滤膜技术开展污水处理工作时，应该充分发挥超滤膜技术具有的污水净化处理优势，清理水体中的颗粒物，以确保经过净化处理的污水水质能够达到预期目标。此外，采用超滤膜技术过滤水中含有的有毒有害物质，能够促进饮用水安全的有效提升[2]。因此，环保部门已经将超滤膜技术视为污水处理中最重要的处理技术。

1.2 超滤膜技术的特点

超滤膜技术是一种实用性突出的污水处理技术，该技术经过长期的发展，已经被广泛应用于污水处理行业中。由于超滤膜技术具有的物理特性不仅有助于环境保护工作的高效开展，而且减少了污水处理中化学药剂的使用量，避免了水资源二次污染问题的发生，促进了水资源净化处理质量的有效提升。超滤膜技术与传统过滤膜相比，其作为一种先进的污水净化处理技术，可以有效过滤出传统过滤膜无法过滤的物质，简化了污水处理中污染物过滤的步骤，确保了污水过滤净化处理工作的顺利进行。由于超滤膜技术是在一定压力下使物质通过膜孔，而无需再进行其他额外操作，所以使用超滤膜技术开展污水处理工作，简化了水处理工作的操作步骤，提高了污水净化处理的效率。此外，超滤膜技术与传统水处理技术相比，不仅使用成本低，而且水处理的效果也是传统水净化处理技术无法比拟的，因此，该技术节省了环境保护工程的投入，为我国环境保护工作的可持续发展奠定了坚实的基础[3]。

2 超滤膜的主要污染物质

2.1 颗粒物

不同类型的水体中含有的矿物质数量和种类也各不相同，性质不同的颗粒物一旦与膜之间产生相互作用，就会因为吸附污染物质而堵塞膜孔，导致超滤膜出现孔径变小的问题，影响超滤膜的过滤效果，增加了污水处理的成本。

2.2 有机物

水体中含有数量众多且性质各异的有机污染物，对膜传输的影响也不同，污水中的有机污染物主要是通过物理化学与机械作用于膜表面，导致膜在使用过程中出现性能下降、寿命缩短的问题，影响了污水处理的效果。经过长期的实践研究发现，污水中含有的有机物主要有腐殖质、多糖以及蛋白质等几种。在这其中，腐殖质中的亲水与疏水组分对膜渗透通量效果有着极大的影响，腐殖质中有机物的亲水组分不仅加剧了膜污染问题，严重的还会因为水通量的下降，导致污水处理成本的增加。此外，多糖以及蛋白质类有机物也是造成膜污染问题日益严重的主要污染物。研究人员采用xDLVO理论比较溶菌酶、卵清蛋白和牛血清白蛋白对膜污染的严重程度发现，不管是多糖还是蛋白质类物质，因为其在膜污染中所发挥的作用不同，所以多糖或蛋白质对水体环境造成的污染程度也各不相同[4]。

2.3 微生物

水体中含有的各种微生物也是导致超滤膜污染的重要因素之一，超滤膜表面吸附的大分子有机物，不仅为微生物提供了适合其繁殖生长的温床，而且加快了微生物新陈代谢的速度，最终导致超滤膜微孔出现堵塞的情况，加剧了超滤膜的污染程度。由于超滤膜表面存在着大量维持有机物生命所需的营养物质，是导致超滤膜出现堵塞问题出现的主要原因，随着膜通量的下降，超滤膜的污染问题也随之加剧。所以，相关部门必须重视在超滤膜技术应用过程中，微生物污染对超滤膜膜通量下降产生的影响，并以此为基础采取有效措施，提高超滤膜的膜通量，减轻微生物污染对超滤膜正常使用产生的危害，提高污水处理工作的质量和效率。

3 超滤膜污染防治措施

3.1 颗粒物防治措施

一旦超滤膜被颗粒物污染，就会出现水质变差以及超滤膜性能下降的问题。为了充分发挥超滤膜的使用功能，研究人员必须严格按照要求做好超滤膜的清理工作，直至超滤膜使用功能恢复为止[5]。比如，针对黏土类堵塞污染物，应该使用水或气等介质定期冲洗超滤膜，尽可能地恢复超滤膜的膜通量，避免因超滤膜膜通量下降而影响污水处理效果。对于金属氧化物、胶体等的污染，应该采取化学清洗的方式。通过配置相应浓度的化学洗涤剂清洗超滤膜，从而达到有效提升超滤膜膜通量的目的。另外，生物清洗也是目前常用的超滤膜清洗方法之一，该方法在实际应用时，主要是利用霉或生物剂等切断与有机物的连接，并清洗超滤膜，以提高超滤膜的抗污染性能。

3.2 有机物防治措施

相关部门针对超滤膜有机物污染防治策略的研究，主要是采取提升超滤膜表面亲水性以及构建抗污染表面的方式。工作人员在开展超滤膜有机物污染防治工作时，应该采取在基因团中引入聚合物的方式，提高超滤膜亲水性与水通量。研究人员根据实验研究发现，如果将超支化聚氨酯亲水分子改性接枝于碳纳米管上，经过改性后的超滤膜不管是水通量，还是抗污染性能都得到了大幅度提升。根据实验要求，工作人员应该先使用相转化法制备聚甲基丙烯酸羟乙酯和SiO2的PES超滤膜，改变超滤膜的性能，使PES膜的透水性、截留率和防污能力均出现了明显地提升[6]。所以，对超滤膜有机物污染防治策略的研究和应用，不仅有助于超滤膜亲水性与水通量的有效提升，而且超滤膜的抗污染性能也明显提高，也促进了超滤膜技术在污水处理中应用效果的有效提升。

3.3 微生物防治措施

目前，常见的膜生物污染防治，主要是利用具有抗菌性能的膜阻隔微生物吸附于膜表面，达到在有效阻止生物膜形成的同时，提高超滤膜的抗菌性能的目的。比如，使用液相还原法将纳米银离子负载于复合乙酸纤维素中空纤维膜上，如果银离子负载量超过100 mg/L以上，超滤膜大肠杆菌与金黄色葡萄球菌的抗菌活性就会得到显著增强。如果采用相转化法，将掺铜的二氧化钛粒子与PSF改性制备成抗菌PSF膜，超滤膜的水通量超过了335 L/（m2·h），且达到一定比例时，超滤膜的抗菌率超过了93%。

4 超滤膜技术在环境水处理中的应用分析

超滤膜技术因为自身具有占地面积小、出水水质好、污泥产生率低等特点，被广泛应用于水处理行业中。目前我国的超滤膜技术主要应用于城市生活污水、高速公路服务区污水处理与回收利用等工程中，该技术的推广和应用促进了我国污水处理产业的可持续发展，缓解了水污染问题对生态环境造成的破坏和污染。

4.1 超滤膜技术在日常水污染中的应用

4.1.1 饮用水的净化处理

在人类社会的发展过程中，出现了水资源保护不到位的问题，导致水体中滋生了大量的有毒有害物质，对人类的身体健康造成了非常严重的威胁。纯净水虽然是人们日常饮用水的重要组成部分之一，但是随着水环境污染问题的日益严峻，传统的纯净水分离与提取技术显然已经无法有效分离出水体中的有毒物质，影响了纯净水的纯净度。随着超滤膜技术在纯净水净化处理中的推广和应用，不仅促进了水体中有毒物质的分离效果，而且有效降低了水体中含有的污染物质，满足了人们对饮用水的质量要求。

4.1.2 生产生活油脂废水的净化处理

人类生产生活中产生的废弃物进入到水源中是造成水体污染问题的重要原因之一，这些污染问题对人类生活造成了非常严重的影响。比如，人们在做饭时产生的油脂废水降解难度较大，一旦这些油脂废水直接排放至自然水体中，就会威胁到人们的饮用水安全。相关部门在处理此类污水时，采用的传统物理过滤方式，虽然在处理普通油脂时效果比较显著，但是如果清理含有乳化剂油脂的污水时，处理效果就无法达到预期目标。相关部门经过长期的实践研究后，开始尝试使用超滤膜技术处理包含乳化剂的油质污水。利用超滤膜技术将污水中含有的油性分子阻挡在膜的一侧，不仅提高了污水中氧化物处理的效果，而且达到了彻底清除乳化剂油性物质的目的，解决了传统污水处理技术中存在的分离系统无法处理油脂废水的问题，促进了我国污水处理技术的不断发展。

4.2 超滤膜技术在海水污染中的应用

我国国土面积幅员辽阔，水资源分布广泛，而且东部与东南部地区更是有着广阔的海域。在科学技术不断发展的过程中，人类生产生活对海水的污染也越来越严重。由于储量丰富的海水资源经过处理后可有效应用于各个领域，所以，海水污染分离对于海水资源的净化处理有着极为重要的意义。海水中含有大量分离难度较大的无机盐，如果不能采用先进技术对其进行有效分离，必将威胁到区域经济的可持续发展[7]。借助超滤膜技术，不仅彻底解决了海水污染物分离难度大的问题，而且超滤膜技术作为一种比传统分离技术更加科学和先进的水污染净化处理技术，既提高了优质水源的生产效率和质量，还降低了海水污染分离的成本，为缓解长期困扰我国社会经济可持续发展的水资源短缺问题提供了强有力的技术支持。

4.3 超滤膜技术在工业水污染中的应用

4.3.1 食品加工废水的净化处理

食品加工废水主要来自于食品加工企业生产过程中排放的大量生产废水。如果采用传统水处理技术处理食品加工废水，显然无法达到彻底净化食品加工废水中含有的大量不易打捞和分离的污染物。对此，相关部门应该充分利用超滤膜技术，开展食品加工废水的净化处理工作，不仅有助于食品加工废水净化处理效果的提升，而且降低了食品加工废水净化处理的成本，减少了食品加工废水大量排放对自然水体造成的污染。

4.3.2 造纸废水的净化处理

如果造纸企业在生产废水的排放过程中，忽略对废水的净化处理，那么随着生产废水被大量排出，生态环境必然会遭到严重的破坏和污染。超滤膜技术在造纸生产废水净化处理中的应用，降低了造纸生产废水中有害物质的含量，该技术与传统造纸生产废水处理技术相比，可使造纸生产废水净化处理的效率和质量得到显著提升，从而促进了环境保护工作的成效。

4.3.3 电镀生产废水的净化处理

工业化进程的加快，使工业企业在扩大生产规模的过程中，产生了大量的工业废水。如果工业废水排放总量持续增加，必将威胁到生态环境的平衡发展。因此，环保部门必须积极研究和应用高效的工业废水处理方法，净化处理工业生产废水。在这其中，电镀生产废水因其含有的金属离子数量多，因此此类工业废水的净化处理难度较之传统工业废水也更大。电镀废水中含有的大量人体致癌物质对人们的身体健康以及社会的和谐发展产生了巨大的威胁。如果采用传统电解法与化学法处理电镀废水，虽然经过多次重复处理后电镀废水达到了排放标准，但是却增加了水体二次化学污染安全隐患的发生率，增加了电镀废水处理的成本。生物电镀废水处理方法的应用虽然避免了二次化学污染问题的发生，但是使用该方法时，对电镀废水中的污染物质吸收效果非常有限，处理效果相对较差。随着超滤膜技术的推广和应用，工作人员借助超滤膜表面的化学性质，吸收电镀废水中含有的大量金属杂质，这不仅使电镀废水的处理效率得到了显著提高，还减少了电镀废水净化处理的原材料消耗量，节约了电镀废水的处理成本。

4.3.4 制革废水的净化处理

目前，我国制革行业每年产生的废水约有8 000万t，每生产1 kg皮革就会产生约200 L废水。所以，对制革废水进行处理是非常重要的。制革废水中含有大量浓度较高的有机物，其中，COD主要来源于皮革处理过程中产生的大量毛发、皮屑等有机废物，这就导致废水中有机物的含量较高。除此之外，制革废水中还含有硫化物、氨氮等。皮革加工过程中产生的大量可溶性有机污染物和无机污染物可以被微生物降解，且制革废水的可生化性较好，其BOD/COD值通常保持在0.4左右。除此之外，在制革过程中还会产生大量的氨氮和硫化物等物质，移动床生物膜反应器工艺中的微生物可以使可溶性无机污染物和有机污染物得到降解。将移动床生物膜反应器和白腐真菌相结合，并将纤维素和生物膜载体进行接枝处理，可使真菌的生长效率进一步提高。

4.4 城市污水回用

城市污水的回收利用是缓解城市水资源匮乏问题最主要的手段。所以，相关部门应该充分重视超滤膜技术在城市污水净化处理中的应用。合理运用超滤膜技术开展居民生活污水、地表降水的净化处理工作，去除污水中含有的有害物质与其他不利于人体健康的物质，不仅满足了污水排放的标准和要求，同时实现了对自来水厂二次净化的目的。比如，环保部门在开展城市污水处理时，可以采取CASS和超滤膜相互融合的技术手段，进行城市生活污水的净化试验，确保水力停滞时间在12小时，污水中的CODCr浓度保持在215～677 mg/L范围内。该技术的推广与应用，不仅保证了出水CODCr平稳地维持在30 mg/L，同时将污水中的杂质去除率提高到了90%之上，出水的pH值控制在了7.26～7.89范围内，出水浊度则低于0.5 NTU。由此发现，CASS和超滤膜的结合使用，使城市污水的出水质量明显高于实际用水标准，因此经过净化处理的污水可直接应用于城市建设中，从而有效缓解了水资源匮乏对城市经济建设产生的影响。

5 结语

总之，超滤膜技术作为一种先进的水污染综合防治技术，经过长期的实践研究和应用，虽然在污水处理中取得了显著的效果，但是相关部门还应紧跟科学技术发展的脚步，深度挖掘超滤膜技术应用的潜力和价值，将其有效应用于污水有害物质的过滤和净化处理中，这不仅能够促进水处理效率的全面提升，而且为后续水资源的回收再利用打下了坚实的基础。为了促进我国水资源综合利用率的有效提升，相关部门应该积极探索和研究超滤膜技术在水处理中应用研究的力度，充分重视超滤膜技术与反渗透技术相互融合的重要性，这样才能在促进我国环境工程水处理社会效益与经济效益稳步提升的基础上，为我国生态环境的可持续发展保驾护航。