环境工程水处理中超滤膜技术的应用探讨

水乃万物生长之源，水处理技术关乎人类的生命健康和生态文明的建设。作为一种科学有效的水处理技术，超滤膜技术的应用非常广泛，在实践应用中获得了令人满意的效果。同时在应用的过程中，超滤膜技术自身也得到了持续改进，这对环境工程建设来说意义重大。因此，有必要深入分析环境工程水处理中超滤膜技术的工艺改进和应用，以促进我国环境工程建设的可持续发展。
1 超滤膜技术的原理及特点
1.1 超滤膜技术的基本原理
超滤是指通过压力使溶液中的溶剂以及一部分分子量较低的溶质从超滤膜的微小孔隙中穿透到膜的另一边，而分子量较高的溶质或一些乳化胶束团被截留，从而达到过滤分离的效果。筛分作用是超滤膜技术的主要过滤机理，其次还有超滤膜表面的化学特性，如静电作用也可以起到过滤截留作用。在水处理中运用超滤膜技术的基本原理是对原水施加压力，使胶体、高分子物质吸附在超滤膜表面及孔隙中，在膜的孔隙内被截留或在膜表面的筛分作用下被超滤膜阻止，而水、低分子物质可以通过超滤膜。一般来说，超滤膜技术截留的分子量范围为500~500000，与之对应的超滤膜孔径范围是0.002~0.1μm，实际操作时的静压差通常是0.1~0.5MPa，被分离物质成分的直径范围为0.005~10μm。
1.2 超滤膜技术的特点
超滤膜技术相对于其他过滤技术来说，具有以下六个特点：
（1）过滤杂质的效率高，效果好，处理后的水质更好；
（2）使用很少或不使用化学药剂，从而有效避免水质受到再次污染；
（3）基于超滤膜技术的过滤系统自动化程度高，运行简单可靠，只有开、关两种操作；
（4）化学稳定性强，抗酸碱腐蚀，耐高温，因此可以使用高温进行杀菌消毒，耐水解，适用性很广；
（5）过滤精度可达99.99%能有效去除水中的绝大部分有害物质；
（6）费用合理，与常规水处理系统不相上下，同时处理效果更好，尤其是工业生产产生的废水必须使用超滤技术才能有效处理。
2 超滤膜水处理工艺流程
（1）基于超滤膜技术的水处理工艺流程如图1 所示。

图1 超滤膜水处理工艺流程图
（2）超滤膜水处理工艺主要有沉淀超滤工和砂滤超滤工艺两种。在沉淀超滤工艺中，原水需要先经过混凝、沉淀处理，在砂滤超滤工艺中，原水需要经过混凝、沉淀、砂滤处理。使用水泵将原水加压后，泵入膜分离器，经过超滤膜过滤之后流入产水箱，再进入调节池。运行一段时间之后，系统中的超滤膜会因受到污染，导致过滤效率降低。因此，可以采用产水箱中的水反向冲洗超滤膜，使其过滤能力得到恢复。此外，还可以通过化学强化维护工序（CEB）缓解跨膜压力、降低化学清洗的频次，也就是说，每隔一定的周期，在膜分离器中加入化学药剂，如HCl、NaOH，使膜浸泡在化学药剂中，从而减少超滤膜受到的污染延长系统的运行时间，提高系统的运行效率。其中超滤膜系统可调的工艺运行参数如表1 所示。

表1 超滤膜系统工艺运行参数
3 超滤膜水处理工艺的优化
（1）将超滤膜工艺中的预处理工艺混凝—沉淀改为直接过滤SBR 池的出水，可以有效缓解超滤膜系统的进水压力和超滤膜两侧的压强差，从而提高超滤膜系统的稳定性；
（2）在温度较低的冬季，通过直接过滤SBR 池的出水，使产水SDI 稳定保持在1.5~2.5 之间，更好地满足反渗透的进水要求，且水质优于厕所用水以及工业冷却水的用水标准；
（3）温度较高的夏季使用柠檬酸清洗超滤膜可以有效恢复膜通量，提高超滤膜的过滤能力，消除铁元素对超滤膜的污染；
（4）交替使用NaClO 和柠檬酸对超滤膜进行化学清洗能够有效控制膜污染，使超滤膜系统进水压力保持稳定；
（5）合理延长制水时间，可以使能耗降低，提升超滤膜系统的水回收率；
（6）随着进水压力的增加，超滤膜系统的单位能源消耗将不断增加，在实际运行中，要将进水压力控制在合理范围；
（7）通过对比国产超滤膜和进口超滤膜，可以发现国产超滤膜的性能与进口超滤膜基本相同，在实际运行中优先使用国产超滤膜，以降低运行成本。
4 环境工程水处理中超滤膜技术的具体应用
4.1 饮用水净化
水源中出现的各种有害物质威胁到人们的身体健康，有必要加大对污水处理技术的研发，应用，有效去除水源中的有害物质，保证人们的饮水安全。对饮用水的净化处理标准较高，传统的过滤技术难以满足饮用水过滤的高要求，而超滤膜技术可以满足要求。因此，在饮用水的净化方面，超滤膜技术的应用十分广泛。运用超滤膜技术构建的饮用水净化系统可以有效地滤除饮用水源中的绝大部分微生物、病毒以及其他有害物质，而且通过多层超滤膜的综合运用，可以大限度地减少饮用水中的有害成分。
4.2 淡化海水
经历了几十年的发展，海水淡化技术已经基本成熟。现阶段的海水淡化技术主要包括多效蒸发、多级闪蒸、反渗透以及压汽蒸馏等等，而只有前三种方法才能用于大规模的海水淡化。人们从19 世纪60 年代就已经在研究膜技术在海水淡化中的应用。在实际应用中，膜污染的问题严重限制了反渗透方法在淡化海水方面的应用。而超滤膜技术的诞生和应用，能够实现对海水水质的有效控制，从而提高反渗透系统中的进水质量。例如，叶春松等人研究使用中空的纤维超滤膜对浊度很高的海水进行过滤处理。该型超滤膜的产水浊度均值为0.11NTU，SDI15 均值为2.4，COD 的平均滤除比例达60.0%，胶硅的平均滤除比例达89.0%，跨膜压差保持在6.0×104Pa 以内，比超滤膜可承受的大压差2.1×105Pa 小很多，从而保证超滤膜的工作稳定性。该型超滤膜能够有效过滤高浊度的海水，能够将高浊度的海水进行有效预处理之后作为海水反渗透系统的的进水。
4.3 造纸工业污水处理
一般情况下，造纸工业产生的污水是工业污水中比较难处理的一种。而且，在造纸过程中产生的污水含有大量对人体有害的物质，如果没有有效的过滤净化技术，就会导致污水无法得到有效净化，这样的污水排放出来会对自然环境造成严重的破坏。而超滤膜技术可以有效处理造纸过程中产生的污水，解决造纸工业污水处理的难题。凭借*的过滤能力，超滤膜技术可以全面有效地滤除造纸工业污水中包含的浆液、木素等杂质。此外，与传统过滤方式明显不同的是，使用超滤膜技术对造纸工业污水进行处理之后，还可以对其中的一些成分进行回收处理，如将污水中包含的木素等物质进行回收重复利用。而对于污水中包含的漂白粉等有害物质，采用超滤膜技术能够将其有效滤除。总之，使用超滤膜技术处理造纸工业污水的效率比传统的过滤技术更好，同时还能提高造纸原料的回收率，降低造纸成本，从而提高环境工程的经济效益与环保效益的统一。
4.4 含油废水处理
含油废水主要来自人们的生活饮食。我国的饮食文化非常丰富，餐饮业十分发达，在我国的饮食习惯中喜欢用油。因此，对于餐饮行业，在食物中加入大量的食用油是很常见的现象，这也在客观上导致我国成为含油废水污染比较严重的国家。现阶段，我国含油废水主要分为以下三种形式：，含油较少，只在污水表面有油漂浮；第二种，水中混合散油，第三种，污水的油质种类为乳化剂，这是油化程度较深的含油废水。一般来说，前两种含油废水可以通过物理过滤方法直接滤除，如采用沉淀、机械分离、活性炭吸附等方式可以有效处理这两种含油废水，而对于第三种包含乳化剂的含油废水，则需要比较复杂的过滤处理方法，使用常规的过滤方法无法获得让人满意的效果，这时，采用超滤膜技术可以对含油废水实现有效过滤。
4.5 城市生活污水回收利用
城市进程的加快使得我国城市规模不断扩张，随之而来是城市人口的不断增加，进而导致城市生活污水排放量不断增加。城市生活污水的污染程度相对较轻，对城市生活污水进行有效过滤，回收可以有效缓解我国水资源短缺的问题。
而在城市生活污水中使用超滤膜技术可以实现污水的有效回收利用。使用超滤膜过滤技术，可以对居民生活污水、下水道污水、地表水等常见城市污水进行科学有效的处理。除此以外，使用超滤膜技术可以有效清除城市污水中危害人们身体健康的物质，如病毒、微生物等，使经过过滤处理之后的城市污水达到国家规定的排放标准，再经过自来水厂的进一步处理之后，就可以再次作为居民生活用水，从而实现良好的水循环，实现水资源的重复利用。
5 结语
综上所述，环境工程越来越受到国家和社会的关注，而超滤膜技术在水处理中的表现非常。因此，在水处理中超滤膜技术的应用越来越广泛。通过使用超滤膜技术可以有效过滤水中的有害物质，实现率的水处理和回收利用，这样一来，就可以有效提升我国水资源的利用率，有效缓解水资源供需失衡的矛盾。同时，与传统过滤技术相比，超滤膜技术的经济效益更高。在实际应用中，应该采取措施有效控制超滤膜的污染，在选择滤膜类型时优先选择国产膜。此外，还应该与反渗透技术充分融合运用，有效提高环境工程水处理的综合效益。