論超濾膜技術在環境工程水處理中的應用

　　1. 前言

　　超濾膜技術是一種能夠將溶液進行淨化、分離或者濃縮的膜透過分離技術，介於微濾和納濾之間。超濾膜是懸浮顆粒及膠體物質的有效屏障, 同時超濾膜也可以實現對“兩蟲、藻類、細菌、病毒和水生生物的有效去除，從而達到溶液的淨化、分離與濃縮的目的。與傳統工藝相比，超濾膜技術在水處理方面具有能耗低、操作壓力低、分離效率高、通量大及可回收有用物質等優點，廣泛應用於飲用水淨化、生活汙水回收、含油廢水、紙漿廢水、海水淡化等水處理中。在此，本文就超濾膜技術在環境工程水處理中的應用展開簡要闡述，以供參考。

　　2. 超濾膜技術的基本原理及特點

　　2.1超濾膜技術的基本原理

　　超濾Ultra Filtration，簡稱UF是溶液在壓力作用下，溶劑與部分低分子量溶質穿過膜上微孔到達膜的另一側，而高分子溶質或其他乳化膠束團被截留，實現從溶液中分離的目的。其截留機理主要是篩分作用，但有時膜表面的化學特性膜的靜電作用也起著截留作用。超濾分離時是在對料液施加一定壓力後，高分子物質、膠體物質因膜表面及微孔的一次吸附，在孔內被阻塞而截留及膜表面的機械篩分作用等三種方式被超濾膜阻止，而水、無機鹽及低分子物質透過膜。

　　超濾膜技術截留分子量的定義域為500-500000左右，對應孔徑約為0.002-0.1μm，操作靜壓差一般為0.1-0.5MPa，被分離組分的直徑約為0.005-10μm。

　　2.2 超濾膜技術的特點

　　1.對雜質的去除效率高，產水水質大大好於傳統方法。

　　2.徹底消除或者大大減少化學藥劑的使用，避免二次汙染。

　　3.系統易於自動化，可靠性高。執行簡易，設施只有開啟，關閉兩檔。

　　4.具有良好的化學穩定性，有耐酸、耐鹼以及耐水解的效能，能廣泛應用於各種領域。

　　5.耐熱溫度可達到140℃，可採用超高溫的蒸汽和環氧乙烷殺菌消毒;能在較寬的PH範圍內使用，可以在強酸和強鹼和各種有機溶劑條件下使用。

　　6.過濾精度高，能有效濾除水中99.99%的膠體、細菌、懸浮物等有害物質。

　　7.與常規水處理系統費用相當生活汙水經過超濾使處理水質變好從而進行回用，而工業廢水中由於一般技術不能達標，採用超濾技術能充分處理廢水。

　　3. 超濾膜技術在水處理中的應用

　　3.1 飲用水淨化

　　當前，隨著我國水汙染問題的日益嚴重，我國出現了新的水質問題，如賈第蟲和隱孢子蟲兩蟲問題、水蚤及紅蟲問題、藻類汙染加劇及臭味和藻毒素問題、水的生物穩定性問題等。而將超濾膜技術應用於飲用水的淨化時，其可去除水中包括水蚤、藻類、原生動物、細菌甚至病毒在內的微生物，對水中的致病微生物、濁度、天然有機物、微量有機汙染物、氨氮等都有較好的處理效果，能滿足人們對水質的要求。

　　如，張豔等以混凝沉澱為預處理方法，通過中試試驗，對浸沒式超濾膜處理東江水的最佳執行方式進行了研究，該工藝通過對水中的致病微生物、濁質、天然有機物、有毒有害微量有機汙染物、氨氮、重金屬等設定多級屏障，可以使其含量得到逐級削減,最後得到優質飲用水。

　　3.2造紙廢水的處理

　　超濾膜技術應用於造紙廢水中，主要是對某些成分進行濃縮並回收，而透過的水又重新返回工藝中使用。一般，造紙廢水膜分離技術研究主要包括：回收副產品，發展木素綜合利用;製漿廢液的預濃縮;去除漂白廢水中的有毒物質等。

　　楊友強等研究了超濾法處理造紙磺化化機漿SCMP廢水及影響超濾的各種因素，結果表明：截留分子量為20000u的聚醚碸PES200膜適於處理SCMP廢水，清洗後膜的通量可恢復98%。黃麗江等[4]採用0.8μm微濾MF與50nm超濾UF無機陶瓷膜組合工藝對造紙廢水進行了處理，在溫度為15℃、壓力為0.1MPa的操作條件下，0.8μm膜對COD的去除率為30%~45%，50nm膜對COD的去除率為55%~70%。

　　3.3含油廢水的處理

　　含油廢水存在的狀態分三種：浮油、分散油、乳化油。前兩種較容易處理，可採用機械分離、凝聚沉澱、活性炭吸附等技術處理，使油分降到很低。但乳化油含有表面活性劑和起同樣作用的有機物，油分以微米級大小的離子存在於水中，重力分離和粗粒化法都比較困難，而採用超濾膜技術，它使水和低分子有機物透過膜，在除油的同時去除COD及BOD，從而實現油水分離。

　　如，油田含油廢水中通常油量為100～1000mg/L，超過國家排放標準<10mg/L，故排放前採用先進的高效衡壓淺層氣浮技術和中空纖維膜分離技術進行了分離，在操作壓力為0.1MPa、汙水溫度40℃時，膜的透水速度可達60～120L/m2·h，出水中含油量為痕跡，懸浮物固體含量平均值為 0. 32mg/ L，懸浮物粒徑中值平均值為 0. 82μm，完全達到了特低滲透油田回注水的水質標準。

　　3.4城市汙水回用

　　城市汙水是一種重要的水資源，國外早已開始廣泛英語膜法進行城市汙水回用，隨著我國水汙染問題的愈發嚴重，將超濾膜技術應用於城市汙水回用，也日漸引起了人們的關注。如，湯凡敏等[5]利用 CASS 與超濾膜組合工藝處理小區生活汙水，當水力停留時間為12h、CODCr濃度在215~ 677 mg/ L 之間時，該工藝出水 CODCr穩定在30 mg/ L 左右;NH3-N 濃度為 22.2~ 41.2 mg/ L時，出水NH3-N 最低可達0. 2 mg/ L，去除率達到90%以上，出水pH 值在 7.26~7.89 之間，出水濁度小於 0. 5，出水水質優於回用水標準，可直接回用。

　　3.5海水淡化

　　海水淡化技術經過半個世紀的發展，從技術上已經比較成熟，目前主要的海水淡化方法有反滲透SWRO、多級閃蒸MSF、多效蒸發MED和壓汽蒸餾VC等，而適用於大型的海水淡化的方法只有 SWRO、MSF 和 MED。隨著膜技術的不斷髮展，從19世界60年代開始膜技術開始應用於海水淡化。但在這一過程中，由於膜汙染問題，使得反滲透系統在處理海水方面出現了瓶頸，而超濾膜技術的應用，可有效地控制海水水質，為反滲透系統提供高質量的入水。

　　如，葉春鬆等採用中空纖維超濾膜直接處理高濁度海水，該超濾膜的產水濁度平均值為 0. 11NTU，SDI15 平均值為 2. 4，COD 的平均去除率為60.0%，膠矽的平均去除率為 89. 0%，跨膜壓差小於6.0×104Pa，遠遠小於超濾膜本身最大操作壓差2. 1×105Pa，該超濾膜對濁度高、變化大的海水有很強的適應性，可以在以高濁度海水為進水的情況下作為海水反滲透系統的預處理裝置。