论超滤膜技术在环境工程水处理中的应用

1. 前言

超滤膜技术是一种能够将溶液进行净化、分离或者浓缩的膜透过分离技术，介于微滤和纳滤之间。超滤膜是悬浮颗粒及胶体物质的有效屏障, 同时超滤膜也可以实现对“两虫、藻类、细菌、病毒和水生生物的有效去除，从而达到溶液的净化、分离与浓缩的目的。与传统工艺相比，超滤膜技术在水处理方面具有能耗低、操作压力低、分离效率高、通量大及可回收有用物质等优点，广泛应用于饮用水净化、生活污水回收、含油废水、纸浆废水、海水淡化等水处理中。在此，本文就超滤膜技术在环境工程水处理中的应用展开简要阐述，以供参考。

2. 超滤膜技术的基本原理及特点

2.1超滤膜技术的基本原理

超滤(Ultra Filtration，简称UF)是溶液在压力作用下，溶剂与部分低分子量溶质穿过膜上微孔到达膜的另一侧，而高分子溶质或其他乳化胶束团被截留，实现从溶液中分离的目的。其截留机理主要是筛分作用，但有时膜表面的化学特性(膜的静电作用)也起着截留作用。超滤分离时是在对料液施加一定压力后，高分子物质、胶体物质因膜表面及微孔的一次吸附，在孔内被阻塞而截留及膜表面的机械筛分作用等三种方式被超滤膜阻止，而水、无机盐及低分子物质透过膜。

超滤膜技术截留分子量的定义域为500-500000左右，对应孔径约为0.002-0.1μm，操作静压差一般为0.1-0.5MPa，被分离组分的直径约为0.005-10μm。

2.2 超滤膜技术的特点

1.对杂质的去除效率高，产水水质大大好于传统方法。

2.彻底消除或者大大减少化学药剂的使用，避免二次污染。

3.系统易于自动化，可靠性高。运行简易，设施只有开启，关闭两档。

4.具有良好的化学稳定性，有耐酸、耐碱以及耐水解的性能，能广泛应用于各种领域。

5.耐热温度可达到140℃，可采用超高温的蒸汽和环氧乙烷杀菌消毒;能在较宽的PH范围内使用，可以在强酸和强碱和各种有机溶剂条件下使用。

6.过滤精度高，能有效滤除水中99.99%的胶体、细菌、悬浮物等有害物质。

7.与常规水处理系统费用相当生活污水经过超滤使处理水质变好从而进行回用，而工业废水中由于一般技术不能达标，采用超滤技术能充分处理废水。

3. 超滤膜技术在水处理中的应用

3.1 饮用水净化

当前，随着我国水污染问题的日益严重，我国出现了新的水质问题，如贾第虫和隐孢子虫(两虫)问题、水蚤及红虫问题、藻类污染加剧及臭味和藻毒素问题、水的生物稳定性问题等。而将超滤膜技术应用于饮用水的净化时，其可去除水中包括水蚤、藻类、原生动物、细菌甚至病毒在内的微生物，对水中的致病微生物、浊度、天然有机物、微量有机污染物、氨氮等都有较好的处理效果，能满足人们对水质的要求。

如，张艳等以混凝沉淀为预处理方法，通过中试试验，对浸没式超滤膜处理东江水的最佳运行方式进行了研究，该工艺通过对水中的致病微生物、浊质、天然有机物、有毒有害微量有机污染物、氨氮、重金属等设置多级屏障，可以使其含量得到逐级削减,最后得到优质饮用水。

3.2造纸废水的处理

超滤膜技术应用于造纸废水中，主要是对某些成分进行浓缩并回收，而透过的水又重新返回工艺中使用。一般，造纸废水膜分离技术研究主要包括：回收副产品，发展木素综合利用;制浆废液的预浓缩;去除漂白废水中的有毒物质等。

杨友强等研究了超滤法处理造纸磺化化机浆(SCMP)废水及影响超滤的各种因素，结果表明：截留分子量为20000u的聚醚砜(PES200)膜适于处理SCMP废水，清洗后膜的通量可恢复98%。黄丽江等[4]采用0.8μm微滤(MF)与50nm超滤(UF)无机陶瓷膜组合工艺对造纸废水进行了处理，在温度为15℃、压力为0.1MPa的操作条件下，0.8μm膜对COD的去除率为30%~45%，50nm膜对COD的去除率为55%~70%。

3.3含油废水的处理

含油废水存在的状态分三种：浮油、分散油、乳化油。前两种较容易处理，可采用机械分离、凝聚沉淀、活性炭吸附等技术处理，使油分降到很低。但乳化油含有表面活性剂和起同样作用的有机物，油分以微米级大小的离子存在于水中，重力分离和粗粒化法都比较困难，而采用超滤膜技术，它使水和低分子有机物透过膜，在除油的同时去除COD及BOD，从而实现油水分离。

如，油田含油废水中通常油量为100～1000mg/L，超过国家排放标准(<10mg/L)，故排放前采用先进的高效衡压浅层气浮技术和中空纤维膜分离技术进行了分离，在操作压力为0.1MPa、污水温度40℃时，膜的透水速度可达60～120L/(m2·h)，出水中含油量为痕迹，悬浮物固体含量平均值为 0. 32mg/ L，悬浮物粒径中值平均值为 0. 82μm，完全达到了特低渗透油田回注水的水质标准。

3.4城市污水回用

城市污水是一种重要的水资源，国外早已开始广泛英语膜法进行城市污水回用，随着我国水污染问题的愈发严重，将超滤膜技术应用于城市污水回用，也日渐引起了人们的关注。如，汤凡敏等[5]利用 CASS 与超滤膜组合工艺处理小区生活污水，当水力停留时间为12h、CODCr浓度在215~ 677 mg/ L 之间时，该工艺出水 CODCr稳定在30 mg/ L 左右;NH3-N 浓度为 22.2~ 41.2 mg/ L时，出水NH3-N 最低可达0. 2 mg/ L，去除率达到90%以上，出水pH 值在 7.26~7.89 之间，出水浊度小于 0. 5，出水水质优于回用水标准，可直接回用。

3.5海水淡化

海水淡化技术经过半个世纪的发展，从技术上已经比较成熟，目前主要的海水淡化方法有反渗透(SWRO)、多级闪蒸(MSF)、多效蒸发(MED)和压汽蒸馏(VC)等，而适用于大型的海水淡化的方法只有 SWRO、MSF 和 MED。随着膜技术的不断发展，从19世界60年代开始膜技术开始应用于海水淡化。但在这一过程中，由于膜污染问题，使得反渗透系统在处理海水方面出现了瓶颈，而超滤膜技术的应用，可有效地控制海水水质，为反渗透系统提供高质量的入水。

如，叶春松等采用中空纤维超滤膜直接处理高浊度海水，该超滤膜的产水浊度平均值为 0. 11NTU，SDI15 平均值为 2. 4，COD 的平均去除率为60.0%，胶硅的平均去除率为 89. 0%，跨膜压差小于6.0×104Pa，远远小于超滤膜本身最大操作压差2. 1×105Pa，该超滤膜对浊度高、变化大的海水有很强的适应性，可以在以高浊度海水为进水的情况下作为海水反渗透系统的预处理装置。