水乃萬(wàn)物生長(zhǎng)之源，水處理技術(shù)關(guān)乎人類的生命健康和生態(tài)文明的建設(shè)。作為一種科學(xué)有效的水處理技術(shù)，超濾膜技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，在實(shí)踐應(yīng)用中獲得了令人滿意的效果。同時(shí)在應(yīng)用的過(guò)程中，超濾膜技術(shù)自身也得到了持續(xù)改進(jìn)，這對(duì)環(huán)境工程建設(shè)來(lái)說(shuō)意義重大。因此，有必要深入分析環(huán)境工程水處理中超濾膜技術(shù)的工藝改進(jìn)和應(yīng)用，以促進(jìn)我國(guó)環(huán)境工程建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。
1 超濾膜技術(shù)的原理及特點(diǎn)
1.1 超濾膜技術(shù)的基本原理
超濾是指通過(guò)壓力使溶液中的溶劑以及一部分分子量較低的溶質(zhì)從超濾膜的微小孔隙中穿透到膜的另一邊，而分子量較高的溶質(zhì)或一些乳化膠束團(tuán)被截留，從而達(dá)到過(guò)濾分離的效果。篩分作用是超濾膜技術(shù)的主要過(guò)濾機(jī)理，其次還有超濾膜表面的化學(xué)特性，如靜電作用也可以起到過(guò)濾截留作用。在水處理中運(yùn)用超濾膜技術(shù)的基本原理是對(duì)原水施加壓力，使膠體、高分子物質(zhì)吸附在超濾膜表面及孔隙中，在膜的孔隙內(nèi)被截留或在膜表面的篩分作用下被超濾膜阻止，而水、低分子物質(zhì)可以通過(guò)超濾膜。一般來(lái)說(shuō)，超濾膜技術(shù)截留的分子量范圍為500~500000，與之對(duì)應(yīng)的超濾膜孔徑范圍是0.002~0.1μm，實(shí)際操作時(shí)的靜壓差通常是0.1~0.5MPa，被分離物質(zhì)成分的直徑范圍為0.005~10μm。
1.2 超濾膜技術(shù)的特點(diǎn)
超濾膜技術(shù)相對(duì)于其他過(guò)濾技術(shù)來(lái)說(shuō)，具有以下六個(gè)特點(diǎn)：
（1）過(guò)濾雜質(zhì)的效率高，效果好，處理后的水質(zhì)更好；
（2）使用很少或不使用化學(xué)藥劑，從而有效避免水質(zhì)受到再次污染；
（3）基于超濾膜技術(shù)的過(guò)濾系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，運(yùn)行簡(jiǎn)單可靠，只有開(kāi)、關(guān)兩種操作；
（4）化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，抗酸堿腐蝕，耐高溫，因此可以使用高溫進(jìn)行殺菌消毒，耐水解，適用性很廣；
（5）過(guò)濾精度可達(dá)99.99%能有效去除水中的絕大部分有害物質(zhì)；
（6）費(fèi)用合理，與常規(guī)水處理系統(tǒng)不相上下，同時(shí)處理效果更好，尤其是工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的廢水必須使用超濾技術(shù)才能有效處理。
2 超濾膜水處理工藝流程
（1）基于超濾膜技術(shù)的水處理工藝流程如圖1 所示。

圖1 超濾膜水處理工藝流程圖
（2）超濾膜水處理工藝主要有沉淀超濾工和砂濾超濾工藝兩種。在沉淀超濾工藝中，原水需要先經(jīng)過(guò)混凝、沉淀處理，在砂濾超濾工藝中，原水需要經(jīng)過(guò)混凝、沉淀、砂濾處理。使用水泵將原水加壓后，泵入膜分離器，經(jīng)過(guò)超濾膜過(guò)濾之后流入產(chǎn)水箱，再進(jìn)入調(diào)節(jié)池。運(yùn)行一段時(shí)間之后，系統(tǒng)中的超濾膜會(huì)因受到污染，導(dǎo)致過(guò)濾效率降低。因此，可以采用產(chǎn)水箱中的水反向沖洗超濾膜，使其過(guò)濾能力得到恢復(fù)。此外，還可以通過(guò)化學(xué)強(qiáng)化維護(hù)工序（CEB）緩解跨膜壓力、降低化學(xué)清洗的頻次，也就是說(shuō)，每隔一定的周期，在膜分離器中加入化學(xué)藥劑，如HCl、NaOH，使膜浸泡在化學(xué)藥劑中，從而減少超濾膜受到的污染延長(zhǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。其中超濾膜系統(tǒng)可調(diào)的工藝運(yùn)行參數(shù)如表1 所示。

表1 超濾膜系統(tǒng)工藝運(yùn)行參數(shù)
3 超濾膜水處理工藝的優(yōu)化
（1）將超濾膜工藝中的預(yù)處理工藝混凝—沉淀改為直接過(guò)濾SBR 池的出水，可以有效緩解超濾膜系統(tǒng)的進(jìn)水壓力和超濾膜兩側(cè)的壓強(qiáng)差，從而提高超濾膜系統(tǒng)的穩(wěn)定性；
（2）在溫度較低的冬季，通過(guò)直接過(guò)濾SBR 池的出水，使產(chǎn)水SDI 穩(wěn)定保持在1.5~2.5 之間，更好地滿足反滲透的進(jìn)水要求，且水質(zhì)優(yōu)于廁所用水以及工業(yè)冷卻水的用水標(biāo)準(zhǔn)；
（3）溫度較高的夏季使用檸檬酸清洗超濾膜可以有效恢復(fù)膜通量，提高超濾膜的過(guò)濾能力，消除鐵元素對(duì)超濾膜的污染；
（4）交替使用NaClO 和檸檬酸對(duì)超濾膜進(jìn)行化學(xué)清洗能夠有效控制膜污染，使超濾膜系統(tǒng)進(jìn)水壓力保持穩(wěn)定；
（5）合理延長(zhǎng)制水時(shí)間，可以使能耗降低，提升超濾膜系統(tǒng)的水回收率；
（6）隨著進(jìn)水壓力的增加，超濾膜系統(tǒng)的單位能源消耗將不斷增加，在實(shí)際運(yùn)行中，要將進(jìn)水壓力控制在合理范圍；
（7）通過(guò)對(duì)比國(guó)產(chǎn)超濾膜和進(jìn)口超濾膜，可以發(fā)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)超濾膜的性能與進(jìn)口超濾膜基本相同，在實(shí)際運(yùn)行中優(yōu)先使用國(guó)產(chǎn)超濾膜，以降低運(yùn)行成本。
4 環(huán)境工程水處理中超濾膜技術(shù)的具體應(yīng)用
4.1 飲用水凈化
水源中出現(xiàn)的各種有害物質(zhì)威脅到人們的身體健康，有必要加大對(duì)污水處理技術(shù)的研發(fā)，應(yīng)用，有效去除水源中的有害物質(zhì)，保證人們的飲水安全。對(duì)飲用水的凈化處理標(biāo)準(zhǔn)較高，傳統(tǒng)的過(guò)濾技術(shù)難以滿足飲用水過(guò)濾的高要求，而超濾膜技術(shù)可以滿足要求。因此，在飲用水的凈化方面，超濾膜技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛。運(yùn)用超濾膜技術(shù)構(gòu)建的飲用水凈化系統(tǒng)可以有效地濾除飲用水源中的絕大部分微生物、病毒以及其他有害物質(zhì)，而且通過(guò)多層超濾膜的綜合運(yùn)用，可以大限度地減少飲用水中的有害成分。
4.2 淡化海水
經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，海水淡化技術(shù)已經(jīng)基本成熟。現(xiàn)階段的海水淡化技術(shù)主要包括多效蒸發(fā)、多級(jí)閃蒸、反滲透以及壓汽蒸餾等等，而只有前三種方法才能用于大規(guī)模的海水淡化。人們從19 世紀(jì)60 年代就已經(jīng)在研究膜技術(shù)在海水淡化中的應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中，膜污染的問(wèn)題嚴(yán)重限制了反滲透方法在淡化海水方面的應(yīng)用。而超濾膜技術(shù)的誕生和應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)海水水質(zhì)的有效控制，從而提高反滲透系統(tǒng)中的進(jìn)水質(zhì)量。例如，葉春松等人研究使用中空的纖維超濾膜對(duì)濁度很高的海水進(jìn)行過(guò)濾處理。該型超濾膜的產(chǎn)水濁度均值為0.11NTU，SDI15 均值為2.4，COD 的平均濾除比例達(dá)60.0%，膠硅的平均濾除比例達(dá)89.0%，跨膜壓差保持在6.0×104Pa 以內(nèi)，比超濾膜可承受的大壓差2.1×105Pa 小很多，從而保證超濾膜的工作穩(wěn)定性。該型超濾膜能夠有效過(guò)濾高濁度的海水，能夠?qū)⒏邼岫鹊暮ＫM(jìn)行有效預(yù)處理之后作為海水反滲透系統(tǒng)的的進(jìn)水。
4.3 造紙工業(yè)污水處理
一般情況下，造紙工業(yè)產(chǎn)生的污水是工業(yè)污水中比較難處理的一種。而且，在造紙過(guò)程中產(chǎn)生的污水含有大量對(duì)人體有害的物質(zhì)，如果沒(méi)有有效的過(guò)濾凈化技術(shù)，就會(huì)導(dǎo)致污水無(wú)法得到有效凈化，這樣的污水排放出來(lái)會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成嚴(yán)重的破壞。而超濾膜技術(shù)可以有效處理造紙過(guò)程中產(chǎn)生的污水，解決造紙工業(yè)污水處理的難題。憑借*的過(guò)濾能力，超濾膜技術(shù)可以全面有效地濾除造紙工業(yè)污水中包含的漿液、木素等雜質(zhì)。此外，與傳統(tǒng)過(guò)濾方式明顯不同的是，使用超濾膜技術(shù)對(duì)造紙工業(yè)污水進(jìn)行處理之后，還可以對(duì)其中的一些成分進(jìn)行回收處理，如將污水中包含的木素等物質(zhì)進(jìn)行回收重復(fù)利用。而對(duì)于污水中包含的漂白粉等有害物質(zhì)，采用超濾膜技術(shù)能夠?qū)⑵溆行V除。總之，使用超濾膜技術(shù)處理造紙工業(yè)污水的效率比傳統(tǒng)的過(guò)濾技術(shù)更好，同時(shí)還能提高造紙?jiān)系幕厥章?，降低造紙成本，從而提高環(huán)境工程的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)保效益的統(tǒng)一。
4.4 含油廢水處理
含油廢水主要來(lái)自人們的生活飲食。我國(guó)的飲食文化非常豐富，餐飲業(yè)十分發(fā)達(dá)，在我國(guó)的飲食習(xí)慣中喜歡用油。因此，對(duì)于餐飲行業(yè)，在食物中加入大量的食用油是很常見(jiàn)的現(xiàn)象，這也在客觀上導(dǎo)致我國(guó)成為含油廢水污染比較嚴(yán)重的國(guó)家?，F(xiàn)階段，我國(guó)含油廢水主要分為以下三種形式：，含油較少，只在污水表面有油漂浮；第二種，水中混合散油，第三種，污水的油質(zhì)種類為乳化劑，這是油化程度較深的含油廢水。一般來(lái)說(shuō)，前兩種含油廢水可以通過(guò)物理過(guò)濾方法直接濾除，如采用沉淀、機(jī)械分離、活性炭吸附等方式可以有效處理這兩種含油廢水，而對(duì)于第三種包含乳化劑的含油廢水，則需要比較復(fù)雜的過(guò)濾處理方法，使用常規(guī)的過(guò)濾方法無(wú)法獲得讓人滿意的效果，這時(shí)，采用超濾膜技術(shù)可以對(duì)含油廢水實(shí)現(xiàn)有效過(guò)濾。
4.5 城市生活污水回收利用
城市進(jìn)程的加快使得我國(guó)城市規(guī)模不斷擴(kuò)張，隨之而來(lái)是城市人口的不斷增加，進(jìn)而導(dǎo)致城市生活污水排放量不斷增加。城市生活污水的污染程度相對(duì)較輕，對(duì)城市生活污水進(jìn)行有效過(guò)濾，回收可以有效緩解我國(guó)水資源短缺的問(wèn)題。
而在城市生活污水中使用超濾膜技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)污水的有效回收利用。使用超濾膜過(guò)濾技術(shù)，可以對(duì)居民生活污水、下水道污水、地表水等常見(jiàn)城市污水進(jìn)行科學(xué)有效的處理。除此以外，使用超濾膜技術(shù)可以有效清除城市污水中危害人們身體健康的物質(zhì)，如病毒、微生物等，使經(jīng)過(guò)過(guò)濾處理之后的城市污水達(dá)到國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，再經(jīng)過(guò)自來(lái)水廠的進(jìn)一步處理之后，就可以再次作為居民生活用水，從而實(shí)現(xiàn)良好的水循環(huán)，實(shí)現(xiàn)水資源的重復(fù)利用。
5 結(jié)語(yǔ)
綜上所述，環(huán)境工程越來(lái)越受到國(guó)家和社會(huì)的關(guān)注，而超濾膜技術(shù)在水處理中的表現(xiàn)非常。因此，在水處理中超濾膜技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。通過(guò)使用超濾膜技術(shù)可以有效過(guò)濾水中的有害物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)率的水處理和回收利用，這樣一來(lái)，就可以有效提升我國(guó)水資源的利用率，有效緩解水資源供需失衡的矛盾。同時(shí)，與傳統(tǒng)過(guò)濾技術(shù)相比，超濾膜技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益更高。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)該采取措施有效控制超濾膜的污染，在選擇濾膜類型時(shí)優(yōu)先選擇國(guó)產(chǎn)膜。此外，還應(yīng)該與反滲透技術(shù)充分融合運(yùn)用，有效提高環(huán)境工程水處理的綜合效益。