超滤技术与废水处理论文

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1超滤技术的理论概述与工作原理

超滤技术实际上要归类于膜分离技术中的一种，都是通过运用压力差促使水体发生筛孔分离的过程。超滤技术自20世纪70年代被研发和广泛应用以来，凭借其突出于传统废水处理技术的优势，获得了广阔的发展空间。简单来说，超滤技术就是一个关乎与膜孔径大小的物理筛分流程，该流程主要是凭借膜两侧所产生的压力差为主要动力，同时运用超滤膜的过滤功能实现水体不同分子的分离，其过滤分离过程既是将水、无机盐、小分子物质及无机物通过超滤膜，并在此过程中将胶体、微生物、蛋白质、悬浮物等大分子与水体隔离开，从而实现净化液体、完成该液体浓缩与分离的过程。同传统污水分离处理技术相对比，新型超滤技术具有以下几种突出优势：

①超滤技术在特定情况下可以达到一定的平衡值，缓解相关数值持续衰减的现象；

②超滤技术所涉及的范围较广，因此能够有效将含有不同分子物质的混合溶液进行分离并提取纯粹液体；

③该超滤技术设备不仅体积较小同时还具有操作简单、易于检修等优势；

④超滤技术工作效率高；

⑤超滤技术对于几乎不受运行环境的影响，且在运行过程中不存在相际间变化；

⑥由于超滤技术设备成本低，且运行耗能低，因此在应用中所需投资较小；

⑦超滤设备在运行过程中主要利用膜两侧的压力为主要分离动力，因此消耗能源较小，设备运行程序简单明了。

2超滤膜以及超滤系统组件的种类

通常情况下超滤膜设备都是选用非对称结构，一般采用较为严密的多孔和皮层等多种支撑层组成过滤结构，在超滤设备系统内支撑层的皮层一般都要低于孔径的数量级，通过减小过滤时所产生的阻力，从而致使溶液中的大分子杂质在通过皮层时，被有效隔离下来，最大限度保证过滤溶液的纯净度，最终实现超滤系统的过滤效果。超滤膜的主要材料有两种：

①无机超滤膜；

②有机超滤膜。通常情况下，无机超滤膜囊括了多孔玻璃膜、陶瓷膜、氧化铝膜等。而有机超滤膜中则包括聚醚砜膜、聚偏氟乙烯膜、及聚氯乙烯膜、聚酰亚胺膜、醋酸纤维膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、聚丙烯腈膜、聚碳酸酯膜、聚砜膜等模聚合物，其中最常使用的是醋酸纤维膜、聚砜膜、聚醚砜膜、聚丙烯腈膜、聚偏氟乙烯膜和聚酰亚胺膜等。现阶段，有机超滤膜在工业生产中的应用率要高于无机超滤膜，另外，工业中所使用的超滤系统设备模块主要包含有回转式、中空纤维式、卷式、平板式、管式等等。

3超滤技术的发展现状

具有高渗透性能的反渗透膜自20世纪60年代被研发应用以来，在很大程度上推进了超滤技术的蓬勃发展。在开发初期，超滤技术常被应用于废料循环以及废水处理中，经过逐步的发展，逐渐被引用到效益较好的食品生产行业和金属表面电泳涂装方面。当下，超滤技术在长久的发展积淀之后，正式投入到以水资源净化为主要方向的工业生产中，主要应用方式包含提纯物质、处理废水、净化水质等。超滤技术在近几年的发展科研方向主要围绕新型超滤膜展开，现阶段已投入生产的超滤膜与以往超滤膜相比，在稳定性和pH值适用范围等方面占有充分的优势，因此，在含油废水处理方面取得了较好的成效。超滤技术在现阶段工业生产的应用发展情况，可以分为以下几个区块来分析：

①荧光塑料膜。这种形式的超滤膜能够较好的完成乳化金属轧制废水的处理工作，当该超滤设备运行效率升至30L/（m3•h）阶段时，该超滤膜过滤时所形成的杂质能够运用50℃的热水，并保持4~5m/s的水流速度进行冲洗。另外，为了充分溶解过滤过程中遗留在过滤膜上的杂质，有效预防超滤膜发生氧化从而堵塞膜孔，可以采用氯化氢水溶液冲洗超滤膜；

②其他类型超滤膜。主要包括两种类型：a.聚醚-聚酮膜，该类型超滤膜能够有效隔离小分子化合物质。b.聚醚-聚砜膜，该类型超滤膜具有稳定的化学性能和良好的耐高温性能；

③聚氯乙烯-聚丙烯腈膜。该类型超滤膜能够有效使含乳化油类污水油水分离，经过过滤之后水体可按常规排入下水道中，过滤出的油相可用于燃烧；

④多孔陶瓷超滤膜。该类型超滤膜表层附带聚合物链，属于混合膜。过滤水体可以在过滤过程中做出有选择性的反应，并且根据该反应确定水体结构与超滤膜之间的关系。

4超滤技术在废水处理中的运用分析

4.1在生活废水处理环节应用超滤技术

通常情况下，人类生活所产生的废水主要分为两大领域：

①污染情况比较严重的废水，此时需要其他高科技新兴技术辅助超滤技术进行处理；

②污染情况比较轻微的废水，这种情况比较易于解决，仅应用超滤技术就能够较好的处理。当遇到生活废水污染情况较严重时，需要借助絮凝超滤耦合、膜生物反应器、活性污泥超滤耦合等设备的辅助动力，协助超滤技术完成废水处理工作。通过实验数据证明，该处理流程所过滤出的水体能够直接用于市政用水。通过一些科研学者的研究成果证明，在处理污染等级较高的生活废水时，聚砜中空纤维超滤膜有较好的效果。另外，还有学者通过混凝、微滤颗粒活性炭以及颗粒活性炭等过滤方式，对生活污水进行了预处理后超滤对比试验，实验结果证明通过絮凝与超滤耦合技术对生活污水进行预处理后，有效提高了超滤膜的通量，化学需氧量去除率高达66%，而在超滤系统污水处理过程中合理融入絮凝处理技术，则能将化学需氧量去除率提升至78%；通过运用微滤颗粒活性炭对生活废水进行处理后，该水体在超滤设备中的过滤阻力明显下降，能够获得较为理想的污水分离效果。

4.2在食品加工工业废水处理环节应用超滤技术

由于食品生产加工种类繁多，因此生产和加工环节所产生的废水量与污染程度也存在较大差异，一般情况下，废水中的化学需氧量浓度往往较高，如若不经过滤处理直接排放出去，则会造成自然水体富营养化，并且引发水底沉积物质散发异味，污染水质破坏生态环境。应用超滤技术进行污水处理后，该技术的截留和膜通量优势能够有效处理高浓度的食品废水，其中几种聚醚砜超滤膜所截留的分子质量大约在20~70KDa，当污泥停留时间和水力停留时间处于50d与60h时，化学需氧量的去除率保持在80~95%之间，通过进行各种超滤膜的通量变化比较，充分证明造成膜通量逐渐降低的主要因素是超滤膜表层所遗留的生物污染。另外，通过国外科研人员的相关实验，运用各种集成技术针对肉类加工过程所产生的废水进行处理，所产生的实验对比数据证明，通过一系列集成技术辅助超滤技术进食品加工废水处理，经过处理得废水能够达到工厂回用质量要求。

4.3在纺织印染工业废水处理环节应用超滤技术

通常情况下，纺织印染工业生产过程中所产生的废水，往往含有高浓度的化学染剂残留物，包括含氮化合物、助剂、残留染料、纤维屑、浆料等，该工业废水的主要特点表现为含氮量高、色度深、碱性强、机物浓度高等，对于此难度性较大的废水处理，若采取普通过滤方法，将会在处理过程中遇到较大阻碍，并且能源消耗过大、成本投资较高，无法达到理想的处理效果。针对以上情况，应用超滤技术能够较好的解决普通过滤技术所出现的问题，并且能够呈现较好的过滤效果。通过一些专家学者分别运用超滤技术、膜生物反应器、活性泥污等方式处理纺织类工业洗涤废水，以及运用超滤技术实现印钞废水的再生利用实验，充分说明超滤技术在处理纺织印染工业废水过程中，具有以下几个方面的优势：

①通过运用超滤技术进行纺织洗涤工业废水的过滤与循环使用之后，检测到的数据表明可减少用水量88%，废水中的化学需氧排放量降低至85%，通过实验可有效循环使用洗涤剂，达到降低投资成本的目的；

②通过对膜生物反应器所处理的废水进行检测发现，该废水中的化学需氧量去除率高达99%，水体中的色度和氨氮含量去除率均达到73%，并且实现了渗透液的循环利用；

③通过对比活性污泥处理纺织印染工业废水的处理效果发现，对于纺织印染工业领域超滤技术是最佳的废水处理途径；

④通过运用超滤技术处理印钞废水，并对超滤膜的再生情况进行实验分析可知，通过深入清洗能够有效实现超滤膜的循环使用，并且能够恢复原始通量，在很大程度上延长了超滤膜的使用寿命，降低了投资成本。以某羊毛衫毛条厂为例，该厂在进行洗毛废水处理过程中应用了超滤技术，实际选用的超滤膜总体面积为70m2，所处理的具体水量为70m3/d，该超滤膜的表层流速为4m/s，单位时间内通过超滤膜的水流量是38~42L/（m2•h）。其洗毛废水中所含的TS、COD、羊毛脂在首次过滤中去除率可达83%、97%、99%以上，COD浓度指数由过滤前的69000mg/L降低至2800~47000mg/L左右，其中羊毛脂含量由过滤前的14800mg/L降低至150~270mg/L。

5超滤技术在废水处理过程中的问题与未来发展趋势分析

通过一系列的分析与研究发现，超滤技术在各个领域的应用中所集中反映出的问题是超滤膜的污染问题。超滤膜在受到污染后，会在表层堆积过滤残渣导致过滤性能下降，过滤阻力增大相应的通量减小，大大降低超滤膜的使用寿命，这一现象严重影响了超滤技术对于废水的处理效果。超滤膜的污染是污染水体与超滤膜之间相互作用所形成的必然结果，这一现象主要受到污染水体中的化学物质性质、超滤膜性质、污水处理过程中的各项条件因素的影响。因此，在超滤技术的未来发展中，应当将研发重心投放在超滤膜的耐久性、抗污抗堵以及降低耗能等方面，同时有效提高超滤技术的设计水平，完善超滤设备的管理工作，克服超滤技术在废水处理中的诸多问题。

6结束语

综上所述，超滤技术以其分离效率高、设备操作简单明了、投资成本低、能源消耗低、流程短等突出优势，被广泛应用于各个领域的废水处理工作中。随着科技的不断进步，更多新型超滤膜品种将会逐步被研发出来，超滤技术也会在发展中不断更新与完善，挖掘更多的应用优势，有效扩展其应用范围，为我国的污水处理工作创造良好的技术条件。

作者:俞晓丽单位:余杭区环境保护局