超滤膜技术在水处理领域中的应用及发展
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摘 要：近年来，随着我国经济的迅速发展，对水资源的需求量也越来越大。随着环境保护观念的加强，人们愈加重视水质的处理。目前超滤膜技术在水处理领域应用十分广泛，并且取得了比较可观的效果。鉴于此，该文将从饮用水处理、污水处理、废水处理以及海水淡化等多个方面对超滤膜技术的应用进行深入的研究和分析，在此基础上对其存在的问题和发展前景进行讨论，以期为日后进一步优化超滤膜技术在水处理领域的应用效果提供一些建议和理论参考。
关键词：超滤膜技术;水处理;应用;发展前景
中图分类号：X703 文献标志码：A
0 引言
膜技术是近年来出现的一种新型实用技术，作为一种无相变且低能耗的物理过程，膜分离技术具有高效节能且无污染的特点，所以在各国的各个领域之中都得到了广泛的应用，具有十分广阔的发展前景。目前在水处理中使用较多的仍然是压力式膜技术，超滤膜技术是从20世纪90年代才开始了广泛应用，大多为中空形式，主要材料有聚醚砜和聚偏氟乙烯等高分子材料。膜技术过滤的精度与其本身孔径有直接关系，一般把孔径较大的称为微滤，孔径最小是纳滤以及反渗透，而超滤则是结语微滤和纳滤之间的膜过程，其孔径一般在3 nm～100 nm。利用超滤膜技术能够有效地实现对溶液的净化、分离以及浓缩。一般认为超滤膜技术的截留机理是筛分作用，不过有时膜的化学性质也会发挥一定的截留作用。超滤膜技术主要是以膜两侧的压力差作为基本动力，以超滤膜作为过滤介质，在压力作用下，水流过膜表面时只允许水和其他低分子量的溶质通过，从而实现对溶液的净化、分离以及浓缩。
1 饮用水处理
自20世纪末期以来，随着水环境污染的家具以及水质检测技术的提升，大量的水质问题出现在了人们面前，比较典型的有贾第虫和隐孢子虫问题、藻类污染加剧、水蚤和红虫问题以及水的生物稳定性问题等。在此背景之下，世界上的许多国家都对饮用水制定了一些指标项目和卫生标准。我国的《生活饮用水卫生标准》中的检测指标也在不断增加，第一和第二代饮用水技术，也就是常规的处理和臭氧—活性炭深度处理已经不能满足相关的标准，因此便引入了超滤膜技术，即第三代饮用水技术。
1.1 粉末活性炭—超滤膜（PAC—UF）联合工艺
粉末活性炭—超滤膜联合工艺能够有效结合PAC对于低分子物质的吸附作用和大分子细菌等微生物的少分作用，从而提高饮用水中有机物的去除率。现阶段许多学者对于粉末活性炭—超滤膜联合工艺的研究比较热门，认为其可能发展为代替常规饮用水处理工艺的膜技术。相关学者曾经提出了将一定的粉末活性炭加入UF装置的循环水流中并且组成吸附—固液分离工艺来达到净化饮用水的目的。PAV可以有效地吸附低分子物质，将溶解性有机物转移到固相，之后再利用UF膜将其从水中去除。除此以外，PAC还能够有效地防止膜污染。根据相关研究发现，粉末活性炭的浓度越大，高锰酸盐指数以及酚的去除效果都在上升，并且粉末活性炭还能够减轻污染，从而维持超滤膜的高比流量。
1.2 混凝—超滤组合工艺
混凝有混合、凝聚以及絮凝3个部分，混凝—超滤组合工艺的主要目的是形成絮体。其主要工作原理如下：1）首先是吸附—电中和;2）其次是吸附架桥;3）最后是网捕作用。混凝的主要目的是将水中的小分子物质形成矾花，之后在超滤膜的作用下形成滤饼层，如此一来，具有亲水性质的物质便会沉积在滤饼层之上，通过冲洗便可将其去除，然后恢复膜通量。综合而言，混凝—超滤组合工艺之所以能够有效地去除有机物主要有以下原因：首先，混凝能够使水中的小分子有机物形成微絮体，并提高其分离性能;其次，微絮体通过超滤膜以后能够被截留，从而更好地去除有机物分子。混凝预处理能够改善膜通量，强化膜的过滤性能并且提高出水的水质。现阶段，混凝—超滤组合工艺主要有压入式以及浸入式2种，根据相关学者的对比研究，发现压入式和浸入式2种工艺的有机物去除率分别为41.6%和36.5%，其运行费用分别为0.136元/m?和0.122元/m?，在实际应用的过程可以根据不同需求选择。
1.3 其他预处理形式与超滤膜技术联合工艺
有学者通过研究发现，在超滤膜饮用水处理中，用生物陶粒柱—PAC作为超滤膜的预处理工艺，能够有效去除饮用水的细菌，降低饮用水的浊度。除此以外，采用臭氧—生物活性炭—超滤工艺能够实现难降解和难溶解有机物的转化，从而使其成为易降解或者易溶解的有机物，之后通过活性炭的吸附作用能够将超滤膜的有机物负荷降低，提高其使用周期。另外也有相关研究表明，压缩活性炭—超滤工艺能够制备优良的饮用水，这主要是由于压缩活性炭棒能够优先去除憎水性的大分子有机物，从而降低其对于超滤膜的吸附作用，因此能够更好地预防和控制有机物污染。
2 废水处理以及海水淡化
超滤膜凭借其独特的特点，在生活污水、工业废水处理以及海水淡化的过程中都得到了广泛的应用。对于城市污水，常常采用膜生物反应器进行处理，处理效果十分明显，处理后的水可以回用，并且反应器的体积较小，成本较低，能够在城市小区中广泛应用。在含油废水中，超滤膜技术可以使水和其他低分子有机物透过膜，从而将油和水分离。20世纪60年代就已经有国家利用膜技术来淡化海水，但是其中面临着一个膜污染的严重问题。传统的预处理方式不能够保证入水的水质，因此很多淡化工厂没有对此进行准确的设计分析，从而导致了制水成本的增加。根据世界各个国家的膜技术淡化实践可以发现，超滤技术可以有效地控制水质，从而保证反渗透法的入水水质。
3 我国超滤膜技术发展趋势
无论是在国内还是国外，超滤膜技术的应用都比较广泛，虽然我国的超滤膜技术发展比较快，但与其他发达国家仍然存在一些差距。其中存在的主要問题是超滤膜的污染问题。
不可否认，目前超滤膜技术已经在水处理的很多领域得到了比较广泛的应用，然而其污染问题仍然亟待解决。超滤膜的污染物质在膜的表面降低了膜的通量，在很大程度上阻碍了超滤膜技术的应用和发展。鉴于此，有很多的学者和科研单位在深入研究超滤膜污染机理的基础上对其防治过程提出了一些措施，然而大多数的研究仅是对料液的性质以及污染物的截留等进行了定性的分析，并没有对其进行定量地探索，所以这也是日后超滤膜技术发展的重要方向。
4 结语
该文从饮用水处理、污水处理、废水处理以及海水淡化等方面对现阶段超滤膜技术在水处理领域的应用进行了比较深入的研究和分析，并且在此基础上对我国超滤膜技术的发展趋势和应用前景进行了讨论。客观而言，我国的超滤膜技术还不够成熟，相关学者和技术人员应当在应用实践中不断发现超滤膜技术所存在的问题，积累经验，加强学习，吸取教训，争取不断提升其在水处理领域的应用水平，从而促进我国的经济平稳发展。
参考文献
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