蔡琪芳，王 露

（1.蘇州湖天電氣開發(fā)有限公司，江蘇 蘇州 215100；2.華東電力設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200063）

改革開放以來，我國日益重視水資源使用過程中產(chǎn)生的污染問題。隨著各地研究的深入，人們在水處理凈化方面取得了顯著成果。其中，超濾膜技術(shù)因其具備成本低廉以及效果顯著兩項(xiàng)特質(zhì)，得到各地的大力推廣和應(yīng)用。為有效地保障居民的身體健康和提高居民生活質(zhì)量，避免水污染對人體造成重金屬中毒，我國已將超濾膜技術(shù)作為水污染處理方面的一大主流技術(shù)。

1 超濾膜技術(shù)概述

1.1 超濾膜技術(shù)的原理

1.1.1 超濾原理

超濾膜技術(shù)本質(zhì)上是過濾的一種，相對于傳統(tǒng)濾紙過濾來說，超濾膜技術(shù)屬于一種精度更高、更便捷的過濾方法。超濾膜技術(shù)與傳統(tǒng)濾紙過濾依據(jù)的是同一種物理原理，因此兩者本質(zhì)上相同。超濾是隨著現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展而產(chǎn)生的更加先進(jìn)的過濾介質(zhì)。

超濾原理指的是外部做功推動原水，因超濾膜本身材質(zhì)與構(gòu)造的特點(diǎn)，在一定空間內(nèi)造成膜內(nèi)、外兩側(cè)壓強(qiáng)差，原水受到壓力緩緩?fù)ㄟ^超濾膜介質(zhì)，由于超濾膜介質(zhì)的特性做出被動篩選，使得超濾膜另一側(cè)流出的水中不含細(xì)菌、砂礫等大分子污染物[1]。

1.1.2 微透過原理

微透過原理屬于物理原理，本質(zhì)上是指水經(jīng)過超濾膜介質(zhì)的過濾過程。因?yàn)楹Y網(wǎng)直徑的限制，在水經(jīng)過超濾膜介質(zhì)的過程中，所含雜質(zhì)與細(xì)菌無法通過0.002～0.100 μm的篩選區(qū)間。

隨著我國現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)今超濾膜技術(shù)已從單膜過濾發(fā)展到多膜過濾，這意味著微透過原理在超濾膜技術(shù)上得到進(jìn)一步的應(yīng)用。微透過原理與超濾原理的不同點(diǎn)在于：微透過原理指的是水處理過程中由于超濾膜介質(zhì)本身的特性而進(jìn)行的過濾，具有細(xì)指超濾膜介質(zhì)“篩網(wǎng)”性質(zhì)的功能；超濾原理指的是水處理過程中由于超濾膜設(shè)計(jì)而進(jìn)行過濾的過程，具有概述整個(gè)過濾階段的功能。

1.2 超濾膜技術(shù)的特質(zhì)

1.2.1 純物理化過濾

在以往傳統(tǒng)的水處理過程中，因技術(shù)還不成熟，我國多采用化學(xué)手段進(jìn)行凈水處理，具體過程為：使用化學(xué)藥劑與廢水進(jìn)行分子式反應(yīng)，生成與水不相溶的雜質(zhì)，接著對反應(yīng)物雜質(zhì)進(jìn)行初步的沉淀與過濾。由于雜質(zhì)本身與水的不相溶在物理意義上并不是完全的不相溶，因此經(jīng)過此法處理后的水必須加熱后方可飲用。同時(shí)，由于使用的化學(xué)藥劑與水中有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)生成微溶于水的三氯甲烷等有害成分，水在處理過程中不可避免地產(chǎn)生二次污染[2]。

超濾膜技術(shù)采用傳統(tǒng)的物理過濾，不僅避免了二次污染的化學(xué)反應(yīng)生成物，還對雜質(zhì)與細(xì)菌進(jìn)行更加精細(xì)的過濾篩選，使得水處理過程中的礦物質(zhì)與微量元素等對人體有益的物質(zhì)得到保留，避免了由化學(xué)藥劑生成的氯化物對人體造成的危害。

1.2.2 簡略化過程

傳統(tǒng)的水處理方法中，一般采用氯制劑的漂白粉對廢水進(jìn)行消毒。由于氯制劑在廢水處理過程中屬于消耗品，需求數(shù)量眾多，因此一直以來氯制劑的采購與制造使得我國廢水處理成本相對高昂。在使用漂白粉消毒的過程中，氯氣本身帶有劇毒并且能在光照條件下與氫氣發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，因此極易導(dǎo)致自來水廠安全投入成本增加[3]。

與氯制劑相比，超濾膜作為物資設(shè)備，具有使用期限較長、更換操作安全便捷等優(yōu)點(diǎn)。因此，采用超濾膜技術(shù)不僅能大大節(jié)省環(huán)境工程水處理中的各項(xiàng)成本，還使得安全系數(shù)得到整體的提升。

2 我國現(xiàn)今超濾膜技術(shù)存在的問題

2.1 我國現(xiàn)今超濾膜技術(shù)在應(yīng)用方面存在的問題

2.1.1 重金屬水污染

重金屬污染會對我國生態(tài)環(huán)境及人體健康造成極大負(fù)面影響，而水生環(huán)境中存在的可溶性金屬，其毒理性高于相應(yīng)的固態(tài)顆粒金屬毒理性。重金屬毒性不能通過生態(tài)鏈進(jìn)行有效的自然降解，而是會遵循食物鏈流動在生物體內(nèi)積累，導(dǎo)致最終某一特定群落爆發(fā)出中毒廣泛性與畸形遺傳生物性的風(fēng)險(xiǎn)[4]。

我國目前的超濾膜技術(shù)雖然避免了二次化學(xué)污染的風(fēng)險(xiǎn)，但對于原水中含有的重金屬等有害物質(zhì)并沒有完整的處理手段。重金屬在水中以化學(xué)性質(zhì)的金屬離子溶解物存在，從而得以通過超濾膜介質(zhì)0.002～0.100 μm的篩選區(qū)間。

2.1.2 家庭油質(zhì)廢水與工業(yè)油脂廢水的處理

在烹飪時(shí)，人們普遍會用到食用油。因乳化劑具有調(diào)和油與水相融的混合性特質(zhì)，人們基本都會使用乳化劑作為餐盤清潔劑。油本身在物理定義上不屬于大分子，因此采用超濾膜技術(shù)無法達(dá)到理想的處理效果[5]。

大部分工業(yè)油脂廢水可以通過過濾方法去除，但是危害較大的乳化油與溶解油難以去除。乳化油和溶解油的油滴直徑極小，完全可以通過超濾膜介質(zhì)0.002～0.100 μm的篩選區(qū)間，致使超濾膜失效。

2.2 現(xiàn)今我國超濾膜技術(shù)存在的問題

2.2.1 超濾膜技術(shù)起步較晚

早在18世紀(jì)中葉，施密特通過棉質(zhì)制成的膠膜進(jìn)行過濾提純，由于當(dāng)時(shí)使用的膠膜提純精度大大高于濾紙，于是“超濾”第一次作為正式概念出現(xiàn)在公眾視野中。19世紀(jì)末，學(xué)者馬丁制造出第一張真正意義上的人工超濾膜。20世紀(jì)中葉，隨著分子概念的提出，超濾技術(shù)已經(jīng)逐漸發(fā)展為現(xiàn)代成熟技術(shù)[6]。

相對于國外數(shù)百年的超濾膜技術(shù)發(fā)展史，我國的研究始于20世紀(jì)80年代。一開始為了滿足工業(yè)發(fā)展需要，從國外引進(jìn)相對成熟的超濾膜技術(shù)。作為應(yīng)用在生物與環(huán)境領(lǐng)域的分離與提純新興技術(shù)，超濾膜技術(shù)因其高效、環(huán)保的特性得到我國各地的大力推廣，但因起步較晚，其推廣受到技術(shù)限制。

2.2.2 水污染的差異性

工業(yè)排放的重金屬廢水會引發(fā)水污染，而工業(yè)廢水中的重金屬元素多種多樣。因此，人們在應(yīng)用超濾膜技術(shù)過濾重金屬廢水時(shí)，不僅要面臨使用物理方法解決不同化學(xué)特性的應(yīng)用難題，還面臨著識別不同金屬離子從而做出相應(yīng)處理的技術(shù)性識別檢測難題。同時(shí)，我國作為農(nóng)業(yè)大國與工業(yè)大國，污染物不僅包含工業(yè)廢水中的重金屬離子，還包含硝酸根離子、硫酸根離子、氰化物、揮發(fā)性有機(jī)物和二噁英等。

3 超濾膜技術(shù)現(xiàn)存問題的應(yīng)對策略

3.1 完善水體凈化處理體系

3.1.1 飲用水凈化

當(dāng)前，要建設(shè)好飲用水管道，盡可能降低飲用水在消毒與運(yùn)輸過程中的污染風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，飲用水管道建設(shè)可以制定專門的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，確保群眾在生活中做到節(jié)約用水，將生活用水和生產(chǎn)用水的標(biāo)準(zhǔn)制度化，減少水資源的浪費(fèi)，倡導(dǎo)水資源循環(huán)利用，使得節(jié)約資源生活化，固化到社會群眾的思想意識中，從自我做起，從小事做起。

針對重金屬可能污染飲用水，人們要加強(qiáng)超濾反滲透多膜組合模式的管道建設(shè)，以合理成本建設(shè)完整的凈化反滲透體系，從而確保飲用水源的純凈度，提高群眾的生活質(zhì)量，保障社會大眾身體健康。

3.1.2 家庭與工業(yè)廢水進(jìn)行區(qū)分

對于家庭油脂廢水與工業(yè)油脂廢水，人們要開展差異性的管道建設(shè)，根據(jù)微粒與離子的直徑差異，進(jìn)行顆粒過濾、微濾、超濾、納濾與反滲透等水處理凈化操作。嚴(yán)格區(qū)分家庭生活用水和工業(yè)生產(chǎn)用水，制定相應(yīng)的過濾指數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，劃分生活用水和生產(chǎn)用水的界限，保障人體健康和生產(chǎn)動能。

3.2 進(jìn)行超濾膜技術(shù)的研究重組

3.2.1 活性炭與超濾膜技術(shù)的互補(bǔ)性重組

超濾膜作為物資設(shè)備，具有使用壽命長和不易消耗等特點(diǎn)。但是，我國超濾膜技術(shù)研究起步較晚且供水量大，致使超濾膜在推廣過程中不可避免地受到成本因素的制約。為了盡可能保障以超濾膜技術(shù)為中心的凈化流程，有效降低超濾膜技術(shù)應(yīng)用的成本，使其得到有效推廣，建議可以采用活性炭與超濾膜雙重過濾模式進(jìn)行廢水處理。

3.2.2 污染源分析與超濾膜技術(shù)的戰(zhàn)略性研究

建議根據(jù)當(dāng)?shù)氐匦蔚惹闆r建立相關(guān)的污染源數(shù)據(jù)分析庫，根據(jù)污染源數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)分析，進(jìn)一步對調(diào)節(jié)閥、產(chǎn)水箱等進(jìn)行有效控制與調(diào)節(jié)的戰(zhàn)略性研究，從而最大限度地發(fā)揮超濾膜技術(shù)在水處理體系中的過濾功能。超濾膜污水處理原理如圖1所示。

圖1 超濾膜污水處理原理

4 結(jié)語

環(huán)境問題影響社會的可持續(xù)發(fā)展，新時(shí)代，國家高度重視環(huán)境保護(hù)工作。超濾膜技術(shù)可以有效處理生活污水和工業(yè)廢水，為人們帶來潔凈水源，因而被廣泛應(yīng)用于環(huán)境工程水處理中。目前，我國的超濾膜技術(shù)仍然存在一定不足，但它無可置疑地為我國環(huán)境工程水處理提供了新思路。通過超濾膜技術(shù)的重組，人們可以彌補(bǔ)超濾膜技術(shù)的不足，有效提高水處理的質(zhì)量與效率，從而為我國治理環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。