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1超濾技術的理論概述與工作原理

超濾技術實際上要歸類于膜分離技術中的一種，都是通過運用壓力差促使水體發(fā)生篩孔分離的過程。超濾技術自20世紀70年代被研發(fā)和廣泛應用以來，憑借其突出于傳統廢水處理技術的優(yōu)勢，獲得了廣闊的發(fā)展空間。簡單來說，超濾技術就是一個關乎與膜孔徑大小的物理篩分流程，該流程主要是憑借膜兩側所產生的壓力差為主要動力，同時運用超濾膜的過濾功能實現水體不同分子的分離，其過濾分離過程既是將水、無機鹽、小分子物質及無機物通過超濾膜，并在此過程中將膠體、微生物、蛋白質、懸浮物等大分子與水體隔離開，從而實現凈化液體、完成該液體濃縮與分離的過程。同傳統污水分離處理技術相對比，新型超濾技術具有以下幾種突出優(yōu)勢：

①超濾技術在特定情況下可以達到一定的平衡值，緩解相關數值持續(xù)衰減的現象；

②超濾技術所涉及的范圍較廣，因此能夠有效將含有不同分子物質的混合溶液進行分離并提取純粹液體；

③該超濾技術設備不僅體積較小同時還具有操作簡單、易于檢修等優(yōu)勢；

④超濾技術工作效率高；

⑤超濾技術對于幾乎不受運行環(huán)境的影響，且在運行過程中不存在相際間變化；

⑥由于超濾技術設備成本低，且運行耗能低，因此在應用中所需投資較小；

⑦超濾設備在運行過程中主要利用膜兩側的壓力為主要分離動力，因此消耗能源較小，設備運行程序簡單明了。

2超濾膜以及超濾系統組件的種類

通常情況下超濾膜設備都是選用非對稱結構，一般采用較為嚴密的多孔和皮層等多種支撐層組成過濾結構，在超濾設備系統內支撐層的皮層一般都要低于孔徑的數量級，通過減小過濾時所產生的阻力，從而致使溶液中的大分子雜質在通過皮層時，被有效隔離下來，最大限度保證過濾溶液的純凈度，最終實現超濾系統的過濾效果。超濾膜的主要材料有兩種：

①無機超濾膜；

②有機超濾膜。通常情況下，無機超濾膜囊括了多孔玻璃膜、陶瓷膜、氧化鋁膜等。而有機超濾膜中則包括聚醚砜膜、聚偏氟乙烯膜、及聚氯乙烯膜、聚酰亞胺膜、醋酸纖維膜、聚對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纖維膜、聚砜膜、聚醚砜膜、聚丙烯腈膜、聚偏氟乙烯膜和聚酰亞胺膜等。現階段，有機超濾膜在工業(yè)生產中的應用率要高于無機超濾膜，另外，工業(yè)中所使用的超濾系統設備模塊主要包含有回轉式、中空纖維式、卷式、平板式、管式等等。

3超濾技術的發(fā)展現狀

具有高滲透性能的反滲透膜自20世紀60年代被研發(fā)應用以來，在很大程度上推進了超濾技術的蓬勃發(fā)展。在開發(fā)初期，超濾技術常被應用于廢料循環(huán)以及廢水處理中，經過逐步的發(fā)展，逐漸被引用到效益較好的食品生產行業(yè)和金屬表面電泳涂裝方面。當下，超濾技術在長久的發(fā)展積淀之后，正式投入到以水資源凈化為主要方向的工業(yè)生產中，主要應用方式包含提純物質、處理廢水、凈化水質等。超濾技術在近幾年的發(fā)展科研方向主要圍繞新型超濾膜展開，現階段已投入生產的超濾膜與以往超濾膜相比，在穩(wěn)定性和pH值適用范圍等方面占有充分的優(yōu)勢，因此，在含油廢水處理方面取得了較好的成效。超濾技術在現階段工業(yè)生產的應用發(fā)展情況，可以分為以下幾個區(qū)塊來分析：

①熒光塑料膜。這種形式的超濾膜能夠較好的完成乳化金屬軋制廢水的處理工作，當該超濾設備運行效率升至30L/（m3•h）階段時，該超濾膜過濾時所形成的雜質能夠運用50℃的熱水，并保持4~5m/s的水流速度進行沖洗。另外，為了充分溶解過濾過程中遺留在過濾膜上的雜質，有效預防超濾膜發(fā)生氧化從而堵塞膜孔，可以采用氯化氫水溶液沖洗超濾膜；

②其他類型超濾膜。主要包括兩種類型：a.聚醚-聚酮膜，該類型超濾膜能夠有效隔離小分子化合物質。b.聚醚-聚砜膜，該類型超濾膜具有穩(wěn)定的化學性能和良好的耐高溫性能；

③聚氯乙烯-聚丙烯腈膜。該類型超濾膜能夠有效使含乳化油類污水油水分離，經過過濾之后水體可按常規(guī)排入下水道中，過濾出的油相可用于燃燒；

④多孔陶瓷超濾膜。該類型超濾膜表層附帶聚合物鏈，屬于混合膜。過濾水體可以在過濾過程中做出有選擇性的反應，并且根據該反應確定水體結構與超濾膜之間的關系。

4超濾技術在廢水處理中的運用分析

4.1在生活廢水處理環(huán)節(jié)應用超濾技術

通常情況下，人類生活所產生的廢水主要分為兩大領域：

①污染情況比較嚴重的廢水，此時需要其他高科技新興技術輔助超濾技術進行處理；

②污染情況比較輕微的廢水，這種情況比較易于解決，僅應用超濾技術就能夠較好的處理。當遇到生活廢水污染情況較嚴重時，需要借助絮凝超濾耦合、膜生物反應器、活性污泥超濾耦合等設備的輔助動力，協助超濾技術完成廢水處理工作。通過實驗數據證明，該處理流程所過濾出的水體能夠直接用于市政用水。通過一些科研學者的研究成果證明，在處理污染等級較高的生活廢水時，聚砜中空纖維超濾膜有較好的效果。另外，還有學者通過混凝、微濾顆粒活性炭以及顆粒活性炭等過濾方式，對生活污水進行了預處理后超濾對比試驗，實驗結果證明通過絮凝與超濾耦合技術對生活污水進行預處理后，有效提高了超濾膜的通量，化學需氧量去除率高達66%，而在超濾系統污水處理過程中合理融入絮凝處理技術，則能將化學需氧量去除率提升至78%；通過運用微濾顆粒活性炭對生活廢水進行處理后，該水體在超濾設備中的過濾阻力明顯下降，能夠獲得較為理想的污水分離效果。

4.2在食品加工工業(yè)廢水處理環(huán)節(jié)應用超濾技術

由于食品生產加工種類繁多，因此生產和加工環(huán)節(jié)所產生的廢水量與污染程度也存在較大差異，一般情況下，廢水中的化學需氧量濃度往往較高，如若不經過濾處理直接排放出去，則會造成自然水體富營養(yǎng)化，并且引發(fā)水底沉積物質散發(fā)異味，污染水質破壞生態(tài)環(huán)境。應用超濾技術進行污水處理后，該技術的截留和膜通量優(yōu)勢能夠有效處理高濃度的食品廢水，其中幾種聚醚砜超濾膜所截留的分子質量大約在20~70KDa，當污泥停留時間和水力停留時間處于50d與60h時，化學需氧量的去除率保持在80~95%之間，通過進行各種超濾膜的通量變化比較，充分證明造成膜通量逐漸降低的主要因素是超濾膜表層所遺留的生物污染。另外，通過國外科研人員的相關實驗，運用各種集成技術針對肉類加工過程所產生的廢水進行處理，所產生的實驗對比數據證明，通過一系列集成技術輔助超濾技術進食品加工廢水處理，經過處理得廢水能夠達到工廠回用質量要求。

4.3在紡織印染工業(yè)廢水處理環(huán)節(jié)應用超濾技術

通常情況下，紡織印染工業(yè)生產過程中所產生的廢水，往往含有高濃度的化學染劑殘留物，包括含氮化合物、助劑、殘留染料、纖維屑、漿料等，該工業(yè)廢水的主要特點表現為含氮量高、色度深、堿性強、機物濃度高等，對于此難度性較大的廢水處理，若采取普通過濾方法，將會在處理過程中遇到較大阻礙，并且能源消耗過大、成本投資較高，無法達到理想的處理效果。針對以上情況，應用超濾技術能夠較好的解決普通過濾技術所出現的問題，并且能夠呈現較好的過濾效果。通過一些專家學者分別運用超濾技術、膜生物反應器、活性泥污等方式處理紡織類工業(yè)洗滌廢水，以及運用超濾技術實現印鈔廢水的再生利用實驗，充分說明超濾技術在處理紡織印染工業(yè)廢水過程中，具有以下幾個方面的優(yōu)勢：

①通過運用超濾技術進行紡織洗滌工業(yè)廢水的過濾與循環(huán)使用之后，檢測到的數據表明可減少用水量88%，廢水中的化學需氧排放量降低至85%，通過實驗可有效循環(huán)使用洗滌劑，達到降低投資成本的目的；

②通過對膜生物反應器所處理的廢水進行檢測發(fā)現，該廢水中的化學需氧量去除率高達99%，水體中的色度和氨氮含量去除率均達到73%，并且實現了滲透液的循環(huán)利用；

③通過對比活性污泥處理紡織印染工業(yè)廢水的處理效果發(fā)現，對于紡織印染工業(yè)領域超濾技術是最佳的廢水處理途徑；

④通過運用超濾技術處理印鈔廢水，并對超濾膜的再生情況進行實驗分析可知，通過深入清洗能夠有效實現超濾膜的循環(huán)使用，并且能夠恢復原始通量，在很大程度上延長了超濾膜的使用壽命，降低了投資成本。以某羊毛衫毛條廠為例，該廠在進行洗毛廢水處理過程中應用了超濾技術，實際選用的超濾膜總體面積為70m2，所處理的具體水量為70m3/d，該超濾膜的表層流速為4m/s，單位時間內通過超濾膜的水流量是38~42L/（m2•h）。其洗毛廢水中所含的TS、COD、羊毛脂在首次過濾中去除率可達83%、97%、99%以上，COD濃度指數由過濾前的69000mg/L降低至2800~47000mg/L左右，其中羊毛脂含量由過濾前的14800mg/L降低至150~270mg/L。

5超濾技術在廢水處理過程中的問題與未來發(fā)展趨勢分析

通過一系列的分析與研究發(fā)現，超濾技術在各個領域的應用中所集中反映出的問題是超濾膜的污染問題。超濾膜在受到污染后，會在表層堆積過濾殘渣導致過濾性能下降，過濾阻力增大相應的通量減小，大大降低超濾膜的使用壽命，這一現象嚴重影響了超濾技術對于廢水的處理效果。超濾膜的污染是污染水體與超濾膜之間相互作用所形成的必然結果，這一現象主要受到污染水體中的化學物質性質、超濾膜性質、污水處理過程中的各項條件因素的影響。因此，在超濾技術的未來發(fā)展中，應當將研發(fā)重心投放在超濾膜的耐久性、抗污抗堵以及降低耗能等方面，同時有效提高超濾技術的設計水平，完善超濾設備的管理工作，克服超濾技術在廢水處理中的諸多問題。

6結束語

綜上所述，超濾技術以其分離效率高、設備操作簡單明了、投資成本低、能源消耗低、流程短等突出優(yōu)勢，被廣泛應用于各個領域的廢水處理工作中。隨著科技的不斷進步，更多新型超濾膜品種將會逐步被研發(fā)出來，超濾技術也會在發(fā)展中不斷更新與完善，挖掘更多的應用優(yōu)勢，有效擴展其應用范圍，為我國的污水處理工作創(chuàng)造良好的技術條件。

作者:俞曉麗單位:余杭區(qū)環(huán)境保護局