张 涛

（邯郸市生态环境局邯山区分局 河北邯郸 056000）

引言

当前人类社会水平得到了飞速发展，更多现代化的水处理技术，促进了污水治理的发展。同时，随着当前城市化进程的不断加快，人们对于生活用水的质量提出了更高的要求，也进一步促进了社会生态文明环境的可持续发展。当前社会发展的首要任务是构建一个良好的生态环境体系，而在这一体系当中，水资源的洁净程度起到至关重要的影响[1]。当前，由于部分工厂、加工企业当中存在污水排放不合理的问题，加之其他相关因素的存在，使得水污染问题逐渐严重，不仅会造成整个生态水系统遭到破坏，威胁到人类的身体健康，同时还会对整个生态环境造成极为严重的不利影响。超滤膜技术是近几年来出现的一种全新的污水治理技术，其应用原理是利用滤膜的作用，将污水当中存在的颗粒物、杂物等进行过滤，从而提高水的洁净度[2]。当前超滤膜技术主要应用在各个工业生产厂家当中，并且在实际应用中具有安全性高、操控性强等优势。但该项技术目前在环境污水治理领域应用较少，并且有关这一方面的研究更少。基于此，本文开展超滤膜技术在环境污水颗粒物过滤中的应用研究。

1 超滤膜技术在环境污水颗粒物过滤中的应用

1.1 基于超滤膜技术的污水颗粒物过滤膜组件选择

将超滤膜技术应用到对环境污水的治理当中时，首先需要对污水颗粒物过滤膜组件进行选择。过滤膜组件的基本结构包括膜芯和支撑体，通过外加驱动力的作用下，可直接将其应用到污水处理当中，并作为最小的膜安装单元[3]。根据污水处理的标准，选用管式膜组件结构。

管式颗粒物过滤膜组件整体呈现出管状结构，通过管式过滤膜组件可将导入到组件内的环境污水当中的颗粒物过滤，并且在一端将截留物排出，一端将渗透物排出。同时，该组件的内容包含了两层膜和一层间隔物，其结构为“膜”—“间隔物”—“膜”。这种管式过滤膜组件的应用优势在于其具有良好的流动性，并且流道空间更大，不会受到压力作用的影响，可以实现对高浓度以及粘稠液体的过滤。

1.2 环境污水中动态层溶液萃取及颗粒物分离

完成对超滤膜技术应用时污水颗粒物过滤膜组件的选择后，需要在环境污水的动态层当中实现对溶液的萃取，并完成对颗粒物的分离过滤处理。在对含有大量颗粒物的环境污水进行处理时，在超滤膜技术应用的基础上，利用油滴分散的方式，在环境污水当中进行溶质之间的相互传递，当油滴随着含有颗粒物的污水通过预涂层后，油滴与水相会在多孔预涂颗粒的相互作用下，形成动态层流状态。在形成动态层后，引入一个微流控制通道，当环境污水的流速保持不变后，通过微流控制通道对流体的流动方向及位置进行调整，从而更加精确地对动态层溶液扩散的时间进行控制。微流控制通道为“T”型结构，在通道结构的制备可利用3D 打印机实现，打印材料可选用能够溶于水中的PVA 材料。将完成打印后的模型底部固定在一个平滑的表面上，并在其周围搭建围栏结构，并保证围栏结构的高度超过整个微流控制通道的高度[4]。按照10:1 的比例配置PDMS 单体与键合剂，并在充分搅拌均匀后，在真空、干燥的环境当中进行抽真空处理，去除掉PDMS 溶液当中多余的气泡，以此防止在材料固化后，材料上仍然存在气泡，影响动态层溶液的萃取效果。将上述制备的微流控制通道放置在水相层与油相层的中间位置，并完成对动态层溶液的萃取。同时，在实际操作过程中，还可通过改变油相当中氯离子浓度以及萃取环境条件的方式，实现对萃取效率的调控。完成萃取后，剩余部分溶液直接与上述选择的污水颗粒物过滤膜组件的原料进口端相连接，在截留端产生的废物即为过滤后得到的颗粒物，以此实现对环境污水中颗粒物的过滤。

1.3 清洗被污染过滤膜

将超滤膜技术应用到实际环境污水处理当中，无论采用哪种材质的膜以及哪种结构的过滤膜组件，其表面都会受到不同程度的污染，因此为了确保最终过滤结果能够达到预期效果，在每次进行环境污水处理和完成环境污水处理后，都需要对被污染的过滤膜进行清洗。针对不同被污染情况，可采用物理清洗方法和化学清洗方法两种。

物理清洗方法可利用超声波技术恢复被污染过滤膜的通量，在实际应用中，这种清洗方法不会对周围环境以及过滤膜造成二次污染，并且不会导致过滤装置出现腐蚀问题。在实际操作中，通过反向操作使透过液从过滤膜出液一侧反向流向到处理液一侧，以此保证过滤膜表面以及孔隙与过滤膜结合力较小的污染物能够在反向冲水的作用下脱落，并逐渐流回到处理单元。针对物理清洗方法，对其反冲洗周期进行确定，其表达式为：

公式（1）中，f（t）表示被污染过滤膜反冲洗周期；Qf表示两次冲洗周期之间的透水量；Qb表示一次反冲洗的耗水量；tf表示反冲洗持续时间；tb表示为被污染过滤膜的全部透水耗时。

化学清洗方法主要是通过利用化学药品的方式对过滤膜进行清洗。利用碱或酶溶液，对过滤膜上残留的二氧化硅、蛋白质等物质进行溶解，实现对被污染过滤膜上残存此类物质颗粒物的清除，从而恢复过滤膜本身的通量[5]。

化学清洗具体步骤为：物理初步清洗后，加入化学药品，并化学循环20min，浸泡30min 后再次化学循环10min，最后再进行一次物理清洗。化学清洗使用药品的清洗浓度以及生产厂家如表1 所示。

表1 化学药品清洗浓度与生产厂家

在选择过滤膜材料时，应当选择具有亲水性特点的材料。亲水性能越强，则过滤膜的抗污染性能越高。根据污水颗粒物过滤时截留分子量的要求以及污水当中颗粒物直径大小的实际情况，可选择孔径分布在0.04～0.18 微米范围以内的过滤膜，这一类型过滤膜具有最大通量，并且在规定范围内过滤膜对环境污水颗粒物过滤时具有最强抗污性。

完成对被污染过滤膜的清洗后，为了验证其清洗效果，可将过滤膜晾干后，让纯水流过过滤膜对其通量情况进行记录的方式，验证过滤膜是否被清洗完全。而在此次研究过程中，由于受到研究条件的限制，采用渗透率恢复比对化学清洗效果进行评价。渗透率恢复比r 的计算公式为：

上述公式中，η 表示超滤膜的渗透率，Ø 表示水流通量，P 表示超滤膜的跨膜压差，η0表示超滤膜经过化学药品清洗后的渗透率，η' 表示超滤膜清洗前的初始渗透率。

通过公式（2）与公式（3）所示的计算过程可知，当渗透率恢复比r 的值是一个大于1 的值，渗透率恢复比越大说明化学清洗的效果越好。

2 实例应用分析

首先，在环境污水厂现有过滤装置及相应水处理条件的基础上，引入本文上述选择的污水颗粒物过滤膜组件，并将过滤装置的环境污水的进口阀关闭；其次，对过滤装置的取样阀出口进行清洁处理，并确定取样阀在运行过程中没有阻塞问题的情况下，将超滤膜技术应用时所需的处理液引入到进口管当中，并用喉箍将进口管进行固定。打开取样阀，在确保接口不会出现脱落问题并且不会有液体渗出后，按照本文上述操作，完成对黄金污水中颗粒物的过滤。表2 为污水过滤处理后的出水指标对照表。

表2 污水过滤处理后的出水指标对照表

按照本文上述论述内容，随机选择3 天过滤后的环境污水作为研究对象，将利用超滤膜技术完成颗粒物过滤的环境污水中各个指标对应测量情况进行记录，并将记录结果与上述表1 污水过滤处理后的出水指标进行比较，得到如表3 所示的结果。

表3 超滤膜技术对环境污水颗粒物过滤结果表

通过将表2 和表3 中的数据进行对比可以看出，经过超滤膜技术处理后的环境污水，其各个处理标准指标参数均在标准范围以内，说明这三天水质均达到了国家处理标准。因此，结合实例应用分析得出，将超滤膜技术应用到对环境污水的颗粒物过滤当中具有良好的污水处理效果，可实现对水资源的进一步净化，提高水资源的利用效率。

完成环境污水过滤后，采用化学清洗方法清洗超滤膜，四种化学药品柠檬酸、NaOH、NaCIO、HCI 以及一种NaCIO 与HCI 组合化学药品的清洗效果如图1所示。

图1 不同化学药品的清洗效果

从图1 所示的清洗效果中可以看出，柠檬酸、NaOH、NaCIO、HCI 以及组合NaCIO、HCI 药品的渗透率恢复比分别为0.99、1.03、1.14、1.62 以及1.69。因此，说明柠檬酸、NaOH 的清洗效果较为不明显，而清洗效果最好的是NaCIO、HCI 组合药品。

结语

本文在传统环境污水处理的基础上，结合当前先进的超滤膜技术，开展其在环境污水颗粒物过滤当中的应用研究。根据环境污水处理条件，采取一些简单、易操作的方式，解决了现有环境污水处理运行过程中出现的诸多瓶颈问题。通过应用实例分析的方式进一步证明，将超滤膜技术应用到实际环境污水治理当中，能够确保处理后的水资源各项指标均在标准范围以内，实现对环境污水的高效净化，提高了对水资源的利用效率。由于研究条件有限，在选择污水颗粒物过滤膜组件时仅考虑到了过滤膜组件的应用性能，对于其经济效益方面未进行过多考虑，因此从成本角度分析，上述过滤方法仍然存在不足。对此，在后续的研究中还将对其进行更加深入研究，从而为不断完善环境污水治理提供更有利的技术条件。