超滤膜技术在饮用水处理中的应用现状及膜污染控制

超滤膜技术在饮用水处理中的应用现状及膜污染控制

刘鑫阳

大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司，内蒙古自治区锡林郭勒盟，026000

摘要：超滤膜技术作为一种先进的分离技术，在饮用水处理领域得到了广泛的应用。超滤膜技术具有高效、环保、低能耗等优点，能够有效去除水中的悬浮物、微生物和部分有机物，提高水质的安全性和可靠性。

关键词：超滤膜技术；饮用水；应用现状；膜污染控制

引言

《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2022)的发布实施对饮用水卫生安全提出了更精确的要求,部分现有饮用水处理工艺需进一步升级改造。超滤技术作为饮用水厂的常用处理技术,已被广泛应用于多种综合应用技术中。

1超滤膜技术概述

超滤膜技术是在膜两侧压力作用下,使溶液从高压侧透过超滤膜至低压侧,可有效截留水体中的大尺寸物质,如颗粒物、胶体、有机大分子等,其孔径一般为1~100nm,广泛应用于溶液分离、浓缩、水的净化等方面,可应用于食品行业、造纸行业等多个领域。部分常见的超滤膜技术应用领域及主要膜材料如表1所示。超滤膜的类型主要包括平板超滤膜、中空纤维超滤膜、多孔超滤膜、管式超滤膜、毛细式超滤膜。超滤膜材料可分为有机材料和无机材料两类,有机材料包括纤维素类(如再生纤维素、三醋酸纤维素、混合纤维素等)、聚砜类(如聚砜、磺化聚砜、聚醚砜等)、聚烯烃类(如聚氯乙烯、聚丙烯腈)等;无机材料包括陶瓷(氧化锆、氧化铝、氧化钛等)、玻璃(多孔玻璃)、金属(不锈钢粉)。超滤膜技术虽然可以有效去除大分子有机物,但其本身也具有一定的局限性。超滤膜存在对无机离子、小分子有机物等物质截留率低等问题,当原水污染较为严重时,单独采用超滤膜技术进行处理可能无法达到理想的出水要求,因此,应在工程应用中考虑将超滤膜技术于其他常规处理单元或深度处理单元组合应用,如混凝、臭氧氧化、活性炭工艺等,进而提升水处理效果。

2超滤膜技术在饮用水处理中的应用现状

超滤膜技术作为一种先进的膜分离技术，在饮用水处理领域得到了广泛的应用。超滤膜技术的原理是通过超滤膜对水中的悬浮物、微生物和部分有机物进行拦截，从而实现对水质的净化。超滤膜技术的应用现状可以从以下几个方面进行阐述：(1)水处理能力：超滤膜技术具有较高的水处理能力，能够有效去除水中的悬浮物、微生物和部分有机物，从而提高饮用水的质量。根据不同的水质要求，超滤膜的孔径和膜材质也会进行相应的选择，以保证处理效果。(2)应用范围：超滤膜技术在饮用水处理中应用范围广泛，不仅可以用于城市饮用水的处理，还可以用于农村饮用水净化、应急供水等领域。(3)膜材料发展：随着科技的发展，超滤膜材料的种类越来越多，如聚偏氟乙烯（PVDF）、聚醚砜（PES）等。这些新型膜材料具有更好的耐污染性能和更长的使用寿命，为超滤膜技术在饮用水处理中的应用提供了有力支持。(4)膜污染控制：膜污染是超滤膜技术在饮用水处理中面临的主要挑战之一。为了控制膜污染，研究者们开发了多种方法，如优化膜材料、改进膜结构、采用膜清洗技术等。这些方法在一定程度上缓解了膜污染问题，提高了超滤膜技术的稳定性和水处理效果。

3超滤膜技术在饮用水处理中膜污染控制的策略

3.1膜材料选择

膜材料的选择是控制膜污染的关键。目前，常用的超滤膜材料有聚偏氟乙烯（PVDF）、聚醚砜（PES）和聚丙烯腈（PAN）等。这些材料具有优异的化学稳定性和机械强度，能够有效抵抗污染物的侵蚀。在选择膜材料时，还需要考虑膜的孔隙结构、表面性质以及膜的制作工艺等因素。膜的孔隙结构会影响膜的过滤效率和抗污染能力，通常孔隙越小，过滤效率越高，但同时也容易导致膜的污染。因此，在选择膜材料时，需要根据实际应用的需求来平衡过滤效率和抗污染能力。此外，膜的表面性质也会影响其抗污染能力，如表面亲水性、疏水性等。膜的制作工艺也会对膜的性能产生影响，如膜的厚度、均匀性等。因此，在选择膜材料时，需要综合考虑这些因素，以获得最佳的膜性能。

3.2膜表面改性

膜表面改性技术在提高膜抗污染性能方面具有重要意义。等离子体处理、涂层技术和表面接枝等方法的应用，可以在膜表面形成一层抗污染层，有效降低污染物的吸附。此外，膜表面改性还可以提高膜的通量和分离效率，进一步优化膜分离过程。在等离子体处理中，通过高能电子和活性物种的作用，使膜表面发生物理和化学变化，从而提高膜的抗污染性能。涂层技术则是将具有抗污染性能的物质涂覆在膜表面，形成一层保护膜，防止污染物直接接触膜表面。表面接枝技术则是通过共价键将具有抗污染性能的聚合物接枝到膜表面，从而提高膜的抗污染性能。

3.3膜孔结构优化

膜孔结构对膜污染控制具有重要影响。通过优化膜孔结构，可以减少污染物的沉积和滤饼层的形成。目前，常用的优化方法包括孔径调制、孔隙率控制和表面孔隙结构设计等。膜孔结构的优化是膜技术领域的一个重要研究方向，它直接关系到膜分离过程的效率和稳定性。孔径调制是通过调整膜孔的大小，以筛选出不同大小的分子，从而优化分离效果。在实际应用中，这通常涉及使用各种技术，如模板合成、相分离、溶剂蒸发等，来精确控制孔径的大小。孔隙率控制是指调节膜材料中孔隙的总体积与膜材料总体积的比例，这影响着膜的通量和抗污染能力。一个理想的膜材料应具有适当的孔隙率，既能保证溶质的顺利通过，又能有效阻止污染物在膜表面的沉积。表面孔隙结构设计则更加注重膜表面形态的精细调控。通过在膜表面构建特殊的微观结构，如沟槽、突起、孔洞等，可以增加膜与溶液之间的接触面积，提高分离效率。同时，这些表面结构也有助于降低膜表面的污染倾向，如形成滤饼层等。

3.4操作条件优化

操作条件的优化对于控制膜污染同样重要。通过调整操作压力、流速和清洗周期等参数，可以有效降低膜污染程度。此外，采用错流过滤方式而不是死端过滤方式也能有效减少污染物的积累。操作条件的优化是膜技术应用中的关键环节。在实际操作过程中，通过细致调整操作压力、流速和清洗周期等参数，可以显著降低膜污染程度，提高膜的过滤效率和使用寿命。例如，适当提高操作压力可以增加膜的过滤速度，但同时也会加剧膜面的污染，因此需要找到一个平衡点。调整流速则可以改变膜面的剪切力，有助于清除部分污染物，但过高的流速可能会加大对膜的冲击，导致膜损伤。至于清洗周期，合理的清洗频率可以有效去除膜表面的污染物，但过于频繁的清洗会浪费水资源和化学清洗剂，增加运行成本。采用错流过滤方式而非死端过滤方式，也是减少污染物积累的有效手段。在错流过滤中，膜元件的进水与出水方向相反，这使得膜表面在过滤过程中不断接触到新鲜水流，减少了污染物的积累。相比之下，死端过滤方式中，水流经过膜表面后汇集流出，污染物更容易在膜表面形成积累层，增加污染程度。

3.5膜清洗与再生

膜清洗是维持超滤膜性能的关键环节。清洗方法包括物理清洗和化学清洗。物理清洗主要通过反冲洗和气泡清洗等方式去除滤饼层和污染物。化学清洗则使用酸、碱等化学试剂溶解和去除污染物。此外，膜的再生技术也是研究热点，包括热处理、紫外线照射和化学氧化等方法。

结语

总的来说，超滤膜技术在饮用水处理中的应用具有广阔的前景。然而，膜污染控制问题仍需要进一步的研究和探索，以期为我国饮用水处理事业的发展提供有力的技术支持。

参考文献

[1]楚文海,杨旭,肖融,等.超滤膜技术在饮用水处理中的应用现状及膜污染控制[J].中国工程科学,2020,24(5):19-25.

[2]生活饮用水卫生标准[Z].国家市场监督管理总局;国家标准化管理委员会.2020:16.

[3]胡婷华.超滤膜技术在饮用水处理中的应用现状及膜污染控制[J].住宅与房地产,2020,(19):173.