摘要：下文立足于超滤膜技术发展实际情况，首先阐述了超滤技术在环境工程水处理中的应用概况，然后通过具体案例，对超滤技术在环境工程水处理中的应用技术参数、技术结果、技术优化方法进行了详尽论述。
关键词：超滤膜；环境工程水；水处理
膜技术在国内外普遍用于“水处理”，伴随工业化发展，国内各地地表水资源不断受到污染，而国家也在不断出台相应的水质标准，标准化管理和污染问题加剧形成了水源缺乏的现实矛盾。膜技术自上世纪六十年代起就开始用于“水处理”，且发展速度极其迅猛，从疏松反渗透到现如今的超滤技术、微滤技术，技术方法已经有了较大的变化。早期，膜技术主要采用错流过滤的方式，即“污染液体沿着膜表面流动”，该方法能够避免过滤产生膜垢，但是过滤效率较低，无法用于大规模的环境工程水处理[1]。超滤技术在实际使用中，对微生物以期其他杂质均有着良好的过滤效果，且效果不受过滤进料浓度所影响，操作压力较低，经济效益突出。目前，国内已经有了大批类似海南立升、天津膜天一类超滤膜生产厂商，超滤技术在国内快速普及以及推广。本文主要分析浸没式超滤膜在实际应用中的稳定运行问题，介绍如何通过优化技术方法，减少膜污染，并实现高通量过滤，具体内容如下所示。
一、超滤技术在环境工程水处理中的应用概况
尽管超滤技术应用领域较为广泛，但是大规模的环境工程水处理通常集中在以下几个方面：一是饮用水供水终端；二是地表水大规模处理；三是海水大规模处理；四是污水回收再利用。
（一）饮用水处理
目前，各地出台的饮用水标准越发严格，水处理公司投入了大量精力来控制供水管网中存在的微生物。要想保证饮用水达到标准，一方面需进行频繁的水质量试验，另一方面需在供水终端设置防止细菌、病毒进入的屏障体系，采用UF系统以建成该屏障，从而实现对细菌、病毒的全面过滤。该超滤技术已经在国内诸多大规模水厂得到应用，且成效显著。
（二）地表水处理
低压高通量反渗透膜制造技术的发展，让膜技术有了在海水淡化方面的应用条件，但是在实际处理中，卷式反渗透会受到地表水悬浮物污染，这些悬浮物在地表水自预处理过程中产生。目前，业界采用的高通量抗污染超滤膜能够规避该问题，避免悬浮物对水处理工作构成影响，且大幅度提高了反渗透膜的使用寿命。此类项目规模也从原本的25t/h发展到2000t-6000t/h。
（三）工业废水处理
工业废水处理回收再利用是近几年业界人士高度关注的一个问题，因污水排放成本上升以及饮用水价格上升，各地也在探寻行之有效的过滤方法。超滤技术在实际使用中表现出较好的可行性、经济效益，其中以诺瑞特超滤最为突出，其过滤规模可达1000t/h[2-3]。
（四）海水反渗透预处理
超滤技术作为多介质过滤技术、沉淀技术、混凝技术的替代技术，超滤UF能够提供质量较高的反渗透RO、纳滤NF，海水过滤膜污染问题可通过超滤技术得到解决。超滤技术可实现低SDI水平的反渗透入水，从而大幅度提高反渗透膜的实际使用寿命。
二、超滤膜技术在环境工程水处理中的应用案例
（一）材料与技术方法
水源满足《地表水环境质量标准》GB3838-2002中的二类水标准，水质主要受到上游排污影响，每年四月中旬到十一月中旬期间，水质符合三类标准。超滤技术应用过程中，水源铁质含量有超标现象，氨氮不时超标。根据前期的试验调查报告显示，水源浊度为11.4-105NTU，PH值为6.96-7.36，CODMn为2.02-7.53mg/L，UV254为0.036-0.054cm-1，水温为14.8-33摄氏度[4-6]。
采用技术装置支持PLC自动运行，运行参数、运行逻辑可自行进行调整，膜过滤技术主要采用浸没式PVC超滤膜组件、过滤膜箱体、水系装置、加药系统、产水箱等，装置构成如图1所示。根据技术试验要求，确定超滤膜池尺寸（79cmx64cmx200cm）。
图1.超滤技术应用装置结构示意图
（二）运行基本条件
超滤技术应用装置安装在某水厂的平流沉淀池出水端，以沉淀池出水作为超滤膜过滤金水，该数次航采用平流沉淀池、折板絮凝池、静态混合器、V型滤池、氯气消毒等，水厂在一级泵房处根据水质情况投放一定量的高锰酸盐复合药剂、活性炭、石灰乳液，以调整水质的PH值、冲击负荷等。据调查，该水厂沉淀池可供给超滤过滤系统的有效水深在2.2m左右，超滤进水采用虹吸管底部进水，超滤膜系统出水采用虹吸出水，不采用传统的抽吸泵进出水法[7-9]。
浸没式超滤膜技术应用过程涵盖进水过滤、出水过滤、水力反洗、气水清洗、池内排污、池内合洗、化学清洗等过程。具体内容为：超滤膜系统可利用的有效进水水深为2.2m，超滤膜池从底部开始进水，膜池注水满载后，自动开启出水阀门，超滤膜出水组件为虹吸出水组件，膜出水后进入产水箱；气洗、水力反洗或气水合洗综合运行，反洗前首先进行出水降液，此时出水阀启动、进水阀关闭，以尽量提高产水效率，气水合洗运行过程中，水力反洗实现对超滤膜孔内外全面清洗，气泡则起到一定的擦洗作用；反洗完成后，自动开启排污阀，排出超滤膜池内的浓缩废水，然后进行下一循环的超滤；根据环境工程水的实际情况以及过滤目标，采用浓度较低的化学药剂对已经收到污染的超滤膜进行短时间的化学处理，从而起到降低跨膜压差的效果，该技术方法能够将跨膜压差控制在合理的范畴内，同时合理保证产水量，在案例中，选择EFM清洗液来进行化学处理，处理周期根据实际情况进行调整，共经历3-5次曝气，化学处理时间控制在35min-45min左右；本次工程环境水技术处理采用的超滤膜为国内海南立升工厂出产的PVC材质中空纤维超滤膜，经过测试，该超滤膜的截留分子量可达100kDa，接触角为67.5°，外径为1.45mm，内径为0.85mm，浸没式PVC中空纤维超滤膜组件安装方式为垂直安装[10]。
（三）技术应用结果分析
（1）和传统的砂滤方法相比，浸没式超滤技术处理出水浊度更为优良，在处理过程中，超滤膜池进水浊度（即该水厂沉淀池的出水浊度），在0.66-3.51UTN范畴内不断变化，平均值在2.34UTN左右，超滤膜出水浊度范畴为0.047-0.097UTN，平均在0.071UTN左右。同标准、规模砂滤出水浊度范畴为0.13-0.28UTN，平均在0.199UTN左右。从结果数值来看，该水厂砂滤出水浊度控制水平较为良好，超滤出水浊度相对稳定，均值在0.1UTN以下，超过国家现行标准，且显著优于砂滤出水浊度。可见，浸没式超滤技术在工程环境水处理方面表现出了较高的应用价值，且性能水平相对稳定，可满足该条件下的工程环境水处理要求。
（2）在有机物去除消能方面，浸没式超滤技术相较于传统砂滤技术，最终过滤出水含有的UV254、CODMn存在较大的差异。在技术应用期间，浸没式超滤技术处理原水的CODMn含有量在2.02-6.53mg/L左右浮动，浸没式超滤技术出水含有的CODMn 在1.18-3.07mg/L左右浮动，沉淀出水含有的CODMn 在1.39-3.63mg/L左右浮动，混凝沉淀出水含有的CODMn 在1.52-3.73mg/L左右浮动；砂滤出水出水含有的CODMn 在1.15-3.02mg/L左右浮动。可见，浸没式超滤技术和传统砂滤技术处理有机物的消能并无太大差距，该技术在有机物处理方面还有待进一步改善；（3）UV254值是衡量水质量（水中有机物含量）的重要指标，在工程环境水处理方面，UV254值可作为判断TOC、DOC前驱物的代表性参数，UV254值也间接反映了水中苯环等一系列有机物的实际情况。案例中，原水UV254值范围在0.028-0.060cm-1左右，浸没式超滤技术处理后，UV254值范围并没有发生较大变化，初步统计，去除率仅在1.3%左右。由此可见，超滤对UV254值的的去除效果并不理想，尤其是对高溶解性有机物，去除效果极其有限[11]。
三、超滤膜技术优化
（一）过滤周期优化
通过上述内容我们可得知，浸没式超滤技术气水综合清洗的效果较为良好，因此在实际操作的过程中，清洗方式也应采用气水联合清洗模式。建议，水力反洗强度应控制在80立方米/（m3·h），气洗强度应控制在45立方米/（m3·h）。另外，在文章上述内容中，采用的浸没式超滤技术配置通量相对较高，同时采用EFM辅助清洗，周期为3d。案例在上述基本条件下，综合考察了8h、6h、4h三个不同的过滤周期，判断TMP的发展情况。结果显示，在过滤周期为8h的情况下，超滤膜过滤的TMP增长指数相对较快，在第一个清洗周期内，TMP
从初始的16.70kPa快速增长到20.56kPa，第二个周期内又增长到21.80kPa，压差基本达到最大值，这就表明，8h过滤周期并不能保证超滤膜本身的过滤稳定性；，在过滤周期为6h的情况下，超滤膜过滤的TMP稳步上升，在第一个清洗周期内，TMP从初始的17.54kPa快速增长到20.16kPa，第三个周期内又增长到20.48kPa，由此可判断，6h过滤周期可基本保证超滤膜系统的稳定运作；在过滤周期为4h的情况下，超滤膜过滤的TMP缓慢上升，在第一个清洗周期内，TMP从初始的15.66kPa快速增长到18.22kPa，超滤膜在使用的300h期间，经过数次EFM清洗，最终TMP值稳定为18.43kPa。这就证明，在4h周期时间段，浸没式超滤膜在较长的时间内能够保持稳定运作，若是选取的超滤膜通量较高，膜过滤周期应根据水质的基本情况进行调整、缩短，过滤周期需采用有效的物理清洗方法来改善超滤膜污染问题，并辅以化学处理措施，保证超滤膜的长久稳定运作。
（二）气水综合清洗时间优化
在优化过滤周期的基础上，需根据实际情况进一步分析气水综合清洗的时间以及具体方式，检查超滤膜通量恢复实际情况。通过检验发现，在水力反清洗强度控制在80立方米/（m3·h），气洗强度控制在45立方米/（m3·h）的情况下，气水综合清洗时间分别为60S、100S、180S、290S、400S的情况下，超滤膜膜比通量恢复率分别为0.799%、0.819%、0.835%、0.848%、0.849%。可见，在上述条件下，气水综合清洗时间在180S-290S的范围内，超滤膜膜比通量回复率相对较高，且进一步延长清洗时间，清洗作用增加并不明显。因此，建议在使用浸没式超滤技术时，应根据原水的水质确定物理清洗方式，而非一味延长物理清洗时间，以保证清洗效率，有效控制超滤膜污染现象。
（三）EFM清洗频率优化
上述内容中，采用的EFM化学处理方式，主要是指采用250mg/L的NaCIO溶液，对已经收到污染的超滤膜进行有效处理，从而达到合理控制跨膜压差的作用。在实际操作中，先采用NaCIO浸泡三十分钟左右，然后循环鼓气40s左右，期间间歇停曝80S，停曝次数根据实际情况决定，一般3-5次左右，约消耗时间35-45min。在此过程中，观察了EFM清洗频率、周期对超滤膜TMO值的影响。在气水综合清洗的条件下，过滤周期6h的情况下，在超滤膜运行的500h过程中，TMP值出现急剧上升、快速上升、缓慢下降的变化，在50h内，TMP值快速上升，从初始值16.11kPa，快速上升到18.26kPa，在50h后，430h前，TMP值从初始值18.26kPa，急剧上升到20.31kPa，此阶段EFM清洗的效率相对低下，且超滤膜过滤的TMP值较高，说明此阶段EFM处理对超滤膜污染处理作用已经相对微弱。在430h后，TMP发生三次上升，最终值为21.64kPa，该压差接近于理论值的最大压差，这就证明，在6h清洗周期的条件下，无法保证超滤膜的长期运行、稳定运作，应视情况缩短清洗周期，合理控制最大压差。在3d进行一次EFM清洗的情况下，在第一个清洗周期内，TMP值从原始值16.22kPa，上升到18.59kPa，经过清洗后，TMP值有一定程度恢复，恢复到16.42kPa，此后EFM清洗过滤周期的发展情况基本和第一个周期相同，最后超滤膜运行500h，TMP值变化为19.09kPa，整个运行过程中，TMP值没有出现急剧上升情况，可得出该频率相对合理。
结束语：
综上所述，超滤膜技术是当前环境工程水处理采用的关键性技术，在具体的实验中，通过横向对比，判断了不同出水浊度对实际处理效果的影响，评价了不同化学、物理处理方式对于水处理结果的影响。笔者认为，超滤膜技术用于工程环境水处理，必须要遵循因地制宜、因时制宜的基本原则，考虑实际情况调整清洗周期、清洗频率等参数，确保超滤膜的高效运行。
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