超濾膜技術(shù)及其在飲用水處理行業(yè)的應(yīng)用

張琴娟上海市北寶山自來水有限公司

超濾膜技術(shù)及其在飲用水處理行業(yè)的應(yīng)用

張琴娟
上海市北寶山自來水有限公司

隨著經(jīng)濟(jì)科技的發(fā)展，超濾處理飲用水技術(shù)得到了重視，并且已經(jīng)在生產(chǎn)實(shí)踐中獲得應(yīng)用。本文通過研究超濾膜的發(fā)展史，超濾膜在飲用水行業(yè)上的應(yīng)用以及超濾膜處理效果概述，探討超濾膜在飲用水行業(yè)的應(yīng)用前景及存在的問題。

超濾膜；膜材料；應(yīng)用水；去除效果

一、超濾膜的發(fā)展

最早對(duì)超濾膜的研究始于1907年，局限于小規(guī)模的或者試驗(yàn)時(shí)研究。首個(gè)商業(yè)用途的超濾膜出現(xiàn)在1960年代中期，當(dāng)時(shí)只是作為反滲透膜研究的副產(chǎn)物，后來逐漸獨(dú)立發(fā)展成為膜工藝的重要分支。圖1為超濾膜發(fā)展的歷史圖景。

圖1　超濾膜發(fā)展歷程

二、超濾膜在飲用水領(lǐng)域的應(yīng)用

超濾膜在飲用水處理的應(yīng)用始于20世紀(jì)80年代。到了21世紀(jì)，大型水廠開始使用超濾膜技術(shù)。并且越來越多的老水廠改建和新建水廠傾向于用超濾膜技術(shù)。

超濾膜技術(shù)在我國的應(yīng)用起步較晚，2005年第一座采用超濾膜的給水廠建成投產(chǎn)。2009年，東營市南郊水廠的浸沒式超濾膜凈水工藝，是常規(guī)處理工藝?yán)纤畯S應(yīng)對(duì)微污染原水升級(jí)達(dá)標(biāo)的范例。

三、超濾膜處理效果概述

1細(xì)菌、病毒及其他微生物

超濾膜對(duì)水中病原微生物的去除效果同樣主要依賴于膜的篩濾作用，與膜孔的截留分子量密切相關(guān)。一般給水系統(tǒng)中細(xì)菌和大腸桿菌的大小為微米級(jí)，而超濾膜的孔徑近納米級(jí)。由于細(xì)菌和病毒等的尺寸一般大于超濾膜孔徑，一般均能被完全去除。因此，超濾膜從某種意義上在不投加化學(xué)藥劑（如氯、臭氧等）的情況下實(shí)現(xiàn)了物理消毒，有利于避免消毒副產(chǎn)物的形成。這一點(diǎn)也是超濾膜優(yōu)于微濾膜的重要特征。韓宏大等的試驗(yàn)結(jié)果顯示，采用微絮凝+超濾膜工藝處理黃河水，對(duì)總大腸菌群的去除率可達(dá)100%，對(duì)細(xì)菌總數(shù)的去除率可達(dá)99.7%以上。

2渾濁度

超濾膜對(duì)于顆粒物質(zhì)和膠體物質(zhì)等導(dǎo)致較高渾濁度的成分主要通過物理篩分作用去除，微米至納米級(jí)的孔徑能確保對(duì)其較高的去除率。有研究發(fā)現(xiàn)，使用截留分子量100000Da的超濾膜，即使進(jìn)水的渾濁度高達(dá)50～1000NTU，出水渾濁度始終保持在0.1 NTU以下，出水平均渾濁度為0.06 NTU。

3高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）

雖然會(huì)受水中還原性無機(jī)物如硫化物、亞硫酸鹽、亞鐵鹽等的影響，CODMn測(cè)得的地表水中的還原性物質(zhì)主要是有機(jī)物。因此，考查CODMn指標(biāo)可以大致反映膜工藝對(duì)有機(jī)物的去除情況。王磊等的研究顯示，單獨(dú)使用超濾膜過濾裝置高錳酸鹽指數(shù)去除率在21%-31%之間，而加入粉末活性炭則可使CODMn去除率升高到50%-76%?？梢姡瑸V膜對(duì)溶解性有機(jī)物的去除能力雖較差，但粉末活性炭發(fā)揮強(qiáng)大的吸附能力，可提高去除率。另外，在膜工藝前使用混凝工藝等也能提高對(duì)其的去除率。

四、超濾膜組合工藝

PAC-UF膜：Laine認(rèn)為混凝和粉末活性炭可以去除溶解性有機(jī)物，降低膜過濾阻力，提高透水通量。JosephG.Jacangelo應(yīng)用UFPAC聯(lián)用技術(shù)有效地去除三氯甲烷前體物。范茂軍認(rèn)為經(jīng)過組合工藝深度處理后，雖然出水中的有機(jī)物得到了一定的去除，但活性炭的投加量不能過高。董秉直等的研究表明投加粉末炭有利于改善過濾通量。謝良杰等研究表明投加15mg/L的PAC可保證PAC/ UF組合工藝對(duì)銅綠微囊藻的去除率不低于99.99%，且可減緩膜污染，工藝運(yùn)行穩(wěn)定。

混凝+UF膜：可以改善其分離性，去除有機(jī)物。國內(nèi)一些學(xué)者認(rèn)為混凝處理對(duì)膜污染的緩解作用主要是由于：①混凝預(yù)處理減少了進(jìn)入膜孔的污染物量；②改變了膜表面沉積層的性質(zhì)；③減輕了有機(jī)物在膜表面的吸附沉積。韓宏大等采用微絮凝（FeC13，投加量為4～6 mg/L）+超濾膜工藝處理黃河水，結(jié)果表明該工藝對(duì)渾濁度和病原微生物有較好的去除效果，出水渾濁度＜0.1NTU的保證率達(dá)95.26%，但對(duì)CODMn的去除效果受進(jìn)水濃度影響很大。

與傳統(tǒng)工藝相比，超濾膜（Ultrafiltration，UF）工藝具有出水水質(zhì)穩(wěn)定、占地面積小、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。但超濾工藝也存在著膜污染的問題，通過改進(jìn)膜材料及研究合理運(yùn)行工藝解決膜污染的問題將是今后超濾技術(shù)的關(guān)鍵。

［1］Fane，A.G.，R.Wang and Y.Jia，Membrane Techdogy:Past，Pres?ent and Future in Membrane anDesalinationTechnologies，L.K.Wang，etal.，Editors，2008，Humana Press.p.1-45

［2］韓宏大，呂曉龍，何文杰，等.微絮凝-超濾工藝處理黃河水的試驗(yàn)研究［J］.中國給水排水，2008，24（21）:85-87.

［3］Jean-Michel Laine et al.Ultrafiltration of lake water:effect of pretreatment on the partitioning of organics，THMFPandflux，Jour.AW?WA.1990，82（12），82-87

［4］Joseph G.Jacangelo et al.UF With prefreatment for removing DBP precursors Jour.AWWA.1995.87（3）.100-112