飲用水超濾、納濾技術(shù)應(yīng)用及前景分析

劉賀琴

摘 要：本文將對膜技術(shù)中超濾和納濾的特點及二者在飲用水處理中的具體應(yīng)用展開分析，并展望超濾和納濾未來的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：超濾；納濾；飲用水

中圖分類號：TU991 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

隨著國家經(jīng)濟的飛速發(fā)展，水污染的問題愈加突出，常規(guī)飲用水處理工藝已經(jīng)無法保障生活飲用水的安全性，無法有效的去飲用水中的有機污染物，氯化工藝不僅無法滅除水中抗氯型病原寄生蟲等病原微生物，甚至還有可能為危害人類身體健康的有機鹵化物提供生存條件，不能保證飲用水經(jīng)處理后供人類使用的安全性，因此，對超濾、納濾在飲用水中應(yīng)用的研究必須要抓緊進(jìn)行，以便為人們提供更加優(yōu)質(zhì)的飲用水。

一、超濾的內(nèi)容概述

（一）超濾的特點

超濾工藝主要是以膜兩側(cè)產(chǎn)生的壓力差為驅(qū)動力，在機械篩分的基礎(chǔ)上分離待處理溶液的過程，使用壓力一般在0.25MPa左右。篩分過程中，篩分的孔徑要控制在0.01um～0.1um，篩分出來的分子量范圍通常在100萬～500萬，實際篩分2萬～5萬，相較于靜態(tài)過濾，超濾的特點包括：第一，篩分孔徑較小，幾乎能夠?qū)⑷芤褐兴写嬖诘募?xì)菌、病原體以及膠體微粒、蛋白質(zhì)和大分子有機物等有益和有害物質(zhì)分離出來；第二，超濾的分離效果與膜孔徑的大小以及溶質(zhì)粒子的大小、形態(tài)和剛?cè)嵝杂兄o密的聯(lián)系；第三，分離的全過程都會在動態(tài)環(huán)境下進(jìn)行，不會形成濾餅，被分離出的液體融入超濾組件中，可以將其余濃縮液沖刷出去，使膜表面保持在物質(zhì)之上，進(jìn)行有限的積聚。

（二）超濾在飲用水中的應(yīng)用

1.超濾膜技術(shù)的改進(jìn)使超濾在凈水廠中得到應(yīng)用

現(xiàn)如今，超濾技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越寬泛，除了在工業(yè)水處理中得到應(yīng)用以外，還逐漸拓展至飲用水的處理中。隨著人們對飲用水安全性的不斷提高，超濾膜的生產(chǎn)規(guī)模也在不斷擴大，超濾膜的價格呈現(xiàn)下降趨勢，很大程度上促進(jìn)了能夠進(jìn)行反沖洗中空纖維形式的大型膜組件與系統(tǒng)的發(fā)展。此種膜技術(shù)可以直接對高懸浮狀態(tài)下固體濃度的原水進(jìn)行處理，還可以隨著處理水量的增加對處理技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化。對于水處理技術(shù)較落后的凈水廠水處理方式，主要是采用單獨的膜組件，而處理技術(shù)先進(jìn)的凈水廠則采用由框架和共用附屬設(shè)備共同構(gòu)成的膜組件?，F(xiàn)如今，由48個膜組件共同構(gòu)成的水處理系統(tǒng)使凈水廠的布局更加緊湊，有效減少了土建施工，大大節(jié)約了水處理基建成本。

2.超濾膜的特性使超濾在制水工藝中得到應(yīng)用

超濾技術(shù)現(xiàn)已經(jīng)被推廣應(yīng)用于礦泉水和純凈水的制造工藝中。膜過濾技術(shù)的優(yōu)勢在于可以有效控制產(chǎn)品的透明度和細(xì)菌指標(biāo)，成為現(xiàn)今多個領(lǐng)域水處理的關(guān)鍵性技術(shù)。超濾技術(shù)也在市政優(yōu)質(zhì)飲用水的制備中得到應(yīng)用，例如，在20世紀(jì)90年代初期，日本政府就利用超濾技術(shù)對國家自來水制造工藝進(jìn)行改進(jìn)，并在多家自來水公司進(jìn)行多次試驗，效果驚人之好。利用過濾技術(shù)處理的自來水濁度較低且相對穩(wěn)定，基本上用不到凝聚劑，必要時，可以將使用的絮凝劑用量控制在傳統(tǒng)工藝的30%以內(nèi)，有效降低自來水中的有機物含量，居民飲用水更加安全。

二、納濾的內(nèi)容概述

（一）納濾的特點

納濾過程是反滲透過程和超濾過程的中間環(huán)節(jié)，納濾膜的表面分布納米級微孔結(jié)構(gòu)。反滲透膜對于脫除氯化鈉有機物的含量可達(dá)到95%以上，所以在氯化鈉脫除率在90%以下的膜叫作納濾膜。納濾膜只針對特定的有機溶質(zhì)，如，1nm左右的溶質(zhì)顆粒，篩分分子量范圍在100～2000。納濾膜的篩分作用相對較大，基本上可以截留溶液中所有存在的有機溶質(zhì)，包括三鹵甲烷、低分子有機物、有機農(nóng)藥、鈣、鎂、硝酸鹽、氟等。不僅如此，納濾還可以有效去除溶液中的細(xì)菌物質(zhì)，可嘗試用于物理消毒，進(jìn)而取代常規(guī)化學(xué)消毒，避免溶液中殘留更多化學(xué)物質(zhì)。此外，納濾還可以去除溶液中致突變物質(zhì)，在特定試驗中，將陽性水轉(zhuǎn)化成陰性水，對于總有機碳的去除率相對較高，可同化有機碳的去除作用相對較小 。

（二）納濾在飲用水中的應(yīng)用

1.納濾技術(shù)處理含農(nóng)藥和有機物的地表水

納濾技術(shù)在有機物的處理上有很大的作用，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，納濾技術(shù)對溶解性有機碳的去除率大約在60%左右，對于農(nóng)藥的去除率可達(dá)90%以上，例如，莠去津、西瑪津等，除了水中的微污染物，大部分物質(zhì)的殘留量皆在分析檢測可控范圍內(nèi)。納濾系統(tǒng)的出現(xiàn)可以完全取代傳統(tǒng)的水處理工藝，例如O3-GAC，在進(jìn)入水溶液中的可以進(jìn)行生物降解的溶解性有機碳濃度達(dá)到一定濃度值時，納濾技術(shù)可將這種有機碳濃度控制在最低數(shù)值內(nèi)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)防管網(wǎng)細(xì)菌滋生的濃度值，可見，經(jīng)納濾技術(shù)處理的水溶液中的水生物穩(wěn)定性相對較高。在納濾系統(tǒng)達(dá)到相對穩(wěn)定的運行狀態(tài)時，對于水溶液中的有機物、農(nóng)藥等物質(zhì)的去除能力仍然較高，這說明利用納濾技術(shù)對地表水進(jìn)行處理，相比常規(guī)飲用水處理工藝，可以有效去除水溶液中的溶解性有機碳以及微污染物，可以很好地為飲用水的分離提供更加優(yōu)質(zhì)的處理水溶液。

2.處理富含無機鹽的地下水

納濾技術(shù)可以處理富含無機鹽的地下水，其處理水符合所需水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)要求，為常規(guī)飲用水處理工藝難以處理的原水提供更加優(yōu)質(zhì)的水處理技術(shù)。原始地下水中的電導(dǎo)率經(jīng)納濾系統(tǒng)處理后雖呈現(xiàn)升高趨勢，但仍然能夠保證處理水穩(wěn)定的電導(dǎo)率和硫酸含量，良好地體現(xiàn)了納濾工藝的優(yōu)勢特點，其他水處理技術(shù)則無法實現(xiàn)。

（三）膜技術(shù)存在問題及解決措施

首先，膜法水處理技術(shù)中納濾工藝雖然相對于反滲透等相關(guān)工藝的操作壓力已經(jīng)有效降低，但分離過程中的存在的絕對數(shù)值仍然較大，在一定程度上會影響到水溶液分離的最終效果，需要相關(guān)研究部門針對膜技術(shù)的應(yīng)用展開進(jìn)一步研究和分析，開發(fā)出新型小阻力膜材料，并推廣應(yīng)用到飲用水處理工藝中。

其次，膜技術(shù)在飲用水處理中會產(chǎn)生一定的膜污染，這也是國內(nèi)外飲用水處理工程面對的一個共性問題。目前而言，解決膜污染的主要措施是采用化學(xué)清洗的方法，雖然可以祛去除掉膜中的部分有害物質(zhì)，但大多數(shù)有機污染物難以祛去除，嚴(yán)重影響膜的運行周期和使用壽命，相關(guān)部門應(yīng)重視這一問題，在解決膜污染問題上研究和開發(fā)出抗污染性較高的膜材料，以減少膜污染，提高膜材料的經(jīng)濟性和實用性。

最后，膜技術(shù)在飲用水處理中的應(yīng)用和研究雖然日漸增多，但是在不同的水質(zhì)條件下，膜技術(shù)的準(zhǔn)備階段還沒有相對完善的規(guī)范和制度可以依據(jù)，保證膜技術(shù)的科學(xué)性和有效性，例如，膜技術(shù)的預(yù)處理、終端膜工藝的確定、組合應(yīng)用以及參數(shù)確定等，這在一定程度上阻礙了膜技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，所以，在膜技術(shù)應(yīng)用前，相關(guān)部門應(yīng)針對膜技術(shù)中納濾和超濾工藝的特點制定出完善的操作制度和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，保證膜技術(shù)的每一道工藝都能夠在飲用水處理過程中發(fā)揮正常效用。

三、超濾、納濾的應(yīng)用前景

隨著國家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，極大增加了對水中有機物、細(xì)菌、微生物和消毒處理的難度，因此，原有的水處理工藝已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代人對飲用水的實際需求，水處理技術(shù)必須要與時俱進(jìn)，將新的技術(shù)組合成更為優(yōu)質(zhì)的水治理技術(shù)，為人們提供更加純凈、安全的生活飲用水。通過將超濾、納濾以及反滲透等膜處理技術(shù)與常規(guī)水處理技術(shù)相結(jié)合的方式，可以更加有效的祛除水中的細(xì)菌、有機污染物、病毒等有害物質(zhì)，減少消毒劑的使用，降低處理飲用水中的化學(xué)物含量，優(yōu)化處理飲用水的水質(zhì)。在工藝方面，超濾和納濾技術(shù)的操作工藝更加簡便、靈活，并且可實現(xiàn)自動化控制，減少凈水廠的基建成本。未來，超濾和納濾技術(shù)經(jīng)過不斷的完善和發(fā)展，必將成為未來飲用水處理技術(shù)的主流，具有廣闊的發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)

[1]孫鵬.膜技術(shù)在水處理行業(yè)中的應(yīng)用研究[J].鹽業(yè)與化工，2017，46（2）：1-4.endprint