浅谈超滤膜技术在给水处理中的应用

浅谈超滤膜技术在给水处理中的应用
摘要：膜分离技术是一种新型的水处理技术。

它可在室温、无相变条件下进行，故具有广泛的适用性。

本文分析了西江原水的超滤膜试验数据，浅谈膜分离技术在给水处理中的应用。

关键词：膜技术、超滤膜、西江原水
Abstract: the membrane separation technology is a new type of water treatment technology. It can be in room temperature, no phase change conditions, it has widespread applicability. This paper analyzes the xijiang raw ultrafiltration membrane test data, showing the membrane separation technology in water treatment of application.
Keywords: membrane technology, ultrafiltration membrane, xijiang raw water
前言
20世纪初研发出混凝－沉淀－过滤－消毒的净水工艺，是第一代城市饮用水净化工艺，也称为常规处理工艺。

由于水环境污染，在城市饮用水中发现了种类众多的对人体有毒害的微量有机污染物（如致癌、致畸、致突变物质等）和氯化消毒副产物，而第一代工艺又不能对其有效地去除和控制。

在这个背景下研发出了第二代城市饮用水净化工艺，即在第一代工艺后面增加臭氧—颗粒活性炭处理工艺。

第二代工艺使水中作为氯化消毒副产物前质的天然有机物和微量有机污染物得到有效去除，大大提高了饮用水的化学安全性。

该工艺近年来也在我国的一些大型水厂和经济发展较快地区的水厂中得到应用。

广州市自来水公司南洲水厂就是采用常规工艺加臭氧—活性炭处理工艺，出厂水质达到双标。

为了适应原水水质的变化和满足不断提高供水水质的需求，以超滤为核心的组合工艺出现了，该工艺被称为第三代城市饮用水净化工艺。

膜工艺能较彻底去除病毒、细菌等包括“两虫”在内的微生物，以及实现超低浊度（小于0.1NTU）的出水。

应用超滤技术对常规工艺进行升级换代改造将是今后城市饮用水净化工艺的一个新选择。

1. 超滤膜工艺的概述
膜分离过程是以选择性透过膜为分离介质，在膜的一侧加以某种推动力时，原料侧组分选择性地透过膜，从而达到分离或提纯的目的。

超滤法是用于截留水中分子量大于500，而直径为0.005～10μm 的大分子和胶体，如细菌、病毒、淀粉、树胶、蛋白质、粘土和油漆色料等，因为这类液体在中等浓度时，渗透压很
小，水和低分子量溶质则允许透过膜。

超滤膜运行压力偏低，且保留了对人体有益的矿物质，自来水厂膜处理目前多采用超滤工艺。

超滤膜应用于自来水处理具有以下突出的优势：超滤膜的出水水质好，水质稳定，出水浊度几乎与原水水质无关，出水浊度通常低于0.1NTU；出水微生物安全性高，采用超滤可完全截留水体中的细菌、红虫、贾第虫和隐孢子虫等致病菌；消毒副产物生成量极低，超滤产水的化学安全性好；超滤前可不投加混凝剂，或者仅需投加少量的混凝剂，因此超滤产水无残余金属离子如铁、锰等超标问题；超滤工艺只用压力做推动力，因此分离装置简单，操作容易，易于自控和维修；超滤水厂供水规模灵活，仅需要增减超滤膜组件即可，适用于任何规模供水量的净化处理，并且改扩建容易；膜装置的标准化、模块化与相对集约化，使传统水厂的施工周期缩短，占地面积大为减少。

但超滤膜也有其一定的局限性，比如对氨氮等溶解性指标的去除能力不足；对工作环境的要求高必须放在有遮挡的地方，避免冰冻和直接阳光照射等。

2.西江原水超滤膜中试
中试基地位于佛山市三水区金本水厂内，试验系统包括混凝沉淀砂滤常规处理系统和超滤处理系统。

常规段，进水流量13~15m3/h，混凝剂为PAC，投加量一般在45~160mg/L，沉淀池出水浊度在2NTU以下。

西江原水经混凝沉淀后，分别进入三套超滤系统（浸没式真空抽吸系统两套，压力式超滤系统一套），对比试验不同超滤膜和不同超滤系统的净水效果，同时优化超滤系统的运行参数，考察超滤系统化学清洗方式和效果。

2.1试验运行参数
常规段原水进水量为15.3 m3/h，投加混凝剂聚合氯化铝45~160mg/L，沉淀池每天排泥。

砂滤池进水量14 m3/h，滤速约为7.9m/h，每天下午18:00反冲洗一次，反冲洗方式为水反冲洗15min，反冲洗强度为15L/(s.m2）。

膜天膜浸没式超滤系统额定膜通量35 L/m2.h，产水流量1.3 m3/h，连续产水60min，然后用产水反向清洗和气擦洗3min，接着气擦洗2min。

清洗强度为：水洗强度60 L/m2.h；气洗强度60 L/m2.h。

美能浸没式超滤系统：额定膜通量35 L/m2.h，6片12.5m2的膜产水量为2.7m3/h；浓水排放5%；连续产水29分钟后停止产水并进行空气吹扫1分钟；每天维护性清洗一次，方式为，在一次过滤周期后，停止产水，在膜池中加入次氯酸钠约40mg/L；吹扫15分钟，不排水，进入下一个过滤周期。

美能压力式超滤系统：额定膜通量为78 L/m2.h，产水流量3 m3/h，浓水回流量为10%；连续产水28分钟后停止产水，清洗2分钟（气洗60s，排水60s）；维护性清洗每三天一次，程序为：在一次清洗后，充水40s，同时加入次氯酸钠约150mg/L，吹扫5分钟，排水，然后清洗两次，再进入下一个过滤周期。

2.2试验结论
2.2.1西江原水常规处理与超滤膜处理水质对比
①西江原水常规处理与超滤膜处理两种工艺的出水水质全分析表明：超滤系统出水浊度低于砂滤出水浊度，但两者除了浊度稍有区别之外，其它各项指标基本相同。

②由于超滤膜对胶体物质具有良好的截滤能力，其出水浊度通常在
0.10NTU~0.14NTU之间，出水＜2μm颗粒数在150个/mL以下；而常规处理工艺得出水浊度通常在0.2NTU~0.3NTU之间，出水＜2μm颗粒数在1800个/mL 以上。

因此，超滤膜对浊度的去除较常规处理工艺占有优势。

（研究表明当水中粒径大于2μ的颗粒数超过100个/mL时，水中存在贾第虫、隐孢子虫的几率很大。

超滤系统出水中的颗粒数远远少于砂滤池出水中的颗粒数，超滤能够大大提高出水的微生物安全保障能力和水平。

）
③由于砂滤池对溶解性有机物具有一定的去除能力，故常规处理工艺对氨氮和CODMn的去除率略高于超滤膜处理工艺。

2.2.2各超滤系统对比
①在金本水厂现场试验条件下，美能压力式超滤系统、美能浸没式超滤系统以及膜天膜浸没式超滤系统出水浊度以及其它指标大致相当。

其中美能压力式超滤系统出水浊度最小。

②美能压力式超滤系统出水中粒径小于2μm的颗粒数少于100个/mL，少于美能浸没式超滤系统和膜天膜超滤系统出水中的颗粒数。

③在金本水厂现场试验条件下，美能压力式超滤膜、美能浸没式超滤膜和膜天膜浸没式超滤膜的产水量分别为1.73、0.8、0.78 m3/( m2•d)；产水率分别约为98.5%、95%、92.2%。

④各超滤系统跨膜压力呈缓慢上升趋势。

膜天膜浸没式超滤系统膜通量为35L/ m2.h，9月21日至12月9日，跨膜压力从16 kPa升高到了45kPa；美能浸没式超滤系统膜通量为35L/ m2.h，9月21日至12月9日，跨膜压力在8.8~14.8 kPa之间波动；美能压力式超滤系统膜通量为78L/ m2.h，11月18日至12月9日，跨膜压力从41 kPa升高到了57.1 kPa。

⑤当超滤膜受到一定污染时，进行化学浸泡能有效降低系统跨膜压力，恢复膜通量。

膜天膜浸没式超滤系统，先加500mg/L NaClO清洗后加0.2%HCl清洗，跨膜压力从45降至25 kPa，由于膜已经受到不可逆污染，所以不能彻底清洗干净；美能浸没式超滤系统，先加500mg/L NaClO清洗后加0.2%HCl清洗，跨膜压力从11.8 kPa降至9.8 kPa；美能压力式超滤系统，先加500mg/L NaClO清洗
后加0.2%HCl清洗，压力从55.1 kPa降至44.2 kPa。

3．结论
从上面的中式成果分析，超滤工艺在自来水厂运用已日渐成熟，并显示其在水处理应用方面独特的优越性，随着工业的进一步发展，膜分离技术将有更广阔的应用前景。

参考文献：
[1] 谷兆祺．中国水资源水利、水处理与防洪全书．第一版，北京：中国环境科学出版社，1999；P916.
[2] 郑领英、袁权．展望21世纪的膜分离技术．水处理技术，1997；V23No.3：P125.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。