膜过滤单元对微生物的截留性能及完整性检测概述

膜组件在出厂 前，膜 生 产 企 业 需 要 对 其 进 行 负 荷试验（ｃｈａｌｌｅｎｇｅ ｔｅｓｔ），得 到 膜 产 品 对 某 微 生 物 的 截留性能，以 ＬＲＶＣ 表 示。 只 有 当 膜 产 品 的 截 留 性 能优于期望值（即 ＬＲＶＣ≥ＬＲＶＴ）时，膜 产 品 才 为 合 格品，否则 即 视 为 残 次 品 （见 图 １）。 负 荷 试 验 并 不 针对所有膜组件 产 品，而 是 通 过 随 机 的 方 式 进 行 抽 选。但是，不参与 负 荷 试 验 的 膜 组 件 产 品 必 须 通 过 非 破 坏 性 性 能 测 试 （Ｎｏｎ－ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｅｓｔ，ＮＤＰＴ）。ＮＤＰＴ 类 似 于 随 后 介 绍 的 直 接 膜 完 整性检测，也 可 以 得 到 对 应 的 ＬＲＶＣ 值。ＬＲＶＣ 的 确定方法如 下：当 测 试 产 品 数 小 于 ２０ 时，ＬＲＶＣ 取 所有测试结果的最小值；当测试数大于２０ 时，ＬＲＶＣ 取所有测试结果的１０％分 位 数 （即 参 与 负 荷 试 验 的 所有膜组件 产 品 中 有 ９０％ 的 产 品 对 某 种 微 生 物 的 对数去除值不小于 ＬＲＶＣ）。
相比之下，我国 对 膜 组 件 的 截 留 能 力 特 别 是 膜 过滤单元在运行过程中的完整性检测的重视程度还 很不够，相 关 研 究 也 较 少 。 ［３～６］ 这 一 方 面 造 成 了 制 水企业和相关管理部门对膜产品和膜过滤工艺的信 心不足，导致膜过 滤 单 元 一 直 以 来 作 为 传 统 过 滤 的 补充单元存在；另 一 方 面 导 致 国 内 膜 生 产 企 业 在 制 备膜组件和相关设备时缺乏相关政策的指导。
美 国 环 保 局（ＵＳＥＰＡ）在 ２００５ 年 出 版 的 《膜 过 滤 指 南》（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ Ｇｕｉｄａｎｃｅ Ｍａｎｕａｌ）中 对 超 滤膜的截 留 性 能 和 完 整 性 检 测 做 了 详 尽 的 描 述［１］。 一些文献也 对 试 验 和 检 测 的 方 法 进 行 了 综 述［２］。在 美国 ，膜过 滤是 解 决 隐 孢 子 虫 问 题 的 优 选 手 段 之 一 。 当膜过滤取代传统砂滤和无烟煤过滤或者作为传统 水 处 理 单 元 的 补 充 手 段 时 ，美 国 环 保 局 要 求 膜 生 产 企 业 必 须 提 供 膜 组 件 对 隐 孢 子 虫 的 截 留 能 力 ，以 及 要 求 制水企业在生产过程中对膜过滤单元进行常规和周 期性的直接完整性检测和连续的间接完整性监测。
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０ 前 言 近年来，以超滤 为 代 表 的 低 压 膜 过 滤 工 艺 在 饮
用水处理中已得到越来越广泛的应用。随着膜成本 的持续下降，膜过滤 取 代 传 统 介 质 过 滤 （如 砂 滤）将 成为趋势。与传 统 的 介 质 过 滤 相 比，膜 过 滤 的 主 要 优势在于膜过滤 的 出 水 水 质 稳 定，受 滤 前 水 水 质 的 影响极小。即便是 无 预 处 理 （如 混 凝、沉 淀）或 预 处 理效果不好 时，膜 过 滤 仍 能 保 证 滤 后 水 水 质。 超 滤 膜过滤对贾第鞭 毛 虫、隐 孢 子 虫 和 大 肠 杆 菌 等 致 病 微生物具有极好 的 截 留 效 果；对 病 毒 也 有 一 定 的 截 留 作 用 。 膜 过 滤 特 别 适 合 于 原 水 水 质 （如 浊 度 ）不 稳 定但供水水质要求较高的水厂。
式（１）中 Ｃｆ 和 Ｃｐ 分 别 为 滤 前 水 和 滤 后 水 中 该 微生物的浓度。 一 般 情 况 下，制 水 企 业 或 相 关 管 理 部 门 对 膜 组 件 的 微 生 物 第鞭毛虫、隐孢子 虫、大 肠 杆 菌 和 病 毒）截 留 能 力 有 一个最低要求，用 ＬＲＶＴ 表示。例如，美国环保局饮 用水卫生标准要求隐孢 子 虫 的 去 除 率 不 低 于 ９９％。 如果采用膜过滤为主要去除手段，则 ＬＲＶＴ＝２。
２．Ｓｕｚｈｏｕ Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｕｚｈｏｕ ２１５１２９，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｒｏｇｒａｍ，Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ Ｓｔａｔｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｍｉｄｄｌｅｔｏｗｎ，ＰＡ１７０５７，ＵＳＡ）
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ；Ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ；Ｃｈａｌｌｅｎｇｅ ｔｅｓｔ；Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ ｔｅｓｔ；Ｉｎｔｅｒ－ ｃｅｐｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；Ｄｒｉｎｋｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
国 家 水 体 污 染 控 制 与 治 理 科 技 重 大 专 项 （２０１２ＺＸ０７４０４００２）。
不同于砂滤和无烟煤过滤以深层截留为过滤机 制 ，超 滤 膜 以 表 面 截 留 为 过 滤 机 制 ，位 于 超 滤 膜 表 面 的过滤皮层是截留污染物质的唯一屏障。超滤膜过 滤皮层的厚度仅 在 微 米 量 级，在 运 行 过 程 中 可 能 会 发 生 表 面 破 损 ，造 成 截 留 性 能 的 下 降 。 因 此 ，饮 用 水 处理对超滤膜的截留性能及其维持的要求很严格。 截留性能的维持也即要求超滤膜在运行过程中保持 完 整 ，与 之 相 关 的 检 测 称 为 膜 的 完 整 性 检 测 。
膜过滤单元对微生物的截留性能及完整性检测概述
王小 １ 葛明明２ 刘文君１ 杨宏伟１ 解跃峰１，３
（１ 清华大学环境学院 环境模拟与污染控制国家重点联合实验室，北京 １０００８４；２ 苏州普滤得净化有限公司，苏州 ２１５１２９； ３Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｒｏｇｒａｍ，Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ Ｓｔａｔｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｍｉｄｄｌｅｔｏｗｎ，ＰＡ１７０５７，ＵＳＡ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙ ｅｍｐｌｏｙｅｄ ｆｏｒ ｄｒｉｎｋｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ．Ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｏ ｔｈｅ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｉｓ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ ｔｈｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ’ｓ ｉｎｔｅｒ－ ｃｅｐｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｍｉｃｒｏｂｅｓ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｍａｔｔｅｒｓ ｗｈｉｃｈ ｍｕｓｔ ｌａｓｔ ｆｏｒ ａ ｒｅａｓｏｎａｂｌｙ ｌｏｎｇ ｄｕｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｍｏｄｕｌｅｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｄｒｉｎｋｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｍｕｓｔ ｐａｓｓ ｔｈｅ ｃｈａｌｌｅｎｇｅ ｔｅｓｔ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｃｅｐｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｒｎｅｄ ｍｉｃｒｏｂｅｓ．Ｍｅｍｂｒａｎｅ ｉｎｔｅｇｒｉ－ ｔｙ ｔｅｓｔｓ ｍｕｓｔ ｂｅ ｒｏｕｔｉｎｅｌｙ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｔｏ ｓｅｃｕｒｅ ｔｈｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ’ｓ ｉｎｔｅｒｃｅｐｔｉｎｇ ａｂｉｌｉｔｙ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｏｐｅｒ－ ａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ａｓ ａ ｓｕｍｍａｒｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｇｕｉｄａｎｃｅ ｍａｎｕａｌ ｉｓｓｕｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ｅｎｖｉ－ ｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ａｇｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ，ｂｒｉｅｆｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｃｈａｌｌｅｎｇｅ ｔｅｓｔ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔ ａｎｄ ｉｎｄｉｒｅｃｔ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ ｔｅｓｔｓ；ｗｉｔｈ ａ ｆｏｃｕｓ ｏｎ ｔｈｅ ｐｕｒｐｏｓｅｓ，ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ，ｔｈｅ ｅｍｐｌｏｙｅｄ ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒ－ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｅｓｔｓ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｍｉｇｈｔ ｂｅ ｈｅｌｐｆｕｌ ｔｏ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｂｙ ｗａｔｅｒ ｕｔｉｌｉｔｉｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒｉｔｉｅｓ，ａｎｄ ｔｏ ａｉｄ ｔｈｅ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅｉｒ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｎｄ ｅｓｔａｂｌｉｓｈ ｔｈｅ ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｇｕａｒａｎｔｅｅ ｓｙｓｔｅｍ．
图 １ 膜 组 件 负 荷 试 验 、膜 过 滤 单 元 直 接 完 整 性测试和间接完整性监测的结构关系
２ ８ 给水排水 Ｖｏｌ．４０ Ｎｏ．３ ２０１４
通过 负 荷 试 验 或 ＮＤＰＴ 的 超 滤 膜 组 件 可 以 用 于制水企业的实际生产运行。由于超滤膜的实际有 效 厚 度 （即 过 滤 皮 层 ）仅 在 微 米 量 级 ，在 设 备 安 装 、检 修或膜清洗过程 中，或 在 待 滤 水 中 尖 锐 物 质 的 作 用 下，可能会 发 生 表 面 破 损，从 而 造 成 截 留 性 能 的 下 降。为了保证超 滤 膜 截 留 性 能 的 持 续 性，需 要 在 膜 工艺运行过程中对膜进行完整性测试。膜完整性测 试 针 对 的 是 整 套 膜 过 滤 装 置 ，除 膜 组 件 本 身 以 外 ，还 可 以 发 现 装 置 内 各 管 道 、阀 门 、监 测 仪 表 连 接 处 可 能 出现的泄漏问题。
关键词 膜过滤工艺 微生物 负荷试验 完整性检测 截留性能 饮用水处理 DOI:10.13789/ki.wwe1964.2014.0006
Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｅｓｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｃｅｐｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ ｉｎ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｕｎｉｔ