超滤技术在饮用水深度处理上的应用

超滤技术在饮用水深度处理上的应用

超滤技术在饮用水深度处理上的应用

摘要：随着社会的发展与进步，重视超滤技术在饮用水深度处理上的应用对于现实生活具有重要的意义。本文主要介绍超滤技术在饮用水深度处理上的应用的有关内容。

关键词：超滤技术；深度处理；饮用水；应用；

中图分类号：TV213 文献标识码：A 文章编号：

引言

水资源短缺问题是人类社会生存和发展的瓶颈: 一方面，随着经济社会的发展，人们对水资源水质和需求量的要求都在不断提高; 另一方面，随着环境污染的加剧，可供人们利用的水资源却越来越少。要破解水资源短缺的困局，一方面，开发新型的水处理技术，提高处理水水质; 另一方面，不断开发新的水资源，如海水淡化、废水循环利用等。超滤技术作为一种新型高效的水处理技术应运而生。

一、超滤技术基本原理

超滤膜对溶质的分离机理为: 一次吸附、阻塞、筛分。其中，筛分是在压力作用下，溶剂和小分子的溶质透过膜到低压侧，而被膜阻挡，料液逐渐被浓缩而后以浓缩液排出。因此，可以用微孔模型表示超滤的传递过程。

二、超滤的技术优点

( 1) 超滤是一种绿色物理分离技术, 其分离机理主要是筛分和扩散作用。即使不加混凝剂, 也能有效去除原水中的悬浮物和胶体物质, 将出水浊度降至0. 1 NTU 以下。因此超滤可少用甚至不用混凝剂, 从而减少混凝药剂对水质的污染。

( 2) 超滤技术可有效去除几乎全部致病微生物, 包括隐孢子虫、贾第虫、细菌和病毒等, 出水水质一般可达到水质标准对微生物指标的要求, 因此原则上没有必要再对出水进行杀菌消毒。当然, 还需向水中投加少量消毒剂, 以保持一定的持续消毒能力, 以免水在输配过程中受到二次污染。

( 3) 超滤可截留相对分子质量范围为500~ 106的物质, 而天然水中有机物的分子量大部分也在这个范围, 因此超滤可以较有效地去除原水中的有机物。同时由于采用超滤技术可减少消毒剂的用量,故可显著减少水中消毒副产物的生成量, 从而提高了水的化学安全性。

( 4) 在常规的过滤中, 污染物是通过吸附在滤料表面而被去除的, 是一种随机过程, 因此具有波动性。与传统处理工艺相比, 超滤去除水中污染物的过程是通过膜孔的直接筛除作用, 因此对污染物的去除有极好的稳定性。

( 5) 超滤通常采用的操作压力为0. 1 ~0. 4 MPa, 小于纳滤膜的操作压力, 能耗相对较低。

( 6) 水通过超滤膜的过滤时间很短, 这使得超滤膜设备的容积很小, 这是其他常规处理工艺远不能及的。

( 7) 应用规模和处理能力可在较大的范围内变化, 设备可实现工业化生产和自动化控制, 日常运行和维护管理较方便。

三、超滤膜系统工艺运行特性

3.1超滤系统的运行方式

超滤系统的运行方式有全量过滤和错流过滤两种:全量过滤是料液全部流过超滤膜，溶剂及小分子物质透过膜，大分子的组分被截留在膜表面。全量过滤回收率高，但膜污染严重。

错流过滤是料液主体平行于膜面流动，透过液透过超滤膜。高速流动的料液能将沉积在膜面的物质冲走。错流过滤能减少污染，但回收率较低。

3.2超滤装置的运行模式

连续超滤装置的运行模式有正常运行模式、反冲洗模式、化学清洗模式等。

3.2.1正常运行模式

当来水悬浮物浓度或粘度较低时可采用全量过滤模式，在正常过滤运行中，原水从膜过滤装置下部的进水管进入膜纤维的内表面。正常情况下操作压力控制在0． 25 MPa 以下，过膜压差控制在0． 1 MPa ～ 0． 15 MPa。出水经上部的过滤出水管汇集后流入出水罐。

当来水悬浮物浓度或粘度高时可采用错流过滤方式，此时进水进入膜纤维内部后，一部分由垂直膜壁方向穿过膜壁，并由正常过滤出水管汇集后成为产品水，另一部分浓缩后的水则顺着膜纤维轴线方向由上部反冲洗排水管汇集后排出。生产中可根据需要交错使用全量过滤和错流过滤两种形式，例如高藻期和高浊期采用错流过滤，平时采用全量过滤。

3.2.2反冲洗模式

在超滤过程中，预处理只是延缓了膜污染的速度，膜污染仍不可避免。因此，定期对膜进行适当的清洗是非常必要的。反冲洗过程包括: 正方向冲洗( 滤过水从膜组件原水入口进入，用高速水流的剪切作用将膜面上的污染物从膜组件浓水出口冲走) 、反方向冲洗( 滤过水透过侧被反向压入原水侧或浓水侧，将膜面上的污染物从原水侧或浓水侧冲走) 、变方向冲洗(正反向冲洗交替进行) 、气水混合冲洗( 在冲洗水流中加入空气，使气―水界面产生湍流作用) 。

3.2.3化学清洗模式

当膜通量由于不可逆污染的影响下降到一定程度后，需要进行化学清洗。化学清洗是利用化学药品与膜面有害杂质进行化学反应来达到清洗膜的目的。选择化学药品的原则，一是不能与膜及其他组件材质发生化学反应，二是不能引起二次污染。化学清洗主要采用在线浸泡的方式，当在线化学浸泡不能很好地恢复透水通量、降低过膜压差时，可对膜组件进行离线清洗。所谓离线清洗，就是根据膜组件的污染情况，选择一定化学药剂并结合适当物理清洗方式，对膜组件进行循环清洗。

3.3超滤效果的影响因素

超滤的操作压力在0． 1 MPa ～ 0． 6 MPa 之间，当温度为60 ℃时，超滤的透过通量为1 L/( m2•h) ～ 500 L/( m2•h) ，一般为1 L/( m2•h) ～ 100 L/( m2•h) 。超滤透过通量的影响因素主要有: 流速( 1 m/s ～ 3 m/s) 、压力( 0． 5 MPa ～0． 6 MPa) 、温度、运行周期、进料浓度、料液的预处理、超滤膜的清洗。膜污染通常是影响膜应用的重要因素，因为污垢将降低膜的通量或增加膜的传递压力。

四、超滤技术在饮用水处理中的应用

4.1原水水质

水源为河水，主要不合格指标是色度、嗅和味、浊度、铁、锰、耗氧量( KMnO4 法) 、总大肠菌群。水源水中不合格项目及产水中对应项目的具体检验结果，见表1 和表2，检验依据:GB5750 － 85、《生活饮用水卫生规范》2001; 评价依据: CJ3020－ 93( 二级) 、GB5749 － 85。

4.2超滤对于悬浮物和微生物的去除

超滤膜分离技术的主要特点是具有很高的过滤精度，该工程采用的是公称过滤精度达到0． 03 微米的超滤膜，它能够实现: ( 1) 对于造成水质混浊的悬浮物具有很高去除能力; 产水浊度通常达到0． 2NTU 以下;

( 2) 对于大肠杆菌等微生物具有99． 99%以上的去除能力。由于微生物通常在0． 5 微米以上，因此，0． 03 微米的超滤膜对于去除微生物十分有效;

( 3) 对于铁、锰、铝等胶体具有90 ～ 95%以上的去除能力。但对于呈溶解态的铁离子等没有去除能力。

4.3超滤对于铁、锰的去除

超滤能够去除呈胶体或者悬浮物性质的铁、锰，但不能去除水中溶解的亚铁离子和二价锰离子，必须配合使用氧化剂，把亚铁快速氧化成三价铁，在中性pH 附近形成不溶性的铁胶体，把二价锰氧化成四价锰，通过超滤过滤除去。在常规水处理工艺中，采用曝气加锰砂过滤的方法来去除水中溶解的铁、锰。在本工程中，考虑到占地、投资等因素，采用了在超滤进水投加次氯酸钠的方法来实现此目的，加入量为6 ppm。发生下列反应:

Fe3+→Fe( OH) 3 ( 液体) + 3H+2Mn2+ + ClO+ + 2OH－→MnO2 + Cl － + H2O

4.4超滤对于氟的去除

水源水中氟化物超标，但超滤本身不能去除呈溶解态的氟离子。目前，除氟工艺主要有活性氧化铝吸附过滤、骨炭吸附过滤、铝盐混