生物膜污水处理技术

第三代饮用水净化技术

膜技术：膜技术可以称为第三代的饮用水净化技术。膜过滤是用天然或人工合成高分子有机薄膜或者无机陶瓷膜做介质，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分溶液进行过滤分离、分级提纯和富集的物理处理方法。目前常见的膜法有：微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析、渗透蒸发、液膜等。从膜滤法的功能上看，反渗透能有效的去除水中的农药、表面活性剂、消毒副产物、THMs、腐殖酸和色度等。纳滤膜用于分子量在300以上的有机物去除。超滤通常孔径为0.01或0.04微米，能去除分子量大于1000以上的有机物、微生物（包括两虫、细菌和病毒），微滤通常孔径比超滤要大，因此过滤效率不如超滤。因为两虫（隐孢子虫和贾第虫）具有抗氯性，是目前饮用水处理中倍受关注的致病微生物，因此超滤对两虫的去除可以有效保证饮用水的微生物学安全性。同时超滤可以充分保证浊度物质的去除，解决目前常规处理对浊度去除不充分的问题，而且超滤可以大大减少占地面积，节约土地资源。因此合考虑技术特点和成本因素，目前超滤是饮用水净化中的主流技术。

先进的自来水厂净水处理工艺——“膜”法水处理工艺

水资源短缺成为世界范围内普遍关注的问题,中国的缺水形势尤为严峻。随着经济的高速发展,用水量剧增,而水处理设施的相对落后使水环境质量呈持续恶化的趋势。目前,我国60%~70%的水厂采用的仍是第一代的水处理工艺,即沉淀消毒法,这一工艺对水源地的水质要求较高。但由于有些地区水质上的先天不足,对水厂的水处理系统提出了更高的要求。膜-生物反应器(MBR)等膜法水处理技术是近年发展起来的新技术,由于具有出水水质优良、装置占地面积小等特点,且膜使用寿命长达10年左右,从目前技术来看,膜技术能够非常有效的提高水的生物安全性,例如超滤膜,孔径有几十纳米,原则上说可以讲水中间一切微生物截留下来,使得水的安全性大大提高一步,在污水处理与回用中有很好的应用前景。目前,加拿大泽能环保工程公司生产制造浸没式超滤膜,已经达到了世界领先水平。

“膜”法水处理工艺就是利用天然矿石、超滤技术、反渗透技术等多道物理过滤,实现对自来水的生物与化学污染的多级屏障。其中,反渗透膜装置是该处理工艺的核心部分。经反渗透膜的深度处理,能去除水源中绝大部分无机盐、重金属离子以及有害物质,使水质达到生活饮用水标准。如杭州湾新区航丰自来水厂航丰公司投入9000多万元建设了一期5万t供水项目,其中第三代水处理工艺——“膜”法水处理工艺的设备投入就花掉了5000多万元,这一投入是普通5万t水厂项目投入的2倍还要多。为确保供水安全,公司实现了所有设备全自动化控制,可以有效地避免人为操作产生的失误;同时,公司还安装了视频安保系统,一旦有设备出现异常或人为破坏情况产生,系统就会自动报警。自2004年建成投用以来,就受到了许多国内同行的关注,杭州、上海、深圳、北京的同行纷至沓来,向航丰公司学习取经。目前,航丰公司采用“膜”法水处理工艺,水处理达标率连续5年达到100%,并通过慈溪市、宁波市和国家相关水质检测,水质完全符合国家生活饮用水标准。

第三代饮用水净化工艺=安全预氧化、强化混凝+生物活性炭、超滤+安全消毒！

2007年7月1日，新的国家《生活饮用水卫生标准》开始实行。正当这部多达106项检测指标的标准使得许多水厂面临着升级换代的选择时，在4月1日的城市水业战略论坛上，中国科学院李圭白院士为与会的供水企业代表带来了第三代饮用水净化工艺的公式。而随后，中荷水务投资集团副总裁王同春也充满信心地说：“膜技术在自来水行业中的使用也将如一百年前的砂滤技术一样成为最佳的自来水处理工艺之一。”他以“超滤膜组合工艺技术及其大规模饮用水处理应用案例”为主题进行了发言。膜技术被来自学术界和企业界的人士赋予高度评价。

脱颖而出的第三代处理工艺

20世纪初研发出的混凝——沉淀、过滤、氯消毒净水工艺，可称为第一代城市饮用水净化工艺。而面对第一代水饮用水处理工艺不能对无害物进行控制的弊端，第二代城市饮用水净化工艺应运而生。第二代饮用水处理就是在第一代工艺的后面增加臭氧、颗粒活性炭的工艺。目前我国的供水厂普遍采用这种工艺。但是第二代饮用水处理工艺也逐渐地显露出很多问题：一是对于含有溴化物的水源水被臭氧氧化后容易产生致癌的溴酸盐；二是随着水污染的加剧和检测技术的提高，第二代饮用水处理工艺的出水中发现了越来越多的细菌和微生物，水的生物安全性受到了挑战。

“20世纪末又提出来饮用水的生物稳定性问题，所谓生物稳定性就是说出厂水在输送和储存过程中，发现微生物增殖现象，是不具有生物稳定性的水，这是另一个新出现的重大生物安全性问题。所以第三代城市饮用水净化工艺要解决的就是生物安全性的问题。”李圭白院士介绍到。

膜技术简单说是一种过滤技术，上世纪60年代起源于海水淡化的反渗透膜，与超导、光纤、碳纤维、纳米技术等一起统称为21世纪工业领域六大新技术。而后膜技术得到了非常迅速的发展，并且被广泛应用于越来越多的领域。继脱盐反渗透后，一系列更疏松的渗透膜被开发出来，包括纳滤、超滤、微滤。

有资料显示，在现有的各种孔径的膜中，纳滤和超滤是最有效的去除水中微生物的方法。水中的致病微生物的尺寸，病毒是20nm至数百nm，细菌是数百nm至数μm，原生动物是数μm至数十μm，藻类是数μm至数百μm。在各式各样的膜中，纳滤膜的孔径-1nm左右，超滤膜的孔径-数nm。但是从技术经济学的角度，李院士更加肯定了超滤膜在未来第三代处理工艺中的主导地位。“纳滤膜目前在我国尚需要进口，成本很高。超滤膜已在我国形成规模生产能力，能够为数万吨/日规模的水厂提供膜材料，且价格已降至可接受的地步。微滤膜的孔径为数百nm，不能充分截留去除病毒。我国选择超滤膜提高水的生物安全性是比较可行的。”

在国际上，采用超滤技术作为水厂的处理工艺已经逐渐成为主流。1996年，超滤水厂总处理水量在20万m3/d，2006年的处理水量800万m3/d以上。在北美现有超滤和微滤水厂250座，总处理水量

达到300万m3/d；在欧洲，已有33座1万m3/d以上的超滤水厂，英国已有100多座城市水厂，处理水量达110万m3/d；在亚洲，日本膜滤水厂的产水量达到400万m3/d，新加坡已建成27.5万m3/d的超滤。

在国内，随着我国膜工业的发展，以前阻碍超滤膜应用的价格问题不再明显。目前市场上中空纤维超滤膜的价格是每m2过滤面积为150元,按1m2超滤膜每小时过滤0.1m3水计算，1m3/d的超滤膜价格为60元。超滤膜按使用3年计算，为更换膜每m3水只需0.057元费用。以苏州市建成的1万m3/d的超滤净水厂为例，建设费用约300元/m3/d，运行成本为0.0782元/m3，与该水厂原传统工艺大体相同。

对于超滤膜技术在国内的前景，李院士很看好，他说：“台湾已建成30万m3/d的膜滤水厂，近年陆续建设许多中、小型超滤水厂，其中产水能力最大为2万m3/d。大型超滤水厂的建设也指日可待。”

“组合拳”出击

当然，在20年的超滤应用过程中，存在一系列的争论。最主要的问题是超滤技术基本的功能是一个过滤、筛分，不能除溶解性的物质。对于这个问题，业内趋向采用超滤技术与传统工艺结合的方案解决。

中荷水务投资集团副总裁王同春说：“采用超滤，如氨氮是除不掉的。去除氨氮最好的方式是生物方式，如果我们把超滤膜和生物氧化结合在一起，我们就能提高对氨氮的去除率，能提高对COD、BOD 的去除率。”同样，对于超滤对水中中、小分子有机物，特别是微量有机污染物的去除效果较差的问题，李圭白院士打出了“安全预氧化、强化混凝+生物活性炭、超滤+安全消毒”的“组合拳”。对于每一个单元的作用李院士做了详细的说明。混凝沉淀单元的设置将大大拓展超滤对原水浊度的适用范围，提高膜的使用寿命。李院士说：“超滤出水浊度一般为0.1NTU左右，并与超滤前水的浊度基本无关，所以水可以直接进入超滤。但是当原水浊度较高时，冲洗水量增大，会使膜滤周期缩短，所以宜在膜前增设混凝沉淀单元。”“当原水受到污染时，需在膜前增设除去有机物的处理单元，例如活性炭。在颗粒活性炭和生物粉末活性炭中，后者由于物理吸附功能更具有持久性，所以效果更好。将超滤置于活性炭之后，出水中的微生物及炭微粒可被截留”李院士解释。

超滤一般能几乎完全去除微生物，对出水的消毒，主要不是灭活水中的致病微生物，而是使水具有持久的消毒能力……氯、氯氨和二氧化氯都有持续消毒能力，其中氯氨是较好的选择。