论文部分内容阅读
【摘要】：膜分離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。现阶段，膜分离技术已被广泛应用于化工、能源、石油、医药、生物、环保、水处理等诸多领域，受到各国的高度重视。据预测，膜分离产业将在全球保持8％的增长率，在我国也有相当广阔的应用前景。2015年，我国膜市场需求可望超过200亿元，将占到世界总量的10％～15％，并仍将以每年20％的速度增长。本文膜分离技术在市政给水处理中的应用。
【关键词】：膜技术、超滤膜、给水
中图分类号：TU991.41文献标识码： A 文章编号：
引言
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。
一、国内水处理膜技术的发展
近年来，国内水处理膜技术进步也很快，在一些领域已达到世界先进水平。如天津膜天膜科技有限公司的PVDF中空纤维膜，上海斯纳普分离科技公司用于膜生物反应器的平板膜技术、上海佳尼特膜科技公司的系列反渗透膜技术、杭州天创净水设备公司的膜分离工艺、北京时代沃顿科技公司的复合反渗透膜技术、杭州洁弗膜技术有限公司的中空纤维膜技术等，代表了国内膜技术领域发展的最新水平，也将为石化等工业用水处理和废水的回用提供全方位的技术支撑。
在膜制备方面也已取得了重大突破，其中反渗透膜制备技术已达到世界先进水平。国产反渗透膜脱盐率已达到99.7％，国内市场占有率达到12％。我国在全球范围内首创了PVDF同质复合中空纤维膜技术，填补了国际空白，并成为饮用水深度处理的主流技术；攻克了热致相分离(TIPS)法制备聚偏氟乙烯中空纤维膜新工艺，突破了国外技术封锁，并将实现工业化生产。
二、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。
三、膜技术在市政给水中的应用研究
1、江苏金坛自来水厂应用膜技术力让自来水能直饮，在自来水生产工艺过程中应用天津膜天膜的超滤技术,减少药物投放量,使水质更好,甚至达到可以直饮的程度,这样的技术已经被攻克,改善了金坛市市民的饮水安全问题，使市民都喝上清澈的直饮自来水.
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。
（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的去除率略高于超滤膜处理工艺。
（2）、各超滤系统对比
①在金本水厂现场试验条件下，膜天膜浸没式超滤系统、美能压力式超滤系统、以及美能浸没式超滤系统出水浊度以及其它指标大致相当。其中膜天膜浸没式超滤系统出水浊度最小。
②膜天膜超滤系统出水中粒径小于2μm的颗粒数少于10个/mL，少于美能浸没式超滤系统和美能压力式超滤系统出水中的颗粒数。
③在金本水厂现场试验条件下，膜天膜浸没式超滤膜、美能压力式超滤膜和美能浸没式超滤膜和的产水量分别为1.2、1.73、0.8 （m3/m2•h）；产水率分别约为92.2%、98.5%、90%。
四 、存在问题及解决对策
根据示范工程设计、建设和运行管理经验, 总结了超滤膜技术在市政供水行业应用中存在的一些问题及解决对策。
1、超滤膜的制造成本目前还相对偏高, 膜寿命短, 使得超滤工艺的运行成本中折旧费较高, 加大了自来水的生产成本, 这成为超滤膜在市政自来水中大规模应用的瓶颈。
2、膜污染是超滤膜应用中最大的问题, 需要针对原水水质优化超滤工艺的运行条件, 完善超滤膜污染的控制方法, 提高超滤系统的处理能力。
3、膜丝破损是超滤膜水厂保证供水水质所面对的另一个挑战, 应设置先进的膜完整性在线监测和修复系统。
4、超滤膜系统的自动化程度较高, 但一旦控制系统出现问题, 整个膜系统就会陷于瘫痪, 因此应设法提高超滤膜系统的稳定性和可靠性。
结论
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，2009；P916.
[2]郑领英、袁权．展望21世纪的膜分离技术．水处理技术，2007；
【关键词】：膜技术、超滤膜、给水
中图分类号：TU991.41文献标识码： A 文章编号：
引言
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。
一、国内水处理膜技术的发展
近年来，国内水处理膜技术进步也很快，在一些领域已达到世界先进水平。如天津膜天膜科技有限公司的PVDF中空纤维膜，上海斯纳普分离科技公司用于膜生物反应器的平板膜技术、上海佳尼特膜科技公司的系列反渗透膜技术、杭州天创净水设备公司的膜分离工艺、北京时代沃顿科技公司的复合反渗透膜技术、杭州洁弗膜技术有限公司的中空纤维膜技术等，代表了国内膜技术领域发展的最新水平，也将为石化等工业用水处理和废水的回用提供全方位的技术支撑。
在膜制备方面也已取得了重大突破，其中反渗透膜制备技术已达到世界先进水平。国产反渗透膜脱盐率已达到99.7％，国内市场占有率达到12％。我国在全球范围内首创了PVDF同质复合中空纤维膜技术，填补了国际空白，并成为饮用水深度处理的主流技术；攻克了热致相分离(TIPS)法制备聚偏氟乙烯中空纤维膜新工艺，突破了国外技术封锁，并将实现工业化生产。
二、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。
三、膜技术在市政给水中的应用研究
1、江苏金坛自来水厂应用膜技术力让自来水能直饮，在自来水生产工艺过程中应用天津膜天膜的超滤技术,减少药物投放量,使水质更好,甚至达到可以直饮的程度,这样的技术已经被攻克,改善了金坛市市民的饮水安全问题，使市民都喝上清澈的直饮自来水.
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。
（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的去除率略高于超滤膜处理工艺。
（2）、各超滤系统对比
①在金本水厂现场试验条件下，膜天膜浸没式超滤系统、美能压力式超滤系统、以及美能浸没式超滤系统出水浊度以及其它指标大致相当。其中膜天膜浸没式超滤系统出水浊度最小。
②膜天膜超滤系统出水中粒径小于2μm的颗粒数少于10个/mL，少于美能浸没式超滤系统和美能压力式超滤系统出水中的颗粒数。
③在金本水厂现场试验条件下，膜天膜浸没式超滤膜、美能压力式超滤膜和美能浸没式超滤膜和的产水量分别为1.2、1.73、0.8 （m3/m2•h）；产水率分别约为92.2%、98.5%、90%。
四 、存在问题及解决对策
根据示范工程设计、建设和运行管理经验, 总结了超滤膜技术在市政供水行业应用中存在的一些问题及解决对策。
1、超滤膜的制造成本目前还相对偏高, 膜寿命短, 使得超滤工艺的运行成本中折旧费较高, 加大了自来水的生产成本, 这成为超滤膜在市政自来水中大规模应用的瓶颈。
2、膜污染是超滤膜应用中最大的问题, 需要针对原水水质优化超滤工艺的运行条件, 完善超滤膜污染的控制方法, 提高超滤系统的处理能力。
3、膜丝破损是超滤膜水厂保证供水水质所面对的另一个挑战, 应设置先进的膜完整性在线监测和修复系统。
4、超滤膜系统的自动化程度较高, 但一旦控制系统出现问题, 整个膜系统就会陷于瘫痪, 因此应设法提高超滤膜系统的稳定性和可靠性。
结论
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，2009；P916.
[2]郑领英、袁权．展望21世纪的膜分离技术．水处理技术，2007；