超濾膜技術及其在飲用水處理行業的應用

張琴娟上海市北寶山自來水有限公司

超濾膜技術及其在飲用水處理行業的應用

張琴娟
上海市北寶山自來水有限公司

隨著經濟科技的發展，超濾處理飲用水技術得到了重視，并且已經在生產實踐中獲得應用。本文通過研究超濾膜的發展史，超濾膜在飲用水行業上的應用以及超濾膜處理效果概述，探討超濾膜在飲用水行業的應用前景及存在的問題。

超濾膜；膜材料；應用水；去除效果

一、超濾膜的發展

最早對超濾膜的研究始于1907年，局限于小規模的或者試驗時研究。首個商業用途的超濾膜出現在1960年代中期，當時只是作為反滲透膜研究的副產物，后來逐漸獨立發展成為膜工藝的重要分支。圖1為超濾膜發展的歷史圖景。

圖1　超濾膜發展歷程

二、超濾膜在飲用水領域的應用

超濾膜在飲用水處理的應用始于20世紀80年代。到了21世紀，大型水廠開始使用超濾膜技術。并且越來越多的老水廠改建和新建水廠傾向于用超濾膜技術。

超濾膜技術在我國的應用起步較晚，2005年第一座采用超濾膜的給水廠建成投產。2009年，東營市南郊水廠的浸沒式超濾膜凈水工藝，是常規處理工藝老水廠應對微污染原水升級達標的范例。

三、超濾膜處理效果概述

1細菌、病毒及其他微生物

超濾膜對水中病原微生物的去除效果同樣主要依賴于膜的篩濾作用，與膜孔的截留分子量密切相關。一般給水系統中細菌和大腸桿菌的大小為微米級，而超濾膜的孔徑近納米級。由于細菌和病毒等的尺寸一般大于超濾膜孔徑，一般均能被完全去除。因此，超濾膜從某種意義上在不投加化學藥劑（如氯、臭氧等）的情況下實現了物理消毒，有利于避免消毒副產物的形成。這一點也是超濾膜優于微濾膜的重要特征。韓宏大等的試驗結果顯示，采用微絮凝+超濾膜工藝處理黃河水，對總大腸菌群的去除率可達100%，對細菌總數的去除率可達99.7%以上。

2渾濁度

超濾膜對于顆粒物質和膠體物質等導致較高渾濁度的成分主要通過物理篩分作用去除，微米至納米級的孔徑能確保對其較高的去除率。有研究發現，使用截留分子量100000Da的超濾膜，即使進水的渾濁度高達50～1000NTU，出水渾濁度始終保持在0.1 NTU以下，出水平均渾濁度為0.06 NTU。

3高錳酸鹽指數（CODMn）

雖然會受水中還原性無機物如硫化物、亞硫酸鹽、亞鐵鹽等的影響，CODMn測得的地表水中的還原性物質主要是有機物。因此，考查CODMn指標可以大致反映膜工藝對有機物的去除情況。王磊等的研究顯示，單獨使用超濾膜過濾裝置高錳酸鹽指數去除率在21%-31%之間，而加入粉末活性炭則可使CODMn去除率升高到50%-76%?？梢?，超濾膜對溶解性有機物的去除能力雖較差，但粉末活性炭發揮強大的吸附能力，可提高去除率。另外，在膜工藝前使用混凝工藝等也能提高對其的去除率。

四、超濾膜組合工藝

PAC-UF膜：Laine認為混凝和粉末活性炭可以去除溶解性有機物，降低膜過濾阻力，提高透水通量。JosephG.Jacangelo應用UFPAC聯用技術有效地去除三氯甲烷前體物。范茂軍認為經過組合工藝深度處理后，雖然出水中的有機物得到了一定的去除，但活性炭的投加量不能過高。董秉直等的研究表明投加粉末炭有利于改善過濾通量。謝良杰等研究表明投加15mg/L的PAC可保證PAC/ UF組合工藝對銅綠微囊藻的去除率不低于99.99%，且可減緩膜污染，工藝運行穩定。

混凝+UF膜：可以改善其分離性，去除有機物。國內一些學者認為混凝處理對膜污染的緩解作用主要是由于：①混凝預處理減少了進入膜孔的污染物量；②改變了膜表面沉積層的性質；③減輕了有機物在膜表面的吸附沉積。韓宏大等采用微絮凝（FeC13，投加量為4～6 mg/L）+超濾膜工藝處理黃河水，結果表明該工藝對渾濁度和病原微生物有較好的去除效果，出水渾濁度＜0.1NTU的保證率達95.26%，但對CODMn的去除效果受進水濃度影響很大。

與傳統工藝相比，超濾膜（Ultrafiltration，UF）工藝具有出水水質穩定、占地面積小、操作方便等優點。但超濾工藝也存在著膜污染的問題，通過改進膜材料及研究合理運行工藝解決膜污染的問題將是今后超濾技術的關鍵。

［1］Fane，A.G.，R.Wang and Y.Jia，Membrane Techdogy:Past，Pres?ent and Future in Membrane anDesalinationTechnologies，L.K.Wang，etal.，Editors，2008，Humana Press.p.1-45

［2］韓宏大，呂曉龍，何文杰，等.微絮凝-超濾工藝處理黃河水的試驗研究［J］.中國給水排水，2008，24（21）:85-87.

［3］Jean-Michel Laine et al.Ultrafiltration of lake water:effect of pretreatment on the partitioning of organics，THMFPandflux，Jour.AW?WA.1990，82（12），82-87

［4］Joseph G.Jacangelo et al.UF With prefreatment for removing DBP precursors Jour.AWWA.1995.87（3）.100-112