浸沒式超濾膜總大腸菌群截留性能的實驗研究

劉露露，馮 磊，吳瑞軍

(天津膜天膜科技股份有限公司膜材料與膜應用國家重點實驗室 天津 300334)

近年來，隨著經濟的發展和人們生活水平的提高，飲用水安全日益受到重視。膠體、高分子有機物、細菌和藻類等物質都會污染飲用水[1]。大腸菌群作為糞便污染的指標菌，其檢出結果表示水是否被糞便污染。大腸菌群數的高低，表明了水受糞便污染的程度，也反映了對人體健康危害的大小。因此，對飲用水中的大腸菌群進行嚴格控制和監測是保證生活飲用水安全的重要手段和措施[2]。強制性國家標準GB 5749—2006《生活飲用水衛生標準》規定，平均每100mL飲用水水樣中總大腸菌群不得檢出。嚴格的水質標準，對飲用水處理設備的處理能力提出了較高的要求。采用高效合理的飲用水凈化處理工藝，充分利用有限的飲用水資源，確保飲用水安全，是關乎國計民生的重要研究課題。超濾膜分離技術具有凈水效果好、占地面積小、能耗低、分離效率高、易于維護管理等優點，使其在飲用水處理中的應用越來越廣泛[3-5]。本文旨在研究浸沒式中空纖維超濾膜在高于常規運行壓力下，能否實現對大腸桿菌的完全截留。結果表明，在較高運行壓力條件下，浸沒式中空纖維超濾膜組件運行情況良好，且仍具備良好的大腸桿菌截留性能，浸沒式中空纖維超濾膜能夠在較高的運行壓力下保持良好的使用性能，能夠保障生活飲用水安全。

根據GB/T 5750.12—2006《生活飲用水標準檢驗方法 微生物指標》，常用的總大腸菌群檢驗方法為多管發酵法、濾膜法和酶底物法，這3種檢測方法具有等效性[6-8]，本實驗采用酶底物法進行總大腸菌群檢驗。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗材料

市售工程用浸沒式中空纖維超濾膜組件ST-635(天津膜天膜科技股份有限公司，采用同質增強型復合熱致相分離法，膜材質為PVDF，有效膜面積35m2)，SF-635(天津膜天膜科技股份有限公司，采用溶液紡絲法(濕法)，膜材質為PVDF，有效膜面積35m2)。污水為天津經濟技術開發區新水源污水處理廠二沉池水(總大腸菌群為108～1010MPN/100mL)；檢測試劑符合GB/T 5750.12—2006《生活飲用水標準檢驗方法 微生物指標》中2.3規定的市售商品化酶底物法固定底物技術檢測試劑(制造商：愛德士IDEXX)。

1.2 實驗方法

向膜池中加入500mg/L的次氯酸鈉溶液，運行10min，使整個實驗裝置充滿次氯酸鈉溶液，浸泡12h滅菌，其后用蒸餾水多次清洗膜運行設備至無次氯酸鈉殘留。清洗完成后，以蒸餾水為膜進水，調壓至-0.02MPa，運行10min，取膜進水和膜產水，以此為空白對照，顯示此時空白對照實驗中大腸桿菌存在情況(保證無大腸桿菌、且無次氯酸鈉殘留)。空白對照實驗完成后，向膜池中加入一定量的含有大腸桿菌的污水處理廠二沉池水，運行4h，進行大腸桿菌截留性能測試。實驗進行時，應保證取樣口持續出水，且取樣前用酒精燈對取樣口周圍進行滅菌。

1.3 實驗裝置

實驗裝置、流程分別如圖1、圖2所示。

圖1 實驗裝置Fig.1 Experimental device

圖2 實驗裝置流程示意圖Fig.2 Process diagram of experimental device

2 結果與討論

2.1 空白對照實驗結果分析

空白對照實驗中大腸桿菌截留結果如表1和圖3所示。

表1 空白對照實驗總大腸菌群截留情況Tab.1 The retention of total coliform in blank experiment

圖3 蒸餾水及空白實驗膜產水總大腸菌群測定結果Fig.3 Determination of distilled water and blank experiment production water quality

通過以上檢測結果可以看出，實驗用蒸餾水及空白實驗膜產水中均未檢出總大腸菌群，故實驗用蒸餾水中不含大腸桿菌，該蒸餾水可以作為系列實驗中的清洗用水和空白實驗用水。

2.2 津膜科技濕法膜大腸桿菌截留性能分析

本階段實驗選用津膜科技濕法膜組件SF-635，分別于-0.04、-0.06MPa壓力條件下進行大腸桿菌截留實驗，實驗結果如表2和圖4、圖5所示。

表2 津膜科技濕法膜組件SF-635大腸桿菌截留情況Tab.2 The retention of total coliform by wet method membrane SF-635

圖4 SF-635于-0.04MPa運行條件下空白實驗膜產水、截菌實驗膜進水、截菌實驗膜產水檢測結果Fig.4 SF-635 Detection result of blank experiment production water，water inflow and experiment production water under -0.04MPa

圖5 SF-635于-0.06MPa運行條件下截菌實驗膜進水、截菌實驗膜產水檢測結果Fig.5 SF-635 Detection result of water inflow and experiment production water under -0.06MPa

通過以上檢測結果可以看出，津膜科技濕法膜組件SF-635，分別于-0.04、-0.06MPa壓力下運行4h，膜產水中均未檢出總大腸菌群。這表明津膜科技濕法膜能夠在-0.04、-0.06MPa的運行壓力下保持良好的運行效果，并能夠完全截留大腸桿菌。

2.3 津膜科技同質增強復合膜組件大腸桿菌截留性能分析

本階段實驗選用津膜科技同質增強復合膜組件ST-635，分別于-0.04MPa、-0.06MPa壓力條件進行大腸桿菌群截留實驗，實驗結果如表3和圖6、圖7所示。

通過以上檢測結果可以看出，津膜科技同質增強復合膜組件ST-635，分別于-0.04、-0.06MPa壓力下運行4h，膜產水中均未檢出總大腸菌群，截菌實驗膜進水檢出總大腸菌群，膜產水未檢出總大腸菌群，說明津膜科技同質增強復合膜在-0.04、-0.06MPa的運行壓力下，仍能保持良好的運行效果，完全截留大腸桿菌。因此，膜應用于飲用水處理時，可有效保障飲用水的安全。

表3 津膜科技同質增強復合膜組件ST-635大腸桿菌截留情況Tab.3 The retention of total coliform by homogeneous enhancement composite membrane ST-635

圖6 ST-635于-0.04MPa運行條件下空白實驗膜產水、截菌實驗膜進水、截菌實驗膜產水檢測結果Fig.6 ST-635 Detection result of blank experiment production water，water inflow and experiment production water under -0.04 MPa

圖7 ST-635于-0.06MPa運行條件下截菌實驗膜進水、截菌實驗膜產水檢測結果Fig.7 ST-635 Detection result of water inflow and experiment production water under -0.06MPa

3 結 論

津膜科技浸沒式中空纖維超濾膜(濕法和同質增強型)在-0.04、-0.06MPa等高于常規(-0.02MPa)運行壓力條件下仍能夠保持穩定高效運行，中空纖維膜未發生破損、斷裂、剝離等破壞情況，且對大腸桿菌保持有良好的截留效果，去除率達100%，能夠在高壓運行的惡劣條件下保障飲用水的安全。