直接飲用水系統(tǒng)中超濾技術(shù)及組合處理工藝

徐燕

摘 要：在當(dāng)前飲用水水源水質(zhì)惡化且在長期內(nèi)仍難以根本改善的狀況下，成為當(dāng)今我國水處理研究者亟需解決的關(guān)鍵問題。膜技術(shù)及以膜單元為核心的組合處理工藝效果顯著，為解決上述問題的提供了一條可行途徑。

關(guān)鍵詞： 超濾膜 飲用水 粉末活性炭

中圖分類號：TU991文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）05（c）-0000-00

1 水處理工藝現(xiàn)狀及

1.1 我國飲用水現(xiàn)狀

在中國，每年有1.9億人患病、6萬人死于水污染引起的疾病（比如肝癌和胃癌）；大約有3億人面臨飲用水短缺。在2009年一項全國范圍內(nèi)的評估中，受調(diào)查的4000個城市水處理廠里有四分之一不符合質(zhì)量控制要求，這引發(fā)了公眾對于飲用水安全的擔(dān)憂。更令人擔(dān)憂的是幾乎一半的水源都已被污染，例如水井和含水層都被化肥農(nóng)藥的殘留物和重金屬污染。在2011年的全國評估中，包括北京、上海和廣州的9個省、自治區(qū)和直轄市的800多口監(jiān)測井中超過四分之三（76.8%）都不符合地下水飲用水水源標(biāo)準(zhǔn)[1]。

2 超濾技術(shù)

超濾膜多數(shù)為非對稱膜，由一層極薄（通常僅0.1-1?m）的具有一定孔徑的表皮層和一層較厚（通常為125?m）的具有海綿狀或指狀結(jié)構(gòu)的多孔層組成，前者主要起篩分作用，后者主要起支撐作用。

2.1 超濾原理

超濾膜篩分過程介于微濾和納濾之間，以膜兩側(cè)的壓力差為驅(qū)動力，以超濾膜為過濾介質(zhì)，在一定的壓力下，當(dāng)原液流過膜表面時，超濾膜表面密布的許多細小的微孔只允許水及小分子物質(zhì)通過而成為透過液，而原液中體積大于膜表面微孔徑的物質(zhì)則被截留在膜的進液側(cè)，成為濃縮液，因而實現(xiàn)對原液的凈化、分離和濃縮的目的。

2.2 超濾技術(shù)優(yōu)點

超濾技術(shù)是近年來在水處理領(lǐng)域的新技術(shù)，與傳統(tǒng)工藝相比，超濾膜應(yīng)用于水處理具有以下突出的優(yōu)勢：超濾膜出水水質(zhì)穩(wěn)定，幾乎不受原水水質(zhì)影響，膜出水濁度通常低于 0.1NTU；超濾膜出水微生物安全性高，超濾可完全截留水體中的賈第蟲、隱孢子蟲、細菌、病毒等；消毒副產(chǎn)物生成量低；超濾水廠供水規(guī)模靈活，僅需要增減超濾膜組件即可，適用于任何規(guī)模供水量的凈化處理；

3 活性炭-超濾組合工藝

3.1 活性炭-超濾工藝

活性炭-超濾組合工藝主要分為兩個部分，粉末活性炭與反應(yīng)區(qū)和膜分離系統(tǒng)。原水首先進入粉末活性炭反應(yīng)區(qū)進行預(yù)吸附，然后進入膜分離系統(tǒng)進行固液。粉末活性炭反應(yīng)池分為兩段，每段停留時間為20min。粉末活性炭在藥箱內(nèi)配制一定的濃度的藥液后，由加藥泵連續(xù)加入活性炭反應(yīng)池，通過機械攪拌與原水進行充分的混合。

有研究表明，粉末活性炭-超濾組合工藝（PAC/UF工藝）的優(yōu)點是把PAC對低分子有機物的吸附作用和UF對大分子有機物及細菌等病原微生物的篩分作用很好地結(jié)合在一起，大大提高了有機物的去除率，降低膜過濾阻力，提高透水通量和防止膜污染。Takizawa S等人的研究表明，直接超濾工藝對色度和腐殖酸的去除率分別為60%和40%，對酚則沒有去除效果；而投加50mg/L的PAC時，色度、腐質(zhì)酸、酚的去除率分別到達了96%、89%、97%；在PAC投加量小于20mg/L時，對膜通量沒有影響[2].

3.2 活性炭-超濾工藝重點

PAC-UF系統(tǒng)中活性炭的吸附性能受很多因素影響，影響因素包括反沖洗

頻率、反應(yīng)器大小及形狀、過濾模式（錯流操作或死端操作）、活性炭投加方

式等[3-4]。活性炭的投加方式有兩種：連續(xù)投加和一次性投加。當(dāng)粉末活性炭連續(xù)投加到超濾膜原水中時，由于吸附反應(yīng)時間較短，活性炭表面負荷小，為了獲得較好的處理效果，就需要增加活性炭的投加量；當(dāng)活性炭一次性投加時，對所有的炭粒來說，吸附反應(yīng)時間都相同，而且等同于過濾周期，這樣活性炭表面負荷會相應(yīng)增大，膜出水水質(zhì)得到改善。

3.3 超濾在飲用水處理中的研究進展

超濾對水中的有機污染物也有一定的去除效果，但是去除效果不是很理想。MariaTomaszewska[5]等人研究發(fā)現(xiàn)MWCO（截留分子量）為70kDa（分子量）的UF膜對色度的去除率可達60%，對腐殖酸的去除率可達40%。超濾工藝能有效去除水中的細菌、賈第蟲、隱抱子蟲等病原微生物。王錦[6]等人也通過研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)原水細菌總數(shù)為數(shù)10cfu時，滲透液細菌總數(shù)為0cfu；當(dāng)原水細菌總數(shù)為55-1500cfu/mL時，過濾出水的細菌總數(shù)為1-3cfu/ml，去除率在99%以上。

4 未來展望

超濾技術(shù)具有較好的綜合處理效果，在原水水質(zhì)比較復(fù)雜的地區(qū)顯得更為適用。雖然超濾技術(shù)還存在著膜易污染、運行成本較高等問題，但隨著新型超濾膜材料的研制開發(fā)、超濾膜價格的下降和膜污染防治技術(shù)的研究，超濾技術(shù)將成為最具發(fā)展前景的飲用水處理技術(shù)之一。

參考文獻

[1] Ministry of Water Resources of the Peoples Republic of China China Water Resources Bulletin 2011 （China Water & Power Press， 2012）

[2] Yu M，Takizawa S，et al.Evaluation of PAC behavior and fouling formation in an integrated PAC-UF membrance for surface water treatment[J].Desalination，2006， 192（1-3）：54～62

[3] Y. Matsui， A. Yuasa， K. Ariga. Removal of a Synthetic Organic Chemical by PAC-UF Systems I： Theory and Modeling[J].Wat.Res，2001， 35（2）：455～463

[4] Y. Matsui， A. Yuasa， K. Ariga. Removal of a Synthetic Organic Chemical by PAC-UF SystemsⅡ： Theory and Modeling[J]. Wat.Res，2001， 35（2）：464～470

[5] S.Mozia，M.Tomaszewska.Treatment of Surface Water Using Hybrid Processes-Adsorption on PAC and Ultrafiltration[J]. Desalination，2004， 162：23～31

[6] 王錦，王曉昌，何自琦.超濾膜直接過濾水處理試驗研究[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報，2001，33（l）：51～55