飲用水超濾、納濾技術應用及前景分析

劉賀琴

摘 要：本文將對膜技術中超濾和納濾的特點及二者在飲用水處理中的具體應用展開分析，并展望超濾和納濾未來的發(fā)展前景。

關鍵詞：超濾；納濾；飲用水

中圖分類號：TU991 文獻標識碼：A

隨著國家經(jīng)濟的飛速發(fā)展，水污染的問題愈加突出，常規(guī)飲用水處理工藝已經(jīng)無法保障生活飲用水的安全性，無法有效的去飲用水中的有機污染物，氯化工藝不僅無法滅除水中抗氯型病原寄生蟲等病原微生物，甚至還有可能為危害人類身體健康的有機鹵化物提供生存條件，不能保證飲用水經(jīng)處理后供人類使用的安全性，因此，對超濾、納濾在飲用水中應用的研究必須要抓緊進行，以便為人們提供更加優(yōu)質(zhì)的飲用水。

一、超濾的內(nèi)容概述

（一）超濾的特點

超濾工藝主要是以膜兩側(cè)產(chǎn)生的壓力差為驅(qū)動力，在機械篩分的基礎上分離待處理溶液的過程，使用壓力一般在0.25MPa左右。篩分過程中，篩分的孔徑要控制在0.01um～0.1um，篩分出來的分子量范圍通常在100萬～500萬，實際篩分2萬～5萬，相較于靜態(tài)過濾，超濾的特點包括：第一，篩分孔徑較小，幾乎能夠?qū)⑷芤褐兴写嬖诘募毦?、病原體以及膠體微粒、蛋白質(zhì)和大分子有機物等有益和有害物質(zhì)分離出來；第二，超濾的分離效果與膜孔徑的大小以及溶質(zhì)粒子的大小、形態(tài)和剛?cè)嵝杂兄o密的聯(lián)系；第三，分離的全過程都會在動態(tài)環(huán)境下進行，不會形成濾餅，被分離出的液體融入超濾組件中，可以將其余濃縮液沖刷出去，使膜表面保持在物質(zhì)之上，進行有限的積聚。

（二）超濾在飲用水中的應用

1.超濾膜技術的改進使超濾在凈水廠中得到應用

現(xiàn)如今，超濾技術的應用范圍越來越寬泛，除了在工業(yè)水處理中得到應用以外，還逐漸拓展至飲用水的處理中。隨著人們對飲用水安全性的不斷提高，超濾膜的生產(chǎn)規(guī)模也在不斷擴大，超濾膜的價格呈現(xiàn)下降趨勢，很大程度上促進了能夠進行反沖洗中空纖維形式的大型膜組件與系統(tǒng)的發(fā)展。此種膜技術可以直接對高懸浮狀態(tài)下固體濃度的原水進行處理，還可以隨著處理水量的增加對處理技術進行優(yōu)化。對于水處理技術較落后的凈水廠水處理方式，主要是采用單獨的膜組件，而處理技術先進的凈水廠則采用由框架和共用附屬設備共同構(gòu)成的膜組件。現(xiàn)如今，由48個膜組件共同構(gòu)成的水處理系統(tǒng)使凈水廠的布局更加緊湊，有效減少了土建施工，大大節(jié)約了水處理基建成本。

2.超濾膜的特性使超濾在制水工藝中得到應用

超濾技術現(xiàn)已經(jīng)被推廣應用于礦泉水和純凈水的制造工藝中。膜過濾技術的優(yōu)勢在于可以有效控制產(chǎn)品的透明度和細菌指標，成為現(xiàn)今多個領域水處理的關鍵性技術。超濾技術也在市政優(yōu)質(zhì)飲用水的制備中得到應用，例如，在20世紀90年代初期，日本政府就利用超濾技術對國家自來水制造工藝進行改進，并在多家自來水公司進行多次試驗，效果驚人之好。利用過濾技術處理的自來水濁度較低且相對穩(wěn)定，基本上用不到凝聚劑，必要時，可以將使用的絮凝劑用量控制在傳統(tǒng)工藝的30%以內(nèi)，有效降低自來水中的有機物含量，居民飲用水更加安全。

二、納濾的內(nèi)容概述

（一）納濾的特點

納濾過程是反滲透過程和超濾過程的中間環(huán)節(jié)，納濾膜的表面分布納米級微孔結(jié)構(gòu)。反滲透膜對于脫除氯化鈉有機物的含量可達到95%以上，所以在氯化鈉脫除率在90%以下的膜叫作納濾膜。納濾膜只針對特定的有機溶質(zhì)，如，1nm左右的溶質(zhì)顆粒，篩分分子量范圍在100～2000。納濾膜的篩分作用相對較大，基本上可以截留溶液中所有存在的有機溶質(zhì)，包括三鹵甲烷、低分子有機物、有機農(nóng)藥、鈣、鎂、硝酸鹽、氟等。不僅如此，納濾還可以有效去除溶液中的細菌物質(zhì)，可嘗試用于物理消毒，進而取代常規(guī)化學消毒，避免溶液中殘留更多化學物質(zhì)。此外，納濾還可以去除溶液中致突變物質(zhì)，在特定試驗中，將陽性水轉(zhuǎn)化成陰性水，對于總有機碳的去除率相對較高，可同化有機碳的去除作用相對較小 。

（二）納濾在飲用水中的應用

1.納濾技術處理含農(nóng)藥和有機物的地表水

納濾技術在有機物的處理上有很大的作用，據(jù)相關數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，納濾技術對溶解性有機碳的去除率大約在60%左右，對于農(nóng)藥的去除率可達90%以上，例如，莠去津、西瑪津等，除了水中的微污染物，大部分物質(zhì)的殘留量皆在分析檢測可控范圍內(nèi)。納濾系統(tǒng)的出現(xiàn)可以完全取代傳統(tǒng)的水處理工藝，例如O3-GAC，在進入水溶液中的可以進行生物降解的溶解性有機碳濃度達到一定濃度值時，納濾技術可將這種有機碳濃度控制在最低數(shù)值內(nèi)，遠遠低于國家相關標準的預防管網(wǎng)細菌滋生的濃度值，可見，經(jīng)納濾技術處理的水溶液中的水生物穩(wěn)定性相對較高。在納濾系統(tǒng)達到相對穩(wěn)定的運行狀態(tài)時，對于水溶液中的有機物、農(nóng)藥等物質(zhì)的去除能力仍然較高，這說明利用納濾技術對地表水進行處理，相比常規(guī)飲用水處理工藝，可以有效去除水溶液中的溶解性有機碳以及微污染物，可以很好地為飲用水的分離提供更加優(yōu)質(zhì)的處理水溶液。

2.處理富含無機鹽的地下水

納濾技術可以處理富含無機鹽的地下水，其處理水符合所需水質(zhì)的標準要求，為常規(guī)飲用水處理工藝難以處理的原水提供更加優(yōu)質(zhì)的水處理技術。原始地下水中的電導率經(jīng)納濾系統(tǒng)處理后雖呈現(xiàn)升高趨勢，但仍然能夠保證處理水穩(wěn)定的電導率和硫酸含量，良好地體現(xiàn)了納濾工藝的優(yōu)勢特點，其他水處理技術則無法實現(xiàn)。

（三）膜技術存在問題及解決措施

首先，膜法水處理技術中納濾工藝雖然相對于反滲透等相關工藝的操作壓力已經(jīng)有效降低，但分離過程中的存在的絕對數(shù)值仍然較大，在一定程度上會影響到水溶液分離的最終效果，需要相關研究部門針對膜技術的應用展開進一步研究和分析，開發(fā)出新型小阻力膜材料，并推廣應用到飲用水處理工藝中。

其次，膜技術在飲用水處理中會產(chǎn)生一定的膜污染，這也是國內(nèi)外飲用水處理工程面對的一個共性問題。目前而言，解決膜污染的主要措施是采用化學清洗的方法，雖然可以祛去除掉膜中的部分有害物質(zhì)，但大多數(shù)有機污染物難以祛去除，嚴重影響膜的運行周期和使用壽命，相關部門應重視這一問題，在解決膜污染問題上研究和開發(fā)出抗污染性較高的膜材料，以減少膜污染，提高膜材料的經(jīng)濟性和實用性。

最后，膜技術在飲用水處理中的應用和研究雖然日漸增多，但是在不同的水質(zhì)條件下，膜技術的準備階段還沒有相對完善的規(guī)范和制度可以依據(jù)，保證膜技術的科學性和有效性，例如，膜技術的預處理、終端膜工藝的確定、組合應用以及參數(shù)確定等，這在一定程度上阻礙了膜技術的應用和發(fā)展，所以，在膜技術應用前，相關部門應針對膜技術中納濾和超濾工藝的特點制定出完善的操作制度和規(guī)范標準，保證膜技術的每一道工藝都能夠在飲用水處理過程中發(fā)揮正常效用。

三、超濾、納濾的應用前景

隨著國家水質(zhì)標準的不斷提高，極大增加了對水中有機物、細菌、微生物和消毒處理的難度，因此，原有的水處理工藝已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代人對飲用水的實際需求，水處理技術必須要與時俱進，將新的技術組合成更為優(yōu)質(zhì)的水治理技術，為人們提供更加純凈、安全的生活飲用水。通過將超濾、納濾以及反滲透等膜處理技術與常規(guī)水處理技術相結(jié)合的方式，可以更加有效的祛除水中的細菌、有機污染物、病毒等有害物質(zhì)，減少消毒劑的使用，降低處理飲用水中的化學物含量，優(yōu)化處理飲用水的水質(zhì)。在工藝方面，超濾和納濾技術的操作工藝更加簡便、靈活，并且可實現(xiàn)自動化控制，減少凈水廠的基建成本。未來，超濾和納濾技術經(jīng)過不斷的完善和發(fā)展，必將成為未來飲用水處理技術的主流，具有廣闊的發(fā)展空間。

參考文獻

[1]孫鵬.膜技術在水處理行業(yè)中的應用研究[J].鹽業(yè)與化工，2017，46（2）：1-4.endprint