過濾技術在給水處理中的優化

郭瑜 薛聰

摘 要：由于水是一種溶解力很強的溶劑，又與外界環境如空氣、地殼、土壤等廣泛接觸，故而水中必然含有很多雜質，而水的處理或者凈化其實質就是通過各種水處理技術去除水中有關雜質，以獲得達到一定水質標準的水供生活飲用或工業使用。水處理技術包括混凝、過濾、吸附、膜分離和消毒等。

關鍵詞：過濾技術；給水處理；優化

1 過濾技術在給水處理中的優化

以砂濾技術為代表的傳統過濾技術利用石英砂等粒狀濾料層截留水中懸浮雜質，有較長應用歷史。但由于受過濾介質和沖洗方式限制，長時間污水截留率有限、運行效率低、能耗大、更換周期短。

混凝技術也能提升傳統過濾技術的分離精度，動態砂過濾技術通過實現連續過濾而將分離負荷提升至傳統技術的2倍，動態膜和濾布濾池技術對分離效率和分離精度的提升作用均十分明顯。膜技術的分離精度最高，但是分離負荷及處理成本成為了目前該技術廣泛使用的限制因素。這也促使研究者們向過濾精度高、處理速度快的新型過濾技術展開諸多探索。

1.1 傳統過濾技術的改進———動態砂過濾技術

動態砂過濾系統是一種結合生物作用的改良連續砂濾器，通過同步過濾和反沖洗實現24h連續不停機工作，主要應用于各類給水過濾處理、污水深度處理和城市及工業水回用處理等。該系統主要利用逆流原理使進水通過底部布水器自下而上流經動態砂過濾床，濾床截留污染物，頂部溢流清水，臟砂借助氣體在頂部洗砂器中紊流和機械碰撞作用實現反沖洗，洗凈濾砂重力回流至砂床。其主要特點有：1）立式結構緊湊且處理規模大；2）過濾作用與生物凈化作用結合；3）連續自清洗，無需停機；4）SS負荷適應性強，處理效果穩定；5）運行成本低，維修保養少，高度自動化。

1.2 膜技術進展

膜分離技術近年來在國內污水處理領域發展迅速，主要使用壓力差驅動的膜分離過程。依據膜孔尺寸及分離物粒徑范圍可分為微濾（Microfiltration，MF）、超濾（Ultrafiltration，UF）、納濾（Nanofiltration，NF）和反滲透（ReverseOsmosis，RO）4種類型。微濾（MF）和超濾（UF）是世界上開發應用最早的分離膜。目前，我國微濾和超濾技術大約占我國膜工業年產值的1/5。微濾膜和超濾膜技術在生活污水和工業廢水回用、MBR、深度預處理工藝等方面已有廣泛應用研究。目前MBR工藝中基本使用微濾膜，MBR也因具有出水水質良好、設備緊湊、運行管理方便、剩余污泥產量少等特點近年來得到迅速發展。納濾（NF）膜是在20世紀80年代末期發展起來的一種截留分子量為200～2000Da的新型分離膜。反滲透（RO）膜是20世紀50年代開發的具有不對稱結構、孔徑<2nm的分離膜，操作壓力在0.8～7.5MPa。反滲透技術和納濾膜技術多用來實現生活污水及工業廢水的深度處理及回用、海水及苦咸水淡化和工農業廢水有用資源濃縮回收等。

1.3 平衡分離精度與負荷的新型過濾技術

1.3.1 動態膜技術

動態膜（DynamicMembrane，DM），也稱動態形成膜（DynamicallyFormedMembrane）或原位形成膜（Formed-in-placeMembrane），通過過濾含成膜物質溶液而在多孔基材表面形成。常見基材包括尼龍篩網、篩絹、無紡布、不銹鋼網等，氟石、硅藻土、高嶺土、頁硅酸鹽、熟石灰等礦物為常見的成膜物質。動態膜根據形成方式可分為預涂動態膜（Pre-coatedDM）和自生動態膜（Self-formingDM）。動態膜研究源自反滲透的預涂動態膜，至20世紀90年代開始有針對自生動態膜的超濾、微濾研究，主要用于生物、食品領域強化過濾效果。自生動態膜以其價格低廉、操作簡便的優勢逐漸成為研究主流熱點。近年來，動態膜技術結合MBR的基本原理發展出了動態膜生物反應器技術，以活性污泥形成的動態膜取代傳統微濾或超濾膜實現固液分離。動態膜基材主要采用微米級孔徑的微網材料，與活性污泥平均粒徑相仿，但動態膜形成后截留能力可達到微濾或超濾水平。常見的動態膜生物反應器均為自生動態膜過程。

1.3.2 濾布濾池技術

濾布濾池（Cloth-mediaFiltration）又稱為纖維轉盤過濾器，是一種過濾等級為5～10μm的表面過濾裝置。濾布濾池系統比普通砂濾處理效果好，水質水量穩定，能耗低（高程損失僅為0.3m），反沖洗時間短，占地面積?。▋H為常規工藝的1/2），維護使用簡便。一些歐美國家已將該工藝作為城市污水深度處理單元。

濾布濾池采用過濾轉盤外包濾布來代替傳統過濾介質，沿過濾方向分別為纖維毛層及大孔隙支撐。過濾組件包括中心軸、過濾轉盤、反沖洗系統、污泥去除系統、中心傳動系統及支架支撐系統。進水利用重力流入濾池并壓過濾布，部分較輕的污泥吸附于濾布外側形成泥餅從而可部分提升過濾效果，較重的污泥利用斗型池底排出濾池，濾布過濾阻力增加到一定液位時利用吸泥裝置進行反沖洗。針對進水中含油或黏度高時對過濾介質的改進可能是這類濾池未來主要的研發方向。

1.4 消毒技術

水的消毒主要是為了殺滅或抑制水中對人體有害的致病微生物。水的消毒技術可分為化學消毒和物理消毒兩大類，化學消毒中采用的消毒劑又可分為氧化型消毒劑和非氧化型消毒劑，氧化型消毒劑中應用最廣的是氯及其制品，這是由于氯的價格低廉、消毒效果良好、使用較方便等特點，在非氧化型消毒劑中如季銨鹽等在工業冷卻水的殺菌，滅藻中應用較多。物理消毒中應用較多的是臭氧消毒和紫外線消毒，臭氧消毒的特點是殺菌效果好，不需很長的接觸時間，受水中的PH值和氨氮影響較小，能通過強氧化作用消除水中的有機物，對水中的鐵、錳、色度和嗅味也有一定的去除效果，其缺點是耗電較多，運行費用高，同時，臭氧需邊生產、邊使用，不易存儲；紫外消毒的缺點是消毒作用有一定的作用距離和范圍，當水中的懸浮物和濁度高時會妨礙紫外線的透射等。

近年來以氯為主要消毒劑已發展了一些新品種，如二氧化氯（ClO2）、氯代異氰酸鹽（TCCA與DCCA）以及一些加氯的增效劑，如等三嗪類化合物等，此外，含溴的消毒劑也有相應的發展，在非氧化型消毒劑中出現了異噻唑啉酮、季銨鹽等新品種。物理消毒中臭氧和紫外消毒也發展較快，這可能和加氯后產生消毒副產物有關，如鹵代甲烷類化合物等，有的已確認為致癌物而引起廣泛關注，因此非氯消毒劑也有很大的發展前景。

2 結語

近年來，人們對高效率、低能耗、低成本和低占地等高性能指標的不斷追求使污水處理技術不斷創新、發展迅速。研究者們也同時不斷追求新型高效、更符合可持續發展理念的沉淀與過濾技術。在技術推廣過程中，應注意以下問題：

（1）硅藻土、磁分離、微砂沉淀等沉淀技術和濾布濾池技術、動態砂過濾技術等過濾技術均有較大規模的實際生產應用試驗。新型沉淀與過濾技術的開發既要注重技術細節也應重視挖掘技術的應用及產業化潛力。

（2）正視新型沉淀與過濾技術推廣中的問題，理清新技術基本原理的正確性和適用性，建立試驗體系予以支撐，完善工藝完整性，提供實際生產應用的理論基礎。

參考文獻：

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