浸沒式超濾膜總大腸菌群截留性能的實(shí)驗(yàn)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(yīng)用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 天津 300334)

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)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(jī)物、細(xì)菌和藻類等物質(zhì)都會(huì)污染飲用水[1]。大腸菌群作為糞便污染的指標(biāo)菌，其檢出結(jié)果表示水是否被糞便污染。大腸菌群數(shù)的高低，表明了水受糞便污染的程度，也反映了對(duì)人體健康危害的大小。因此，對(duì)飲用水中的大腸菌群進(jìn)行嚴(yán)格控制和監(jiān)測(cè)是保證生活飲用水安全的重要手段和措施[2]。強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 5749—2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，平均每100mL飲用水水樣中總大腸菌群不得檢出。嚴(yán)格的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)飲用水處理設(shè)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(guān)乎國(guó)計(jì)民生的重要研究課題。超濾膜分離技術(shù)具有凈水效果好、占地面積小、能耗低、分離效率高、易于維護(hù)管理等優(yōu)點(diǎn)，使其在飲用水處理中的應(yīng)用越來(lái)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(guī)運(yùn)行壓力下，能否實(shí)現(xiàn)對(duì)大腸桿菌的完全截留。結(jié)果表明，在較高運(yùn)行壓力條件下，浸沒式中空纖維超濾膜組件運(yùn)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(yùn)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(jù)GB/T 5750.12—2006《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法 微生物指標(biāo)》，常用的總大腸菌群檢驗(yàn)方法為多管發(fā)酵法、濾膜法和酶底物法，這3種檢測(cè)方法具有等效性[6-8]，本實(shí)驗(yàn)采用酶底物法進(jìn)行總大腸菌群檢驗(yàn)。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)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(zhì)增強(qiáng)型復(fù)合熱致相分離法，膜材質(zhì)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(zhì)為PVDF，有效膜面積35m2)。污水為天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)新水源污水處理廠二沉池水(總大腸菌群為108～1010MPN/100mL)；檢測(cè)試劑符合GB/T 5750.12—2006《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法 微生物指標(biāo)》中2.3規(guī)定的市售商品化酶底物法固定底物技術(shù)檢測(cè)試劑(制造商：愛德士IDEXX)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

向膜池中加入500mg/L的次氯酸鈉溶液，運(yùn)行10min，使整個(gè)實(shí)驗(yàn)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(yùn)行設(shè)備至無(wú)次氯酸鈉殘留。清洗完成后，以蒸餾水為膜進(jìn)水，調(diào)壓至-0.02MPa，運(yùn)行10min，取膜進(jìn)水和膜產(chǎn)水，以此為空白對(duì)照，顯示此時(shí)空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)中大腸桿菌存在情況(保證無(wú)大腸桿菌、且無(wú)次氯酸鈉殘留)。空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)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(yùn)行4h，進(jìn)行大腸桿菌截留性能測(cè)試。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，應(yīng)保證取樣口持續(xù)出水，且取樣前用酒精燈對(duì)取樣口周圍進(jìn)行滅菌。

1.3 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置、流程分別如圖1、圖2所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置Fig.1 Experimental device

圖2 實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖Fig.2 Process diagram of experimental device

2 結(jié)果與討論

2.1 空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)中大腸桿菌截留結(jié)果如表1和圖3所示。

表1 空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)?zāi)ぎa(chǎn)水總大腸菌群測(cè)定結(jié)果Fig.3 Determination of distilled water and blank experiment production water quality

通過(guò)以上檢測(cè)結(jié)果可以看出，實(shí)驗(yàn)用蒸餾水及空白實(shí)驗(yàn)?zāi)ぎa(chǎn)水中均未檢出總大腸菌群，故實(shí)驗(yàn)用蒸餾水中不含大腸桿菌，該蒸餾水可以作為系列實(shí)驗(yàn)中的清洗用水和空白實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jìn)行大腸桿菌截留實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)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(yùn)行條件下空白實(shí)驗(yàn)?zāi)ぎa(chǎn)水、截菌實(shí)驗(yàn)?zāi)みM(jìn)水、截菌實(shí)驗(yàn)?zāi)ぎa(chǎn)水檢測(cè)結(jié)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(yùn)行條件下截菌實(shí)驗(yàn)?zāi)みM(jìn)水、截菌實(shí)驗(yàn)?zāi)ぎa(chǎn)水檢測(cè)結(jié)果Fig.5 SF-635 Detection result of water inflow and experiment production water under -0.06MPa

通過(guò)以上檢測(cè)結(jié)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(yùn)行4h，膜產(chǎn)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(yùn)行壓力下保持良好的運(yùn)行效果，并能夠完全截留大腸桿菌。

2.3 津膜科技同質(zhì)增強(qiáng)復(fù)合膜組件大腸桿菌截留性能分析

本階段實(shí)驗(yàn)選用津膜科技同質(zhì)增強(qiáng)復(fù)合膜組件ST-635，分別于-0.04MPa、-0.06MPa壓力條件進(jìn)行大腸桿菌群截留實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3和圖6、圖7所示。

通過(guò)以上檢測(cè)結(jié)果可以看出，津膜科技同質(zhì)增強(qiáng)復(fù)合膜組件ST-635，分別于-0.04、-0.06MPa壓力下運(yùn)行4h，膜產(chǎn)水中均未檢出總大腸菌群，截菌實(shí)驗(yàn)?zāi)みM(jìn)水檢出總大腸菌群，膜產(chǎn)水未檢出總大腸菌群，說(shuō)明津膜科技同質(zhì)增強(qiáng)復(fù)合膜在-0.04、-0.06MPa的運(yùn)行壓力下，仍能保持良好的運(yùn)行效果，完全截留大腸桿菌。因此，膜應(yīng)用于飲用水處理時(shí)，可有效保障飲用水的安全。

表3 津膜科技同質(zhì)增強(qiáng)復(fù)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(yùn)行條件下空白實(shí)驗(yàn)?zāi)ぎa(chǎn)水、截菌實(shí)驗(yàn)?zāi)みM(jìn)水、截菌實(shí)驗(yàn)?zāi)ぎa(chǎn)水檢測(cè)結(jié)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(yùn)行條件下截菌實(shí)驗(yàn)?zāi)みM(jìn)水、截菌實(shí)驗(yàn)?zāi)ぎa(chǎn)水檢測(cè)結(jié)果Fig.7 ST-635 Detection result of water inflow and experiment production water under -0.06MPa

3 結(jié) 論

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