不同預(yù)處理與納濾膜組合工藝的研究綜述

摘要：闡述了常規(guī)水處理工藝、深度處理工藝和超濾與納濾膜工藝組合的特點(diǎn)，時(shí)近年來有關(guān)于不同預(yù)處理工藝十納濾組合工藝的研究進(jìn)行了總結(jié)。從水質(zhì)保證效果、膜污染及運(yùn)行成本等方面對幾種常見的納濾膜組合工藝進(jìn)行了分析和總結(jié)。以供參考。

關(guān)鍵詞：超濾;納濾;高品質(zhì)飲用水

中圖分類號：TQ028.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-9944（2020）04-0141-02

1 引言

膜分離技術(shù)在未來飲用水處理方向上具有較大應(yīng)用前景。目前應(yīng)用于飲用水處理的主要膜類型有微濾、超濾、納濾和反滲透。近些年超濾和納濾在飲用水處理中應(yīng)用最多，相比于微濾膜，超濾能夠有效去除細(xì)菌和微生物，降低飲用水濁度和色度。相比于反滲透，納濾膜具有良好的有機(jī)物去除效果，能夠選擇性保留一價(jià)離子，有效去除二價(jià)離子，保證飲用水口感，同時(shí)具有低于反滲透膜的驅(qū)動壓力。超濾膜具有替代常規(guī)工藝的可能性，而納濾膜則能有效去除水中農(nóng)藥、抗生素、內(nèi)分泌干擾物等痕量物質(zhì)，更進(jìn)一步保證飲用水的健康安全性。現(xiàn)有實(shí)際應(yīng)用的水處理工藝與膜工藝的組合應(yīng)用能有效提高飲用水水質(zhì)并降低初期建設(shè)投資和運(yùn)行成本，是未來高品質(zhì)飲用水處理工藝的主要發(fā)展方向。

2 常規(guī)處理+納濾工藝

目前臭氧生物活性炭工藝在飲用水廠的應(yīng)用還未完全覆蓋，因此常規(guī)工藝仍然是飲用水處理的主流工藝。常規(guī)水處理工藝能有效降低水的濁度、色度，對有機(jī)物也有一定去除效果。大量實(shí)踐應(yīng)用結(jié)果都發(fā)現(xiàn)常規(guī)工藝能有效降飲用水的濁度降低到1NTU以下，對TOC去除效果在20%～30%，因此常規(guī)處理作為納濾膜預(yù)處理工藝存在可行性。經(jīng)過常規(guī)工藝預(yù)處理后，納濾膜能進(jìn)一步有效截留常規(guī)工藝不能有效截留的有機(jī)物和無機(jī)離子等物質(zhì)，從而進(jìn)一步提高飲用水水質(zhì)。對于水源水水質(zhì)較好的地區(qū)，常規(guī)處理+納濾或許相比其他工藝與膜的組合運(yùn)行更加節(jié)省建造成本。但當(dāng)原水水質(zhì)較差，含有較多易于造成膜污染的組份時(shí)，常規(guī)工藝去除效果較為局限，無法作為納濾膜工藝的有效預(yù)處理工藝。劉丹陽等[1]采用DF30膜對某水廠常規(guī)工藝產(chǎn)水進(jìn)行近3個(gè)月的研究發(fā)現(xiàn)，膜的水滲透系數(shù)由13.1LMH/bar下降至5.5LMH/bar，下降率達(dá)到58.02%，說明常規(guī)工藝+納濾工藝無法時(shí)膜會存在較嚴(yán)重污染。

因此常規(guī)處理作為納濾膜的預(yù)處理工藝的可行性考察主要取決于原水水質(zhì)的好壞，當(dāng)原水水質(zhì)較好時(shí)常規(guī)處理+納濾膜工藝在能有效提高飲用水水質(zhì)的同時(shí)也有效節(jié)省了制水成本。

3 超濾+納濾工藝

相比于常規(guī)處理工藝，超濾膜更能有效去除細(xì)菌、病毒等微生物，降低水的濁度[2]。相比于納濾、反滲透工藝，超濾膜的運(yùn)行能耗也相對較低，但是超濾對水中有機(jī)物去除效果有限，超濾膜的特定結(jié)構(gòu)使其無法再進(jìn)一步提供更高品質(zhì)飲用水。而納濾膜具有更加微小致密的膜孔徑，其不僅對有機(jī)物具有很高的去除效果，還能通過荷電作用等去除小于其截留分子量的有機(jī)物和各種離子[3]。將超濾作為納濾膜的預(yù)處理工藝，采用基于雙膜技術(shù)的超濾十納濾水處理工藝恰好可以進(jìn)行彼此缺點(diǎn)的互相彌補(bǔ)。以超濾作為納濾預(yù)處理工藝對原水進(jìn)行處理，能有效降低濁度、細(xì)菌微生物和部分大分子類有機(jī)物，接著采用納濾膜對超濾產(chǎn)水處理，可進(jìn)一步去除小分子類有機(jī)物、降低水的硬度從而進(jìn)一步提升飲用水水質(zhì)。周建平等[4]采用超一納濾聯(lián)用工藝對黃浦江原水進(jìn)行中試研究，發(fā)現(xiàn)超濾單元與常規(guī)工藝相似，能有效去除濁度和鐵錳，但對有機(jī)物去除存在局限性。而經(jīng)過納濾處理能夠?qū)⑦€原性有機(jī)物COD_Mn降低至1mg/L以下。此外，超濾作為納濾預(yù)處理工藝時(shí)能有效防止納濾膜污染問題。趙偉業(yè)等[5]采用超納濾雙膜工藝對某水廠砂濾后產(chǎn)水進(jìn)行深度處理，結(jié)果表明納濾單元能夠有效去除水體中的各類有機(jī)物，對CODM}和UV254去除率分別達(dá)到96.39%和74.24%。運(yùn)行期間納濾膜通量保持在47.37～49.74、L/（m³·h），能夠達(dá)到穩(wěn)定產(chǎn)水。朱學(xué)武[6]也采用超濾—納濾組合工藝對水系原水進(jìn)行中試研究，發(fā)現(xiàn)超濾可有效去除水中的顆粒物、微生物。可將高錳酸鹽指數(shù)和UV254分別降低4.8%～19.2%和12.7%～29.3%。但對無機(jī)物等指標(biāo)均沒有明顯去除效果。而經(jīng)過納濾處理后，高錳酸鹽指數(shù)和UV254分別降低47.0%～67.9%和93.2%～95.6%，堿度、硬度等指標(biāo)的去除率均在90%以上。Mi Hyung Kim等[7]研究發(fā)現(xiàn)超濾-納濾組合工藝對NOM的去除效果要優(yōu)于其他水處理工藝。超濾-納濾雙膜組合工藝中，超濾能夠有效去除大分子有機(jī)物并降低濁度，為納濾進(jìn)水進(jìn)行預(yù)處理，從而減緩納濾膜的污染。而納濾能有效截留超濾無法去除的小分子溶解性有機(jī)物和無機(jī)離子。膜工藝具有水量設(shè)計(jì)靈活，裝置占地面積小等有點(diǎn)，基于超濾-納濾組合工藝的雙膜技術(shù)在未來高品質(zhì)飲用水的制備應(yīng)用中具有顯著優(yōu)勢。

4 深度處理+納濾工藝

深度處理（臭氧一生物活性炭）能進(jìn)一步有效去除水中有機(jī)物。臭氧能將大分子有機(jī)物氧化為中小分子類有機(jī)物，并為生物活性炭池中的好氧微生物提供溶解氧，活性炭單元對小分子類有機(jī)物具有顯著吸附作用，而活性炭表面以及內(nèi)部的微生物能將中小分子類有機(jī)物生物降解。因此，相比于常規(guī)處理和超濾膜工藝，臭氧一生物活性炭工藝在有效降低濁度的同時(shí)對水中有機(jī)物的降解效果更為顯著，尤其是對微生物易降解的中小分子類有機(jī)物的去除能有效防止納濾膜的有機(jī)和生物污染[8]。陶潤先等[9]采用SU610型納濾膜進(jìn)行生物活性炭工藝產(chǎn)水的處理發(fā)現(xiàn)，膜裝置運(yùn)行2個(gè)月后膜壓差由0.32MPa僅上升到0.37MPa，這說明深度處理作為納濾工藝預(yù)處理時(shí)，能有效緩解膜污染，降低裝置運(yùn)行成本。

5 結(jié)論

（1）常規(guī)工藝+納濾工藝所需初期建造成本較低，但適用于原水水質(zhì)較好的地區(qū)，否則常規(guī)工藝無法保證納濾工藝的進(jìn)水要求，從而造成納濾膜的嚴(yán)重污染。

（2）膜技術(shù)具有產(chǎn)水水質(zhì)穩(wěn)定、設(shè)備占地面積小、設(shè)計(jì)水量靈活且易于自動控制等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此在飲用水水質(zhì)提標(biāo)改造有著極大的前景[10]。雙膜工藝具有設(shè)計(jì)水量靈活、裝置占地面積小、無需投加水處理藥劑和易于自動化控制等諸多優(yōu)點(diǎn)。采用超濾-納濾雙膜組合工藝能夠適用于特殊情況下的飲用水要求，主要包括：特殊水源水質(zhì)下常規(guī)工藝無法滿足處理要求時(shí)的小水量飲用水供水地區(qū);基于小區(qū)、家庭單位下，超一納濾雙膜工藝對管網(wǎng)水水質(zhì)的二次提升處理;用于地區(qū)水質(zhì)突發(fā)污染時(shí)的飲用水應(yīng)急處理與供給。

（3）深度處理+納濾工藝是目前最有具有應(yīng)用前景的水處理工藝，截至2015年，上海已經(jīng)有40%的飲用水供水來自臭氧一活性炭處理[11]，而北京、深圳和蘇州等南方城市的諸多水廠也逐步進(jìn)行臭氧一活性炭深度工藝的水處理工藝提標(biāo)改造。因此直接在原水廠中增加納濾工藝，升級為深度處理十納濾技術(shù)的組合水處理工藝具有較高的可行性。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉丹陽，趙爾卓，仲麗娟，等.低壓納濾膜用于微污染地表水深度處理的中試研究[J].給水排水，2019，55（4）：15～23.

[2]羅濤，朱正鴻.超濾工藝凈化微污染原水的試驗(yàn)研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2009，32（12）：71～74.

[3]于水利.基于納濾膜分離的健康飲用水處理工藝[J].給水排水，2019，55（04）：12～14，23.

[4]周建平，王海亮，高乃云，等.超濾-納濾工藝處理黃浦江上游原水中試研究[J].給水排水，2008（10）：50～54.

[5]趙偉業(yè)，李星，楊艷玲，等.超濾-納濾雙膜工藝深度凈化飲用水效能試驗(yàn)研究[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018，49（4）：1018～1024.

[6]朱學(xué)武，成小翔，謝柏明，等.超濾/納濾組合工藝的運(yùn)行與優(yōu)化研究[J].中國給水排水，2017，33（5）：10～15，21.

[7]Kim MH，Yu M J.Characterization of NOM in the Han River andevaluation of treatability using UF-NF membrane [J].Environ-mental Research，2005，97（1）：116～123.

[8]Farhat N M，Javier L， Van Loosdrecht M C M，et al.Role of feedwater biodegradable substrate concentration on biofouling：Biofilmcharacteristics，membrane performance and cleanability[J].Waterresearch，2019，（159）：1～11.

[9]陶潤先，陳立.劉景艷，等.在線混凝/超濾工藝處理低溫、低濁源水的研究[J].中國給水排水，2011，27（9）：67～70.

[10]Ahsan，Amimul，Monzur Imteaz.”Nanofiltration MembraneTechnology Providing Quality Drinking Water.”Nanotechnolo-gy in Water and Wastewater Treatment[J].Elsevier，2019（12）：291～295.

[11]陳國光，朱慧峰，錢靜汝.上海供水現(xiàn)狀及深度處理工藝改造進(jìn)展情況[J].給水排水，2015，51（12）：11～13.

收稿日期：2020-02-06

作者簡介：李惠平（1995-），男，碩士研究生，研究方向?yàn)轱嬘盟ぜ夹g(shù)深度處理。