超濾技術在純水深度處理中的應用

郭自發(fā)

（紅河縣水利水電勘測設計隊，云南紅河州 654400）

1 超濾技術概述

超濾實質(zhì)是介于微濾與納濾之間的一種膜過濾過程，其平均孔徑約為3～100 nm。超濾技術歸屬于膜分離技術的范疇，是一種能夠將溶液進行凈化、濃縮以及分離的技術。

目前，超濾技術已經(jīng)成為替代多介質(zhì)過濾器的新一代預處理技術，該技術的截留機理為通過篩分作用對水中的顆粒物質(zhì)進行截留，即在膜兩側一定壓力差的作用下，當從膜的表面流過時，只有一些低分子溶質(zhì)能夠從膜中透過，如水、無機鹽、礦物質(zhì)等，并成為滲透液被收集，所有超過膜孔的高分子物質(zhì)會被截留并形成濃縮液后被外排，這些高分子物質(zhì)包括膠體、懸浮物、細菌、蛋白質(zhì)、病毒等。

1.1 超濾膜分類

根據(jù)制作材料的不同，大體上可將超濾膜分為以下兩大類，一類是有機超濾膜，另一類是無機超濾膜。

（1）有機超濾膜。

這類超濾膜主要包括聚丙烯、聚酰胺、醋酸纖維素、聚砜、PES、PTEE、PVDF等。其中應用較多的聚砜是一種新型的工程塑料，由雙酚A和二氯二苯砜縮合而成，具有非常優(yōu)良的機械性能、化學穩(wěn)定性以及熱穩(wěn)定性；PES和PVDF分別以狹窄的孔徑分布譜圖和溶劑相容性獲得了廣泛應用。

（2）無機超濾膜。

此類超濾膜的種類比較繁多，比較常見的有玻璃、碳纖維、金屬、陶瓷、硅酸鹽等。陶瓷膜具有的耐高溫、抗腐蝕性強等優(yōu)點，獲得了業(yè)界的一致好評，并成為最常用的無機超濾膜材料。大多數(shù)無機超濾膜都具有使用壽命長、抗酸堿、耐高溫、抗氧化等特點，缺點也比較明顯，即不易加工成型、脆性大、彈性小、使用不方便等，制約了無機超濾膜的應用與發(fā)展。

1.2 超濾技術在水處理中的應用優(yōu)勢分析

（1）特點。

①處理效率較高、篩分孔徑小，可以截留溶液當中大部分的大分子有機物。

②由于整個分離過程是以低壓作為推動力，使得該技術的能耗較低，設備及操作工藝簡單，易于管理。

③操作過程可在常溫條件下進行，運行無相際間變化。

④應用范圍十分廣泛，采用不同截留分子量的超濾膜，可以將不同分子量溶質(zhì)的混合液中各組分實現(xiàn)分子量分級。

⑤設備結構簡單、占地面積小、便于操作、易于維修，前期投資成本較小，經(jīng)濟效益高。

（2）優(yōu)勢。

①通過超濾能夠將水體中的各種致病菌完全截留，如隱孢子蟲、紅蟲、賈第蟲、細菌等，使得出水微生物的安全性極高。

②該出水濁度滿足相關要求，出水的水質(zhì)非常穩(wěn)定，不會受到原水水質(zhì)的影響。

③該技術對混凝劑的加入量要求較低，在具體運行過程中，只需要加入少量的混凝劑便可維持正常運行，并且產(chǎn)水的化學物具有較高的安全性。

2 超濾技術在水處理中的應用現(xiàn)狀分析

超濾技術在水處理中的應用主要體現(xiàn)在兩個方面，即作為反滲透的預處理和作為膜生物反應器。在超濾技術作為反滲透的預處理過程中，需要選擇良好的預處理工藝，確保進入RO膜元件的水質(zhì)符合相關要求，保證RO膜避免出現(xiàn)污堵現(xiàn)象。

現(xiàn)階段，超濾與反滲透相結合的雙模法技術在回用水處理中具有廣泛應用，經(jīng)過處理后的出水可用于生產(chǎn)工藝用水或循環(huán)冷卻水的補充水。將超濾技術應用在預處理中，能夠有效縮短反滲透膜的清洗周期，延長其使用壽命，降低殺菌劑和阻垢劑的用量，在保證出水通量的同時，大幅度減少反滲透處理工藝的費用，超濾技術在水處理中有著良好的應用效果。在超濾技術作為膜生物反應器的過程中，實現(xiàn)了膜分離單元與生化處理工藝的有效結合，該處理工藝將傳統(tǒng)的二沉池更新?lián)Q代為膜分離裝置，極大地提升了固液分離和水處理效果[1]。

經(jīng)過膜生物反應器處理的水質(zhì)符合回用水的水質(zhì)要求，可以在不經(jīng)過任何深度處理的情況下回用。將超濾技術應用于膜生物反應器還能夠彌補二沉池操作不便、排泥周期短的弊端，膜生物反應器中的膜片使用壽命可延長至少3年以上，有效提高了水處理的效果。

3 超濾技術在純水深度處理中的具體應用研究

純水被稱為純凈水，其性質(zhì)為無色透明且不含任何添加劑，能夠直接飲用。從化學的角度分析，純水也可稱為純凈物，常被應用于各種試驗當中，由于制作過程中需要采用蒸餾技術，因此也被稱為蒸餾水。我國的純水一般是指瓶裝的純凈水，其質(zhì)量符合《飲用純凈水衛(wèi)生標準》（GB 17324—2003）標準中的規(guī)定要求。

純水的理化和微生物指標如表1所示。

表1 純水的理化與微生物指標

3.1 生產(chǎn)純水用的原水水質(zhì)檢測結果

（1）原水檢測的執(zhí)行標準。

本次研究所選取的水源為某市的生活飲用水，在應用超濾技術進行深度處理之前，應按照《飲用純凈水衛(wèi)生標準》（GB 17324—2003）中的規(guī)定要求對水質(zhì)進行全面檢測。

檢測項目與結果如表2所示。

表2 生產(chǎn)純水使用的原水水質(zhì)的檢測結果

通過表2中的檢測結果可知，原水水質(zhì)滿足純水深度處理的要求。

（2）超濾技術對純水各項質(zhì)量指標的作用。

在本次研究中，選用超濾膜分離技術設備，并輔以相應的純水生產(chǎn)工藝和設備，在純凈水生產(chǎn)車間內(nèi)根據(jù)相關的技術標準進行生產(chǎn)。該設備具有過濾精度高、可改善原水水質(zhì)、降低水中懸浮物和微生物等特點。生產(chǎn)過程與國家純凈水生產(chǎn)要求完全相符，超濾設備運行過程中并未出現(xiàn)任何影響出水水質(zhì)的意外情況。經(jīng)超濾處理后，對出水的水質(zhì)進行了相關檢測。檢測結果如表3所示。

表3 超濾處理后的出水水質(zhì)檢測結果

3.2 處理結果分析

（1）通過對超濾技術深度處理純水后的結果進行分析可知，其可以對純水當中的渾濁懸浮物進行去除，出水濁度符合標準要求，由此獲得的純水從直觀觀察無任何雜質(zhì)，水質(zhì)清澈透明且無異味。

（2）經(jīng)過超濾處理后的純水中的大腸桿菌等微生物被全部去除，去除率為100%，這說明0.03 μm的超濾膜能夠將飲用水當中0.5 μm以上的微生物全部去除，使純水當中的微生物含量符合國家相關規(guī)范標準的要求。

（3）超濾技術對去除純水中的Fe、Mn、Al等金屬微生物的能力相對較弱，必須輔以其他設備。鐵離子在處理前后基本沒有發(fā)生變化，說明該技術對于溶解態(tài)的鐵離子不具備去除能力。在純水生產(chǎn)中，可將超濾設備作為預處理設備來使用。

（4）雖然超濾技術無法對溶解態(tài)的氟離子進行有效去除，但輔以其他技術將水中的溶解態(tài)氟離子轉變?yōu)槟z體，可以利用超濾技術進行過濾。目前，國內(nèi)大部分純水生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)純水的過程中，一般常用的氟去除技術為活性氧化鋁吸附過濾、電絮凝等。本文的研究中，采用PAC作為絮凝劑，借此使氟離子形成膠體，再借助超濾設備對膠體進行過濾，達到去除原水中氟離子的目的。試驗結果表明，PAC的加入量為9 mg/L時，可以去除52%以上的氟化物，與純水規(guī)模化生產(chǎn)要求相符。

4 結語

綜上所述，通過超濾技術對純水進行深度處之后，出水水質(zhì)完全符合《飲用純凈水衛(wèi)生標準》（GB 17324—2003）標準中的規(guī)定要求。超濾技術操作簡單方便、成本較低，可將該技術應用于大規(guī)模的純水生產(chǎn)中，對于促進我國純水生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的提高具有重要的現(xiàn)實意義。