膜与饮水安全

饮水安全事关人的健康与生命。其重要性不言而喻。但由于环境和水源受到污染, 现在,饮水安全成了世人关注的一大问题。

水源、水质受到污染是造成饮水不安全的主要祸根。

上个世纪末, 有刊物报道: 中国有90%以上的城市水域被严重污染。近年来, 松花江水被污染, 哈尔滨市民饮水告急, 如太湖蓝藻滋生,沿湖居民饮水告急等等, 居民饮用水源、水质被污染的事件时有发生。除此之外, 正常的居民饮水就安全了吗? 否。就拿城镇居民每天饮用的自来水来说, 安全问题也越来越让人担心。

城市自来水的发展虽然仅有两百多年的历史, 在我国还不到一百年, 但却越来越难喝。

原因之一, 随着社会经济的发展, 工业废水、废弃物、农药、化肥以及生活污水中的各种洗涤剂等越来越多, 成分也越来越复杂, 对江、河、湖、海以及地下水源的污染越来越严重; 而现行的传统的自来水处理工艺则难以将其清除干净。

其二, 从自来水厂到用户那漫长的自来水管网或因安装、维修欠当, 或因年久失修, 或因其它偶然因素极易造成渗漏。从而, 使自来水在流经管网时受到污染。

其三, 高层建筑的“二次供水”, 也对自来水造成程度不同的污染。

我国卫生部在上个世纪中期曾做过调查统计, 当时, 我国有79%的人在饮用不良品质或受二次污染的水, 危害健康的事故时有发生。那么, 怎样才能保障饮水安全呢? 近年来, 我国政府投入了很大的人力、物力、 财力, 千方百计来解决人们的饮水安全问题。国家科技部、建设部在“十一·五”科技攻关规划中专门设立了保障饮水安全项目, 其中有十多个专题, 从方方面面、各个环节来保障饮水安全。但遗憾的是, 十多个专题, 却只字未提到“膜”。可见, 膜技术对饮用水行业还是陌生的。所以, 有必要重点谈一谈膜与饮水安全的关系。

当前, 影响饮水安全的最大祸根是污染; 因而, 保障饮水安全的主要措施就是防治污染, 清除 污染。防治污染、清除污染的办法很多, 有物理方法、化学方法、生物方法等等。但以膜分离技术为核心, 适当配以其他方法, 则既方便、又彻底、让人放心; 特别是不会引起再污染, 对节能减排十分有利。

膜分离技术是世界公认的当代十大高新技术之一。1987 年, 在日本东京召开的国际膜会议曾指出: “在二十一世纪的多数工业中, 膜过程将扮演战略角色。”近二十年来, 许多国家, 包括我国在内, 都将研究开发膜技术列入国家重点发展规划, 其发展速度是异常惊人的。广州德膜科技便是以膜分离技术为核心，与清华大学膜研究中心结成紧密合作关系，专业从事有机高分子膜材料及相关产品研究、生产与应用的高新技术企业。

在现今的世界上, 已经有日产33 万吨饮用水的反渗透海水淡化厂, 用膜近万平方米的超滤 纸浆废水处理厂, 日处理数千吨地表水的微滤净化厂。我国在上个世纪来, 膜行业的年产值仅有20 亿元人民币; 到2005 年 底, 年产值已突破百亿元人民币, 是五年前的5 倍。其中, 绝 大部分都用在水处理上。可以说, 水处理特别是自然水的净化是膜分离技术应用最早、最广泛、技术最成熟、效益也是最 好的应用领域, 把膜分离技术作 为保障饮水安全的核心技术是 没有问题的。

膜分离技术与传统的分离、 净化方法相比, 主要优点是: 在常温下进行, 无相态变化, 分离的精度高, 效率高, 节能, 无公害; 设备简单, 占地空间小, 操作维修方便; 自动化程度高, 运行稳定, 好管理。

膜分离技术是应用物理方法对流体物料进行分离、净化的; 其基本原理是“筛分”即在分离膜上布有均匀的孔隙, 当在膜的一侧给流体物料加压时, 比膜孔隙小的物料就透过了膜, 而比孔隙大的物料则留在了膜的这一侧。这样, 溶液中的物料就按颗粒直径的大小被分开了。

根据膜孔隙的大小, 目前, 市场上的分离膜主要有四大品种:

反渗透膜( RO)

反渗透膜是在膜两侧形成的压差推动下, 溶液中较小的颗 粒—水分子等渗透到膜的另一侧; 而较大的颗粒—包括1 价以 上的无机离子, 则留在了膜的这一侧。从而, 达到分离、净化的目的。目前, 反渗透膜的脱盐率已达 到99.7%以上, 不仅可以除去1 价以上的无机离子, 也可以去除 细菌、病毒、热源等, 可以有效地保障饮水安全。

超滤膜( UF)

超滤技术是在较小的压力作用下, 利用筛分原理分离不同液态物料的重要手段。超滤膜的孔径在几个nm 到0.1μm 之间, 已形成系列化; 其孔径较 细菌、病毒、热源的体积小得多。所以, 是医药行业除菌、除 热源的重要手段。当然, 更可以保障饮水安全。

微孔滤膜( MF)

微滤技术也是利用“筛分原 理”分离不同液态物质的方法之一。它的孔径比超滤膜的孔径要大, 在0.1~10μm 之间, 已成系列化。目前, 采用0.20μm 的微孔膜 作为医药用水使用点的终端过滤, 可以滤除各种细菌。用荷电微孔膜既可以除菌, 又能有效地 去除净水中的细菌内毒素, 即热源, 是一种较好的医药用水终端 过滤膜。当然, 也可以保障饮水 安全。

纳滤膜( NF)

就孔径大小来说, 纳滤膜是介于超滤膜与反渗透膜之间的膜品种。主要用于去除两价离子以上的颗粒, 是比较理想的饮水安 全保障用膜。

从上述可知, 采用微孔滤膜, 可以去除0.20μm 以上的细 菌等颗粒; 采用超滤膜可以去除细菌、热源和病毒; 采用纳滤膜 可以去除细菌、热源和两价以上的无机离子, 特别是重金属离子; 采用反渗透膜可以去除细 菌、病毒和1 价离子, 制备医用注射用水。所以, 可以说, 膜分离 技术是保障饮水安全的一项重 要核心技术。

当然, 为了保障饮水安全, 对于膜装置配套的部分也必须有相 应的要求: ①与膜装置配套的管 路、阀门等质量必须可靠; 所用材质必须是食品级的; 不允许有不利于人体健康的渗出物出现。②产品水在贮存时不能受二次污染。为保险起见, 在饮用前, 应进行杀菌消毒。根据多年的经验, 用紫外线杀灭的细菌, 对物体表面有很强的附着力, 不易清除干净。这是细菌细胞膜的一个特点。而臭氧杀菌则比较有效; 浓度为 0.5~1.0mg/L 的臭氧就可以有效控制细菌的污染。

用膜分离技术作为保障 饮水安全的核心技术, 从技术角度讲是绝无问题的。但有人还担心—价格, 用户是否能承受?

应该说, 近十多年来, 随着膜工业的快速发展, 不仅膜的品种有所增加, 膜的质量有所提高, 而且, 膜产品的售价也在明显下降。以反渗透膜组件为例, 现在市场上应用较多的反渗透 复合膜较十年前大约降价1/3 左右。因而, 用膜装置造水, 水 价也有明显下降。据我国沿海 新建的反渗透海水淡化厂的测量, 每吨淡化水的成本在5.0 元左右; 用江、河、湖水或地下水 源制备饮用水时, 成本约是海 水淡化成本的2/3 左右, 即3.0 元人民币左右。这个价格和我 国北方大中城市的自来水价格相差不多。

对南方广大地区的农村和中小城镇来说, 因降雨量大, 江、河、湖水含盐量低, 可用超 滤膜, 以除菌、病毒和有机物为主来制备饮用水。近年来, 海南 立升水处理科技公司在农村和中小城镇承建了多家自来水 厂。据他们的经验, 用超滤膜装置兴建的自来水厂, 不仅所占空间比传统的方法要小的多, 而且, 投资也较小, 更便于管理和维护, 很受用户欢迎。

从上述可知, 因地制宜地以膜分离技术为核心制备饮用水, 不仅可以从技术上确保饮用水的安全; 而且, 在经济上也是可行的。这可能是新世纪里饮用水生产技术发展的重要方向。应该给予高度重视, 使其推而广之。