超滤膜组合工艺深度处理饮用水

　　我国以地表水为水源地，自来水厂多采用常规净水工艺包括混凝、沉淀、过滤和消毒。对于水质良好的水源，常规水处理工艺可以提供安全合格的饮用水。然而对于有机污染较严重的水体，处理效果却不能满足人们对水质的要求。近年来，随着超滤技术的发展和超滤膜价格的降低，超滤技术已经成为饮用水处理领域的研究热点，应用也越来越广泛[1-2]。

　　1 超滤技术的概述

　　1.1 超滤的基本原理

　　超滤技术是一种以压力差为推动力，利用膜的透过性能，达到分离水中离子、分子以及某种微粒为目的的膜分离技术。超滤膜的孔径范围大致在0.005~1 微米之间，填补了微滤和纳滤之间空隙。国内外学者提出超滤过程实际上同时存在三方面的情形[3]：①溶质在膜表面以及微孔壁内产生吸附；②溶质的粒径大小与膜孔径相仿，溶质在孔中停留，引起堵塞；③溶质的粒径大于膜孔径，溶质在膜表面被机械截留，实现筛分。

　　超滤过程一般有两种方式:终端过滤和错流过滤。对浊度较低、水质较好的原水，一般采用终端过滤，这样可以大大降低工艺的能耗;对于浊度较高、污染较为严重的水，就采用错流过滤，这样可以避免大量的污染物累积在膜的表面，造成膜的污染，降低过滤性能。

　　1.2 超滤膜的形态结构和种类

　　超滤膜的横截面具有不对称结构。它一般是由一层厚度<1 微米，起到筛分作用的致密层和一层厚度较大(通常为125 微米)、具有海绵状或指状多孔结构的支撑层组成。目前，已经在工业生产和生活中常用的膜组件主要有:管式、板框式、卷式和中空纤维式等几种。中空纤维膜又有内压膜(致密层在内)、外压膜(致密层在外)和双向膜(内外都有致密层) 三种结构。总的来说，还是存在膜品种少、膜孔径分布较宽和性能不稳定等缺陷。

　　1.3 超滤膜对有机物的去除效果及影响因素

　　超滤膜的截留分子量范围一般为5000~10000ODalton，天然水体中有相当大一部分溶解性有机物的分子量低于该范围，导致超滤膜对其拦截效果很差。事实上，天然水中这一类的低分子溶解性有机物所占的比例往往较大。

　　Schnoor [4] 等人报告lowa 河有90%有机物分子量低于3000Dalton， 75%的三氯甲烷的生成与低分子量的有机物有关；董秉直、曹达文[5]等对我国长江、黄浦江、太湖、淮河的原水进行了分子量测定，发现分子量小于4000Dalton 的溶解性有机物所占的比例分别为66%、52%、62%、 56%。

　　超滤膜对有机物的去除，不同情况下差异很大。有学者[6]用切割分子量为10 万Dalton 的中空纤维超滤膜对20 种不同的原水进行过滤， TOC 平均去除率为18%，UV25 的平均去除率为28%。同样为去除水中的TOC，Laine 等人用终端过滤的方式处理地表水，超滤膜对TOC 的去除率在42%左右。

　　所以，寻找合适的方式尽可能地减少这种差异，提高超滤膜的处理效率是关键。从膜方面着手，就是寻找新的膜材料或者对膜进行改性；从处理工艺方面着手，就是寻找合适的处理工艺与超滤膜相组合，从而达到优化处理的效果。

　　2 预处理对膜过滤性能的影响

　　水中的悬浮物、胶体杂质、细菌(病毒)等在过滤过程中会附着在膜表面，使膜受到污染，被截留的杂质也会迅速在膜的表面产生浓差极化现象；同时，水中部分细小的颗粒物会进入膜孔内使水通道堵塞，水体中的微生物及其代谢产物也会粘附在膜表面。所有这些都会影响到膜的过滤性能，再加上前面提及的诸多影响因素，因此，膜供水必须进行适当的预处理，尽可能多的去除水中的溶解性有机物或者改变其在状态、降低膜污染、提高膜的过滤性能、延长使用寿命并降低水处理费用。预处理方法有很多:生物预处理、臭氧预处理、活性炭(颗粒炭GAC 或者粉末炭PAC)预处理混凝预处理等。其中研究最多的则是臭氧、活性炭 (GAC 或PAC)和混凝三种预处理方法。

　　2.1 臭氧预处理对膜过滤性能的影响

　　日本的S Sawada[7]等人研究了臭氧预氧化对孔径为0.1 微米的PVDF 微滤膜过滤性能的影响。试验用5.0mg/l 的腐殖酸和10mg/l 的高岭土配置原水，然后向水中投加4.5mg/l 的，结果发现该状况下的透水通量是未臭氧预处理时的2 倍。并且，投加时，过滤阻力下降;停止投加，过滤阻力上升。他认为臭氧能将水中本来对膜有污染作用的有机物(腐殖酸)分解成不易污染膜的、更分散的物质，减缓膜污染，并使得反冲洗时膜表面的污染层更容易去除。

　　可见，臭氧预氧化对膜过滤性能的改善是有利的。但是臭氧氧化副产物(如溴酸盐)和膜组件的耐臭氧性能是该预处理方法应该考虑的问题。