飲用水處理中超濾與砂濾技術特性的比較試驗祖良;馬金保;張宗雷;周斌【摘要】Experimentswereconductedtostudytheperformanceofultrafiltrationtechnologyanditsefficiencyinremovingturbidity,CODMn,andUV254.Theresultsshowthat,withtheuseofultrafiltrationtechnology,theremovalrateofturbidityreached97%to99%,andtheaverageremovalratesofCODMnandUV254were10.36%and9.06%,respectively.Comparedwithsandfiltrationtechnology,uhrafiltrationtechnologyismoreefficientinremovingpollutants,hasbettertechnicalperformanceoffluxandtransmembranepressure,andcanprovidehigherqualitywaterproductionandbetterstability.%對超濾工藝的運行特性及其對濁度、CODMn、UV254等水質指標的去除效果進行了試驗結果表明:超濾對濁度的去除率可達97%~99%,對CODMn的平均去除率約為10.36%,對UV254的平均去除率約為9.06%.與砂濾工藝的運行數據相比，超濾工藝對污染指標的去除率更高，且通量、跨膜壓差等技術性能較好,出水水質更加穩定、安全.【期刊名稱】《水資源保護》【年(卷)，期】2013(029)003【總頁數】4頁(P70-72,78)【關鍵詞】超濾;砂濾;飲用水處理;技術特性;比較試驗【作者】祖良;馬金保漲宗雷;周斌【作者單位】國電龍源南京膜技術有限公司，江蘇南京211200；國電龍源南京膜技術有限公司，江蘇南京211200；國電龍源南京膜技術有限公司，江蘇南京211200;國電龍源南京膜技術有限公司，江蘇南京211200【正文語種】中文【中圖分類】X703.1近年來，我國飲用水水源受到微污染的威脅，現有的常規水處理工藝由于流程簡單，局限性逐漸凸顯，出水水質已難以滿足我國飲用水衛生標準的要求。在此背景下，更高標準的水處理工藝開始逐步普及，其中，超濾工藝具有精密過濾、出水水質穩定、運行穩定可靠、處理成本較低等特點，在飲用水處理領域日益受到重視。筆者通過對超濾與傳統過濾方式——砂濾在實際運行過程中的對比，分析了超濾工藝在飲用水處理中的特點。超濾作用機理為機械篩分，過濾過程膜面存在濃差極化現象，在凝膠層形成前，膜通量與壓差的關系為［1］：式中:JY為膜通量，L/(m2?h);Pw為膜對水的透過特性，m2/(Pa?s);8m為膜的邊界層厚度，m;AP為壓差，Pa。可見，膜通量與跨膜壓差大致呈正比。當進水中膠體濃度很低時，超濾工藝壓差小，通量大。超濾技術這一優異的分離性能在給水凈化中可以充分發揮作用，研究超濾的基本特性及凈化效率，拓展超濾在凈水工藝中的應用是十分必要的。1試驗內容以水廠沉淀池出水為對象，研究超濾工藝的膜通量、跨膜壓差等基本特性及超濾工藝對原水中濁度、CODMn、UV254等指標的去除效果，并與砂濾工藝相關操作參數、處理效果進行技術經濟核算對比，探討超濾工藝取代砂濾工藝的可行性。2試驗裝置及流程2.1原水類型及分析方法試驗原水為水廠沉淀池出水，原水濁度3~13NTU,p(CODMn)、UV254值分別為3~20mg/L、0.025-0.038cm。測試指標包括濁度、p(CODMn)、UV254，其中，濁度采用HACH2100P濁度儀檢測，CODMn質量濃度采用高錳酸鉀法檢測，UV254采用可見紫外分光光度法檢測。2.2試驗裝置及試驗方案本試驗采用國電龍源南京膜技術有限公司生產的PVDF中空纖維超濾膜組件為超濾元件，膜孔徑為30nm，膜表面積為52m2，通量范圍為60~105L/(m2-h)o試驗裝置系統流程圖見圖1。圖1試驗裝置系統流程示意圖原水經沉淀后通過水泵提升至原水箱，通過保安過濾器(150pm袋式過濾器)后，進入超濾膜組件，最后產水進入超濾水箱并溢流排出。為充分利用超濾的初期低壓差特性，考慮到原水水質較好，無需錯流運行，且在死端過濾方式下超濾組件內流體形態更穩定，故確定超濾運行方式為死端過濾，運行周期為60min，反洗時間40~60s,氣洗時間10~20s。進水壓力通過變頻方式控制，跨膜壓差為0.01~0.08MPa。3試驗結果與討論3.1超濾基本特性及其對濁度的去除膜通量與跨膜壓差的關系及超濾對濁度的去除效果見表1。表1膜通量與壓差關系及濁度的去除效果JY濁度/NTU/Jm-2?h-1)去除率/%AP/進水出水MPa659.640.0899.10.0307513.400.0799.50.035809.000.0799.10.037903.140.0897.40.040由表1可知，超濾膜通量在65~90L/(m2?h)時，跨膜壓差為0.03-0.040MPa。其水頭損失僅為3~4m。已知砂濾在負荷為8m3/(m2?h)時，出水濁度為0.15~0.25NTU，相應平均去除率為91%~97%。可見超濾在去除濁度能力方面有明顯優勢［2］。原水中濁度指標表征了細菌、有機物的濃度，降低水中的濁度，可顯著減小有毒有害物質、細菌病毒等的濃度，提高出水水質。超濾進水濁度波動較大，超濾對去除濁度的效率可穩定達到97%~99%，且出水濁度在膜通量增加的情況下穩定在0.1NTU以下，遠低于我國GB5749—2006《生活飲用水衛生標準》規定的1.0NTU。3.2超濾對CODMn的去除CODMn是衡量水質有機污染的綜合指標，對評價水質具有重要意義。超濾在不同膜通量下CODMn的去除效果見圖2。圖2不同膜通量下CODMn的去除效果由圖2可知，超濾對原水CODMn為3~3.5mg/L時的平均去除率約為10.36%。膜出水p(CODMn)為2.61~2.92mg/L,低于GB5749—2006《生活飲用水衛生標準》規定的3mg/L。通過不定期檢測砂濾及超濾出水的p(CODMn)值，比較超濾與砂濾系統出水CODMn去除情況，當超濾通量為80L/(m2?h),砂濾表面負荷為8m3/(m2?h)時，結果見圖3。圖3超濾與砂濾去除效果比較由圖3可知，超濾對CODMn的平均去除率略優于砂濾。應當說明，當源水受到微污染時，砂濾對CODMn的去除率可能略優于超濾［3］。分析認為，某些砂濾池由于原水處于微污染狀態，經過長時間的運行后，砂粒表面附著了一層生物膜，該類砂濾系統具備了部分生物濾池的特性和功能。原水在過濾過程中，砂濾池的生物功能對其中的有機污染物達到了部分去除的效果［4］；而超濾系統過濾周期較短，運行條件控制在凝膠層形成前階段，且表面基本不會生長生物膜，不具備有機物分解功能。比較而言，砂濾雖然具有一定的去除CODMn的功能，但生物膜隨時可能脫落被帶至出水中，帶來不可控的飲用水安全風險;而超濾系統出水穩定，沒有此類安全隱患。3.3超濾對UV254的去除效果UV254為254nm波長水樣的紫外吸光度，可作為總有機碳(TOC)及三鹵甲烷生成勢(THMFP)的代用參數，與THMFP有很好的相關性，通常，可以由UV254表征水體中小分子有機物的多少，主要是指1000D以下的小分子物質，而超濾膜的截留分子量是為300-2000，因而超濾對UV254的去除仍然有優勢。不同膜通量下UV254去除效率見圖4。表2超濾與砂濾技術經濟指標對比注:超濾的建設投資含5a換膜芯費用。工藝占地面積/m2建設投資/(元?t-1腱設周期運行費用/(元?t-1)自動化程度產水水質砂濾50-80350~400長＜0.12運行需一定人工操作對CODMn、UV254的去除率低于超濾工藝，濁度可控制在0.5NTU以內，但對微生物的去除很難保障，且存在系統內微生物泄露的安全隱患超濾20-30450~500短＜0.20全自動運行對CODMn及UV254具備一定的去除率，濁度可控制在0.1NTU以內，對細菌、藻類去除率高圖4不同膜通量下對UV254的去除效果由圖4可知，超濾對UV254的平均去除率為9.06%。當膜通量提高時，因為過濾速率增加，單位時間內通過膜過濾截面的水量增加，導致UV254去除率降低;但當膜通量增加到一定程度時，截留率又開始上升。分析認為，當通量較大時，隨著過濾時間的累積，膜表面截留的物質微粒增加，形成截留物累積層，在過濾過程中起到了一定的截留效果，從而增加了超濾膜對UV254的整體去除率。試驗說明，超濾對于UV254的去除率較低，但仍有一定的去除效果。據相關資料[5],砂濾在負荷為8~10m3/(m2?h)時UV254的去除率為5%~8%，明顯低于超濾。3.4超濾對細菌的去除效果由圖5可知，超濾較原水相比較，對細菌的平均去除率約為90%。一般細菌大小為1~10pm,桿菌長約2~3pm,超濾孔(30nm)要遠小于細菌的大小，理論上細菌可以完全被截留，但由于管體污染，截留率難以達到100%。事實上，超濾出水細菌指標已經達到國家衛生標準。砂濾孔隙一般為300~1000pm,對細菌截留率約10%~20%，遠低于超濾。此外，超濾對藻類去除率大大優于砂濾。3.5超濾、砂濾工藝特性和技術經濟指標對比圖5超濾與砂濾對細菌的去除效果對比由于超濾具有穩定的操作條件，對濁度物質具有優異的分離性能，對微污染物也具有一定截留效果，較之砂濾有明顯的技術優勢，可以通過超濾和砂濾的技術經濟比較，討論超濾取代砂濾的可行性分析。以生產能力為1萬t/d的自來水廠為例，超濾與砂濾工藝的各項技術經濟指標比較見表2。由表2分析可知，超濾技術對濁度、CODMn及UV254分離性能好，出水水質有保障;超濾工藝占地面積小，投資成本低，建設周期短，有較好的自動運行控制條件，較砂濾有較好的技術優勢，可以用于傳統凈水工藝，取代砂濾工藝。超濾投資成本及運行費用雖略高，但是可以接受的。4結論超濾工藝具備高精度的分離能力，其產水水質穩定，可達到國家飲用水水質標準。超濾與傳統砂濾工藝相比，占地面積小，跨膜壓差低，膜通量較大。其工藝水平和主要技術經濟指標優于砂濾工藝。超濾工藝的產水濁度可控制在0.1NTU以內，遠低于GB5749—2006《生活飲用水衛生標準》的要求。超濾工藝對CODMn、UV254等指標具有一定的去除率，可滿足在原水輕微污染的情況下處理達標要求。參考文獻：[1]張林生.水的深度處理與回用技術[M].2版.北京:化學工業出版社，2009.[2]馬蓉，呂錫武，李發戰，等.超濾組合工藝出水及消毒方法[J].水處理技術2005,31(12):74-79.(MARong,LVXiwu,LIFazhan,etal.Studyofcombinedultrafiltrationanddisinfectionofthetreatedwater[J].TechnologyofWaterTreatment,2005,31(12):74-79.(inChinese))[3]秦鈺慧，凌波，張曉健.飲用水衛生與處理技術[M].北京:化學工業出版社