過(guò)濾膜的性能和對(duì)飲用水的應(yīng)用
膜過(guò)濾的應(yīng)用應(yīng)為當(dāng)前給水界的一件大事。該技術(shù)在20世紀(jì)50年代即在海水淡化，高純水等方面應(yīng)用，以后發(fā)展到世界上來(lái)。在給水方面膜過(guò)濾技術(shù)脫離以往的化學(xué)處理的界限，轉(zhuǎn)為物理固液處理領(lǐng)域。應(yīng)該說(shuō)由19世紀(jì)應(yīng)用快濾方法，作為現(xiàn)代化標(biāo)志以來(lái)，100年后又一次重大的技術(shù)突破。現(xiàn)將過(guò)濾膜性能及應(yīng)用于飲水水廠的作用予以介紹。
１ 過(guò)濾膜性能
1.1 過(guò)濾膜技術(shù)定義
膜的過(guò)濾是固液分離技術(shù)，它是以膜孔把水濾過(guò)，將水中雜質(zhì)截留，而沒(méi)有化學(xué)變化，處理簡(jiǎn)易的技術(shù)，但因膜孔非常細(xì)小，相應(yīng)的存在某些技術(shù)問(wèn)題。在給水也有用生物膜處理原水的方法，但它與過(guò)濾膜分離技術(shù)不同。用作膜分離的叫做membrance，用作生物膜處理的膜叫做film.
1.2 過(guò)濾膜的種類(lèi)和機(jī)理
過(guò)濾膜以截留原水顆粒的大小分類(lèi)，膜孔從粗到細(xì)分為微濾膜(MF)，超濾膜(UF)，納諾濾膜(NF)和反滲透膜(RO)。MF膜孔徑0.05um以上，或?yàn)?000以上分子量，以去除膠體、高分子有機(jī)物為對(duì)象。NF膜孔徑為100～1000分子量。它去除的物質(zhì)在UF與RO之間，以去除三鹵甲烷、異味、色度、農(nóng)藥、可溶性有機(jī)物、Ca、Mg等。RO分離粒徑為數(shù)十分子量，以去除食鹽類(lèi)和無(wú)機(jī)鹽為對(duì)象。RO滲透水的壓力比其滲透壓力要多1～2倍。除以上四種以外，還有離子交換膜和氣體滲透膜。MF、UF、NF和RO以壓力驅(qū)動(dòng)使固液分離。離子交換膜則以電力驅(qū)動(dòng)使鹽類(lèi)分子分離，促成海水淡化等。氣體滲透膜是最近研究出來(lái)通過(guò)氣體的新型膜，能使乙醇濃縮和海水淡化。
1.3 制膜材料
大體有纖維類(lèi)、合成樹(shù)脂類(lèi)和陶瓷類(lèi)三種。有的膜材質(zhì)有弱于鹽類(lèi)和臭氧等氧化劑的材料和受微一物分解的材料。另外，用作海水淡化的RO有除去產(chǎn)生THM的溴的膜和不能去除溴的膜，要根據(jù)用途而定。
1.4 膜的型式
水體透過(guò)膜流速不大，因此為通過(guò)需要的水量，膜裝置的單體面積要大，要在一個(gè)小的空間內(nèi)裝入很多根的膜細(xì)管。另外，厚度100um以下的薄膜因承受高壓，還必須有耐壓能力，為此應(yīng)設(shè)法制造各種耐強(qiáng)壓的膜。一般膜的型式有板框式、螺旋式、橋式、管式及中空纖維式五種。板框式的膜應(yīng)使用多孔質(zhì)的材料，螺旋式和橋式的膜與板框式的相同。螺旋式的為卷狀，橋式的為在折疊成小的體積中塞入大面積的膜。管式膜也需有多孔質(zhì)的材料，原水從管的內(nèi)側(cè)通過(guò)，滲透水流出管外的為內(nèi)壓式膜，這種客用得很普遍，也有外壓管式的。中空系統(tǒng)外徑為幾百u(mài)m，系統(tǒng)內(nèi)包有多數(shù)纖維細(xì)管，因?yàn)槔w維管細(xì)小，沒(méi)有必要特別用強(qiáng)度高的纖維管，膜本身就足以抵抗給予的壓力，中空纖維系統(tǒng)有原水從中空系統(tǒng)內(nèi)側(cè)通過(guò)的內(nèi)壓式，及從外部加壓的外壓式兩種。
1.5 膜的使用
使用過(guò)濾膜裝置不需凝絮化學(xué)處理，也不需蒸發(fā)分離作用，只需要壓力使水中固液分離，這是過(guò)濾膜處理的一大特點(diǎn)。過(guò)濾方式有兩種：
(1)流動(dòng)液體全部垂直地透過(guò)膜孔，將液體內(nèi)雜質(zhì)截留的全量過(guò)濾方式；
(2)流動(dòng)液體的流動(dòng)方向與膜面平等，形成液體與膜面成直角的透過(guò)膜孔，將液體內(nèi)雜質(zhì)截留的橫流過(guò)濾方式。全量過(guò)濾方式適用于微濾和一部分超濾。橫流過(guò)濾，由于液體在膜表面上流動(dòng)，產(chǎn)生剪斷力，減少在膜表面上因?yàn)殡s質(zhì)濃縮堆積的黏垢，適用于易于積垢的超濾、納諾過(guò)濾和反滲透過(guò)濾。
1.6 過(guò)濾膜沖洗
流體通過(guò)膜期間，其含有雜質(zhì)堵塞膜孔，使流體通過(guò)膜孔困難。為了恢復(fù)濾水效率，可采用以下方法：
(1)反沖洗
與過(guò)濾相反方向通過(guò)清水，使抑留于膜孔雜質(zhì)沖走。也有通過(guò)空氣沖洗法替代。
(2)海綿球沖洗
只單獨(dú)用于內(nèi)壓式管形膜，它是將海綿球通過(guò)管膜內(nèi)部，使海綿球與管膜內(nèi)壁摩擦，把抑留物沖走的方法。
(3)空氣泡沖洗
它是用空氣泡攪拌力將附著膜壁的抑留物去除的方法。用空氣泡攪動(dòng)軟質(zhì)合成樹(shù)脂中空系統(tǒng)的膜內(nèi)壁，收到?jīng)_洗效果。
(4)藥劑沖洗
膜經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用，雜質(zhì)進(jìn)入膜孔之中，用一般沖洗方法不能解決，使用化學(xué)藥劑清洗。化學(xué)藥劑有苛性蘇打、鹽酸、次亞氯酸鈉、檸檬酸及過(guò)氧化氫等。
1.7 過(guò)濾膜的用途
過(guò)濾膜除用作水處理以外，還可用于超純水制造和海水淡化，一般采用反滲透膜（納諾濾膜）。另外用于糞尿處理、城市中水道處理、各種廢水處理等，一般采用超濾膜和微濾膜。在工業(yè)上可用于乳制品制造、半導(dǎo)體制造、食品制造、紙張制造及藥品制造等，也一般采用超濾膜和微濾膜。
2 過(guò)濾膜對(duì)飲用水的應(yīng)用
2.1 飲用水應(yīng)用過(guò)濾膜設(shè)施
在MF、UF、NF及RO之中，除海水淡化應(yīng)用RO以外，RO尚無(wú)使用之處。RO幾乎將鹽類(lèi)全部除掉，處理后水成了一切鹽類(lèi)都沒(méi)有的純水，甚至比蒸餾水還純，這樣的水當(dāng)然不能做飲用水使用。如果采用就得要加對(duì)人體健康有益的鹽類(lèi)，要達(dá)到這種要求，目前尚無(wú)條件做到。NF對(duì)鹽類(lèi)的去除僅次于RO，但去除率也很高，一般作為軟水應(yīng)用，對(duì)作飲用水由于上述原因也不宜采用。從而，用于凈水處理的膜應(yīng)為MF和UF膜。用這樣的膜主要能將膠體和浮游生物等除去，能將不溶性的鐵和錳除去，及能將菌類(lèi)除去。但為了避免細(xì)菌在清水池內(nèi)不再重生，不能省掉滅菌處理程序。考慮到UF去除物質(zhì)的分子量程度，它沒(méi)有能力將臭氧物質(zhì)和三鹵乙烯等有機(jī)溶劑除去，這些溶劑會(huì)在膜面上形成一層薄膜，這些薄膜今后可能有辦法除掉，可在以后列題研究。在膜的型式上，外壓中空系統(tǒng)或管型等膜適于采用。如果采用外壓式膜，可將通過(guò)沉砂池的原水，直接與膜連接處理。直接接到板框式和螺旋式的膜的原水，為了使膜孔不被閉塞，在流入膜以前，應(yīng)將原水中浮游物質(zhì)除去。
2.2 飲用水應(yīng)用過(guò)濾膜程序
凈水廠常規(guī)處理程序?yàn)槟邸⒊恋怼⑦^(guò)濾，膜分離水廠在原水符合過(guò)濾膜處理?xiàng)l件下，處理程序簡(jiǎn)單，只需過(guò)濾膜裝置處理即可（在原水水質(zhì)惡化時(shí)，尚需增加常規(guī)處理或增加微篩網(wǎng)處理）。在能量消耗上，使用過(guò)濾膜全量濾過(guò)方式，由于通過(guò)過(guò)濾膜使壓力提高，原水泵尚需在增強(qiáng)壓力上考慮。
2.3 飲用水使用過(guò)濾膜處理的優(yōu)點(diǎn)
(1)不需混凝劑
從過(guò)去使用膜的經(jīng)驗(yàn)看，飲用水使用的原水（河水、水庫(kù)水和富營(yíng)養(yǎng)的湖泊水），用不加混凝劑的MF膜處理，和用混凝劑的凝聚、沉淀、過(guò)濾的常規(guī)處理相比，前者與后者所處理后水的水質(zhì)相當(dāng)或超過(guò)。
(2)自動(dòng)化操縱簡(jiǎn)單，易于無(wú)人管理
采用膜分離技術(shù)只為供應(yīng)原水提供必要的操作壓力，并只需要運(yùn)行一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間才沖洗濾膜，別無(wú)其他工序。當(dāng)前凝聚、沉淀、過(guò)濾凈水處理則工序繁多，在投藥上尚不能設(shè)定投加率。在這樣情況下操縱膜裝置很容易使其自動(dòng)化，做到無(wú)人管理，而常規(guī)處理做到自動(dòng)化則不容易。
(3)過(guò)濾膜水廠占地少
采用過(guò)濾膜水廠，膜裝置占地面積小，很容易將同等產(chǎn)水量的常規(guī)處理所占廠地面積降低一半。剩余地方可設(shè)活性炭處理裝置。由于過(guò)濾膜水廠可以無(wú)人化，職工居住的建筑物和配套設(shè)施都可削減。
(4)維護(hù)管理費(fèi)用小
當(dāng)前過(guò)濾膜使用壽命和價(jià)格尚是未知數(shù)，全部費(fèi)用不好計(jì)算。但是從用膜處理用電費(fèi)用和藥劑費(fèi)用都少來(lái)看，比之常規(guī)處理維護(hù)管理費(fèi)用高的狀況有很大優(yōu)點(diǎn)。
(5)易于排水處理
由于用膜處理不需投藥，處理污泥量減少，因此易于處理。是否如此尚正在研究階段，未得出明確結(jié)果。
2.4 過(guò)濾膜處理存在的問(wèn)題
(1)膜的使用壽命
膜孔受到水中雜質(zhì)阻塞，使流體通過(guò)膜孔時(shí)水頭損失加大，流體流速降低。這時(shí)通常可用水沖洗使膜孔恢復(fù)原有的滲過(guò)能力。在不能達(dá)到目的時(shí)，應(yīng)適當(dāng)用藥劑清洗，使膜孔又能繼續(xù)使用。但應(yīng)考慮膜的使用壽命。因即使按上述辦法處理，膜也會(huì)由于積垢過(guò)多，用藥劑清洗收效不理想。在這樣情況下，加混凝劑，延長(zhǎng)使用壽命，也可減低滲過(guò)流速，使膜的壽命延長(zhǎng)，但要增大膜的使用面積。
(2)過(guò)濾膜水廠施工管理
膜管本身強(qiáng)度相當(dāng)高，有一定可靠性。但施工中多多少少有部分膜管損傷。當(dāng)然由于一兩根膜管受損，不會(huì)影響膜管滲透水的水質(zhì)。但一個(gè)中等水廠有上萬(wàn)根膜管，就不是一兩根膜管受損的問(wèn)題了，因此有必要對(duì)膜裝置加強(qiáng)部件管理和施工管理，不能與以往常規(guī)處理方式一樣對(duì)待。
(3)采用過(guò)濾膜新技術(shù)補(bǔ)救措施
一般采用新技術(shù)會(huì)遇到意想不到的狀況，尤其是采用過(guò)濾膜分離的場(chǎng)合，它整個(gè)變更了過(guò)去的常規(guī)處理系統(tǒng)，因此會(huì)有一定的顧慮。由于對(duì)膜技術(shù)沒(méi)有實(shí)用經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)當(dāng)增加補(bǔ)充設(shè)施，以備在膜裝置發(fā)生異常情況時(shí)補(bǔ)救。例如，是否在膜處理以后，再增設(shè)生物活性炭設(shè)施以除去臭味的措施，以及增設(shè)其他設(shè)備的考慮。
3 未來(lái)展望
未來(lái)膜技術(shù)會(huì)在給水上有更大的發(fā)展。但在膜處理不是萬(wàn)能的，連續(xù)運(yùn)用一個(gè)世紀(jì)的凝聚、沉淀、過(guò)濾的常規(guī)處理技術(shù)，已有了積累許多寶貴經(jīng)驗(yàn)的極大優(yōu)點(diǎn)，有些給水專(zhuān)家認(rèn)為一時(shí)都全面的用膜技術(shù)代替是不可能的。采用膜技術(shù)和其他處理方法組合使用很有必要。回顧以往在給水上的經(jīng)歷，已從慢濾到快濾，并采用了氯消毒措施，到現(xiàn)在又要考慮膜技術(shù)在給水上的應(yīng)用了。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
