国际膜技术专题

Membrane Specialists Gather for International Conference

王芳　　编译　　何玲　　　校

　　摘要：本文通过对几种膜类型的性能比较，指出各种膜分别适合去除水中不同的物质，同时论述了膜浓缩物的处理问题以及膜与消毒的关系。最后得出膜技术将应用于世界各地的地面水处理的结论。
　　关键词：膜技术　　电渗析　　反渗透　　微滤　　超滤　　毫微滤　　低压膜

　　目前膜技术的水平已发展到利用它的一种或多种形式可以分离原水中值得关注的大多数污染物。由于认识到近年来供水研究的重要性，国际供水协会最近在法国巴黎召开了国际饮用水处理膜技术专题研讨会。
　　以膜为基础的反渗透和电渗析方法，在用海水和稍咸水生产饮用水的脱盐系统中应用了近40年，但在最近10年，膜技术已发展到新的水平，例如，人们发现微滤和超滤适合颗粒的去除。反渗透和毫微滤正在应用于地面水的软化和最终处理；而用先进的电渗析系统有时可以有效地去除特殊的污染物。基于膜技术应用的最新资料，会议讨论了下列问题：

1、用膜工艺去除特殊的无机污染物

　　美国奥兰多中心佛罗里达大学的泰勒教授被誉为膜技术的鼻祖，他在会议上首先针对反渗透(RO)和毫微滤(NF)问题作了讨论，他只简单地评论了5个膜系统，包括有可能应用于饮用水处理的RO和NF，另外，还有超滤(UF)、微滤(MF)、以及反向电渗析(EDR)。

表1　膜工艺的分类 工艺类型 机理 去除范围 所控物质 病原体 有机物 无机物 反向电渗析(EDR) C 　0.0001μ 不能 不能 全部去除 反渗透(RO) S,D 0.0001μ C,B,V DBPs,COCs 全部去除 微　滤(NF) S,D 0.001μ C,B,V DBPs,COCs 全部去除 超　滤(UF) S 0.001μ C,B,V 不能 不能 毫微滤(MF) S 0.01μ C,B 不能 不能 表中：机　理　C为充电，S为筛滤，D为渗滤
　　　病原体　C为孢囊，B为细菌，V为病毒
　　　有机物　DBPs为消毒副产物母体，SOCs为合成的有机物。

　　表1简要说明了这五种方法中的每一种都能按照各自的性能和某些特征截留不同粒径范围的污染物，此表是按饮用水中所要控制的物质，如病原体、有机物和无机物进行分类的。把最小粒径的置留物与膜类型和要控制的污染物联系起来，很好地说明了哪种应用更适合于饮用水处理设施。欧洲其同体饮用水标准最近要求水处理工艺对各种杀虫剂的最大污染量(MCLs)要达到0.1μg/L（微克／升）以下，总含量要达到0.5μg/L以下。预计的标准是各种消毒副产物(DBP)三卤甲烷(THMs)的MCLs为10μg/L，总三卤甲烷的MCLs为30μg/L，总有机卤素的MCLs为25μg/L。
　　最近美国环保局(USEPA)正在变更某些标准，包括把消毒副产物THMs的最大污染量从100μg/L降低到80μg/L，增加一项卤代乙酸(HAA)的最大污染量为60μg/L，该局准备将来把THMs和HAAs的最大污染量分别减少至40μg/L和30μg/L，因此所有水处理厂到90年代末总有机碳(TOC)的最大污染量都必须达到2.0mg/L这一标准。泰勒教授认为USEPA现在已认识到TOC、DBPs、需氯量、余氯和消毒几者之间的关系，他说美国已形成一个明确的法规方向，旨在既要减少消毒剂的投加量和副产物的形成，又要改进水处理厂和配水系统中的消毒作用和消毒剂剩余量。
　　再看表1，以EDR为基础的处理工艺可以去除最小的物质，但这需要用电。该工艺不能去除病原体和大多数有机物。UF和MF是筛滤，可去除病原体，对浊度和微生物污染物的去除非常有效。由于膜是固态膜，可以阻挡病原体的通过，因而一定压力下的膜处理技术比起传统的混凝工艺更具优点。RO和NF是渗透和筛滤，能够去除所有病原体和许多种有机物。滤渗还可以去除某些或几乎所有离子化合物。RO和NF系统对水处理具有广泛的应用性。泰勒教授总结道，由于膜具有这些不同的物性，因而最终会应用于世界各地的地面水处理中。
　　会议的另一位代表提到了一种既可有效阻止有机物通过，又不会明显地影响水中无机会形成的毫微滤膜生产工艺。他认为具有这些特征的先进的膜是可以获得的，主要问题是找到一种经济有效且适合在型处理厂应用的方法，以替代传统的处理工艺。还有一位代表论述了膜生物反应器(MBR)的可行性，这种反应器已经通过了小规模试验阶段，现在正在巴黎南部一个小型农村水处理厂中使用。这种生物和物质化学结合的方法有效地把硝酸盐降至可接受的标准含量以下。如著名的生物晶体DN工艺，它使用粉末活性炭(PAC)和超滤膜两种过滤方法同时达到反硝化、消毒、去除杀虫剂和降低TOC几种目的。

2、膜浓缩物的处置

　　各种不同膜过滤中浓缩物的处置是一个棘手的问题，这被看作是在某些建造膜处理厂的主要障碍。这些浓缩物可能会含有大量的有害物质，这些物质必须按照其可能的有害影响，在发现地点或水体中得到处置。选择处置方法有以下几种：
　　(1)直接倒入地表水中（例如运河、河流、湖泊、海洋）；
　　(2)间接倒入地表水中（例如借助于下水道和污水处理厂）；
　　(3)深井处理；
　　(4)与其它废水混合并处理；
　　(5)土地处置（例如灌溉用水或肥料）；
　　(6)通过蒸发或结晶而浓缩；
　　(7)去除特殊组分（例如通过反硝化或脱硫作用）。
　　荷兰的一篇报告中预计到2000年该国膜系统水处理量将达到40～45mgd（百万加仑／天），包括当需要做得金属和有机微污染物处置的辅助工作时的用水量，可以预见不会出现大的问题。
　　类似地还有两篇法国报告也提出了大量的膜处理厂的浓缩物处置经验（一个UF处理厂具有处理15mgd水的能力），同时论述了选择方案，并且基本得到同样结论。重力滤池、污泥浓缩池以及沉淀污泥池适用于小型处理厂。在大型处理厂中装备两级UF将减少处理水的损失，并能很好地阻截废水。

3、溶解有机物的去除

　　挪威等几个国家的地表水水源中溶解有机物含量较高，其大多数为褐色植物的残余物或腐植质，也有细菌。挪威自来水公司正使用膜来去除这些有机物。该国有14个膜处理厂可供使用，其中一个始于1989年，其它几个正在建造中或已准备就绪。到目前为止，膜使用期已达7年，但是恶臭气味是个问题，膜类型的选择、水厂总体方案、工艺流程以及化学药品的清洁等问题也需一起考虑。
　　另有几篇文章提到了天然有机物(NOM)、三卤甲烷(THM)母体以及这些物质与氯消毒剂的反应问题。还有一个小组研究了当向NF系统加入腐殖成分含量很高的水量的系统性能，并提出毫微滤可确实有效地去除THM母体。另外一项成功的试验是把臭氧、PAC和UF结合起来使用来去除天然的和合成的有机物，根据该试验，在巴黎附近，完成了日处理能力为15mgd的UF处理厂的设计、建造和完工。

4、消毒和膜

　　应用膜过滤系统去除水中的原生动物、细菌和病毒，还有几点说明加以补充，即组合的MF和UF系统提供了一个独立的栏栅阻拦原生运行，并通过机械筛滤选择细菌。这两种型式都能满足水处理与检验学会(SWTE)去除贾第虫的需要，并期望也能去除隐孢子虫和其它虫属。
　　法国大型自来水公司的研究机构在会议上总结了两项消毒研究。结论实际上是相同的：即膜技术在水工业中将有广阔的未来。与化学消毒方法相比，膜消毒提供的去除范围较宽，也不会出现不受欢迎的副产物。但是膜也不是没有问题，研究者和生产者正在调查象膜表面缺陷、不太成熟的生产技术而引起的渗漏、以及膜和密封装置的故障等缺点，后消毒可以保护配水系统，而且条件正日趋完善，并使固体颗粒和有机物的去除在各种膜的过滤过程中能更有效地完成。

5、大规模应用

　　美国好莱坞有一个37.5mgd的水处理厂正在改造中。预计完成时此水厂将具备三套系统——石灰软化和过滤(7.5mgd)、NF(16mgd)、以及RO(14mgd)，三套系统的处理水混合后进入配水系统。
　　目前还有几项大规模计划，包括微滤、超滤和毫微滤，以及如何选择适应于水源特性和由气候和人口的季节性变化而引起的水质波动的方案。

6、未来的发展

　　国际供水协会的代表在总结6年的生产与应用经验后说，低压膜技术在未来的饮用水处理中有着广阔的前景。目前在法国和世界各地都在建造大型UF处理厂，结合了氧化、活性炭及生物反应器等新技术。膜技术也将应用到污水处理领域。

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本文摘自《科技情报》第96-1期
天津市自来水公司科学技术情报站
1996年4月