Membrane Specialists Gather for International Conference

王芳　　編譯　　何玲　　　校

　　摘要：本文通過(guò)對(duì)幾種膜類(lèi)型的性能比較，指出各種膜分別適合去除水中不同的物質(zhì)，同時(shí)論述了膜濃縮物的處理問(wèn)題以及膜與消毒的關(guān)系。最后得出膜技術(shù)將應(yīng)用于世界各地的地面水處理的結(jié)論。
　　關(guān)鍵詞：膜技術(shù)　　電滲析　　反滲透　　微濾　　超濾　　毫微濾　　低壓膜

　　目前膜技術(shù)的水平已發(fā)展到利用它的一種或多種形式可以分離原水中值得關(guān)注的大多數(shù)污染物。由于認(rèn)識(shí)到近年來(lái)供水研究的重要性，國(guó)際供水協(xié)會(huì)最近在法國(guó)巴黎召開(kāi)了國(guó)際飲用水處理膜技術(shù)專(zhuān)題研討會(huì)。
　　以膜為基礎(chǔ)的反滲透和電滲析方法，在用海水和稍咸水生產(chǎn)飲用水的脫鹽系統(tǒng)中應(yīng)用了近40年，但在最近10年，膜技術(shù)已發(fā)展到新的水平，例如，人們發(fā)現(xiàn)微濾和超濾適合顆粒的去除。反滲透和毫微濾正在應(yīng)用于地面水的軟化和最終處理；而用先進(jìn)的電滲析系統(tǒng)有時(shí)可以有效地去除特殊的污染物?；谀ぜ夹g(shù)應(yīng)用的最新資料，會(huì)議討論了下列問(wèn)題：

1、用膜工藝去除特殊的無(wú)機(jī)污染物

　　美國(guó)奧蘭多中心佛羅里達(dá)大學(xué)的泰勒教授被譽(yù)為膜技術(shù)的鼻祖，他在會(huì)議上首先針對(duì)反滲透(RO)和毫微濾(NF)問(wèn)題作了討論，他只簡(jiǎn)單地評(píng)論了5個(gè)膜系統(tǒng)，包括有可能應(yīng)用于飲用水處理的RO和NF，另外，還有超濾(UF)、微濾(MF)、以及反向電滲析(EDR)。

表1　膜工藝的分類(lèi) 工藝類(lèi)型 機(jī)理 去除范圍 所控物質(zhì) 病原體 有機(jī)物 無(wú)機(jī)物 反向電滲析(EDR) C 　0.0001μ 不能 不能 全部去除 反滲透(RO) S,D 0.0001μ C,B,V DBPs,COCs 全部去除 微　濾(NF) S,D 0.001μ C,B,V DBPs,COCs 全部去除 超　濾(UF) S 0.001μ C,B,V 不能 不能 毫微濾(MF) S 0.01μ C,B 不能 不能 表中：機(jī)　理　C為充電，S為篩濾，D為滲濾
　　　病原體　C為孢囊，B為細(xì)菌，V為病毒
　　　有機(jī)物　DBPs為消毒副產(chǎn)物母體，SOCs為合成的有機(jī)物。

　　表1簡(jiǎn)要說(shuō)明了這五種方法中的每一種都能按照各自的性能和某些特征截留不同粒徑范圍的污染物，此表是按飲用水中所要控制的物質(zhì)，如病原體、有機(jī)物和無(wú)機(jī)物進(jìn)行分類(lèi)的。把最小粒徑的置留物與膜類(lèi)型和要控制的污染物聯(lián)系起來(lái)，很好地說(shuō)明了哪種應(yīng)用更適合于飲用水處理設(shè)施。歐洲其同體飲用水標(biāo)準(zhǔn)最近要求水處理工藝對(duì)各種殺蟲(chóng)劑的最大污染量(MCLs)要達(dá)到0.1μg/L（微克／升）以下，總含量要達(dá)到0.5μg/L以下。預(yù)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)是各種消毒副產(chǎn)物(DBP)三鹵甲烷(THMs)的MCLs為10μg/L，總?cè)u甲烷的MCLs為30μg/L，總有機(jī)鹵素的MCLs為25μg/L。
　　最近美國(guó)環(huán)保局(USEPA)正在變更某些標(biāo)準(zhǔn)，包括把消毒副產(chǎn)物THMs的最大污染量從100μg/L降低到80μg/L，增加一項(xiàng)鹵代乙酸(HAA)的最大污染量為60μg/L，該局準(zhǔn)備將來(lái)把THMs和HAAs的最大污染量分別減少至40μg/L和30μg/L，因此所有水處理廠到90年代末總有機(jī)碳(TOC)的最大污染量都必須達(dá)到2.0mg/L這一標(biāo)準(zhǔn)。泰勒教授認(rèn)為USEPA現(xiàn)在已認(rèn)識(shí)到TOC、DBPs、需氯量、余氯和消毒幾者之間的關(guān)系，他說(shuō)美國(guó)已形成一個(gè)明確的法規(guī)方向，旨在既要減少消毒劑的投加量和副產(chǎn)物的形成，又要改進(jìn)水處理廠和配水系統(tǒng)中的消毒作用和消毒劑剩余量。
　　再看表1，以EDR為基礎(chǔ)的處理工藝可以去除最小的物質(zhì)，但這需要用電。該工藝不能去除病原體和大多數(shù)有機(jī)物。UF和MF是篩濾，可去除病原體，對(duì)濁度和微生物污染物的去除非常有效。由于膜是固態(tài)膜，可以阻擋病原體的通過(guò)，因而一定壓力下的膜處理技術(shù)比起傳統(tǒng)的混凝工藝更具優(yōu)點(diǎn)。RO和NF是滲透和篩濾，能夠去除所有病原體和許多種有機(jī)物。濾滲還可以去除某些或幾乎所有離子化合物。RO和NF系統(tǒng)對(duì)水處理具有廣泛的應(yīng)用性。泰勒教授總結(jié)道，由于膜具有這些不同的物性，因而最終會(huì)應(yīng)用于世界各地的地面水處理中。
　　會(huì)議的另一位代表提到了一種既可有效阻止有機(jī)物通過(guò)，又不會(huì)明顯地影響水中無(wú)機(jī)會(huì)形成的毫微濾膜生產(chǎn)工藝。他認(rèn)為具有這些特征的先進(jìn)的膜是可以獲得的，主要問(wèn)題是找到一種經(jīng)濟(jì)有效且適合在型處理廠應(yīng)用的方法，以替代傳統(tǒng)的處理工藝。還有一位代表論述了膜生物反應(yīng)器(MBR)的可行性，這種反應(yīng)器已經(jīng)通過(guò)了小規(guī)模試驗(yàn)階段，現(xiàn)在正在巴黎南部一個(gè)小型農(nóng)村水處理廠中使用。這種生物和物質(zhì)化學(xué)結(jié)合的方法有效地把硝酸鹽降至可接受的標(biāo)準(zhǔn)含量以下。如著名的生物晶體DN工藝，它使用粉末活性炭(PAC)和超濾膜兩種過(guò)濾方法同時(shí)達(dá)到反硝化、消毒、去除殺蟲(chóng)劑和降低TOC幾種目的。

2、膜濃縮物的處置

　　各種不同膜過(guò)濾中濃縮物的處置是一個(gè)棘手的問(wèn)題，這被看作是在某些建造膜處理廠的主要障礙。這些濃縮物可能會(huì)含有大量的有害物質(zhì)，這些物質(zhì)必須按照其可能的有害影響，在發(fā)現(xiàn)地點(diǎn)或水體中得到處置。選擇處置方法有以下幾種：
　　(1)直接倒入地表水中（例如運(yùn)河、河流、湖泊、海洋）；
　　(2)間接倒入地表水中（例如借助于下水道和污水處理廠）；
　　(3)深井處理；
　　(4)與其它廢水混合并處理；
　　(5)土地處置（例如灌溉用水或肥料）；
　　(6)通過(guò)蒸發(fā)或結(jié)晶而濃縮；
　　(7)去除特殊組分（例如通過(guò)反硝化或脫硫作用）。
　　荷蘭的一篇報(bào)告中預(yù)計(jì)到2000年該國(guó)膜系統(tǒng)水處理量將達(dá)到40～45mgd（百萬(wàn)加侖／天），包括當(dāng)需要做得金屬和有機(jī)微污染物處置的輔助工作時(shí)的用水量，可以預(yù)見(jiàn)不會(huì)出現(xiàn)大的問(wèn)題。
　　類(lèi)似地還有兩篇法國(guó)報(bào)告也提出了大量的膜處理廠的濃縮物處置經(jīng)驗(yàn)（一個(gè)UF處理廠具有處理15mgd水的能力），同時(shí)論述了選擇方案，并且基本得到同樣結(jié)論。重力濾池、污泥濃縮池以及沉淀污泥池適用于小型處理廠。在大型處理廠中裝備兩級(jí)UF將減少處理水的損失，并能很好地阻截廢水。

3、溶解有機(jī)物的去除

　　挪威等幾個(gè)國(guó)家的地表水水源中溶解有機(jī)物含量較高，其大多數(shù)為褐色植物的殘余物或腐植質(zhì)，也有細(xì)菌。挪威自來(lái)水公司正使用膜來(lái)去除這些有機(jī)物。該國(guó)有14個(gè)膜處理廠可供使用，其中一個(gè)始于1989年，其它幾個(gè)正在建造中或已準(zhǔn)備就緒。到目前為止，膜使用期已達(dá)7年，但是惡臭氣味是個(gè)問(wèn)題，膜類(lèi)型的選擇、水廠總體方案、工藝流程以及化學(xué)藥品的清潔等問(wèn)題也需一起考慮。
　　另有幾篇文章提到了天然有機(jī)物(NOM)、三鹵甲烷(THM)母體以及這些物質(zhì)與氯消毒劑的反應(yīng)問(wèn)題。還有一個(gè)小組研究了當(dāng)向NF系統(tǒng)加入腐殖成分含量很高的水量的系統(tǒng)性能，并提出毫微濾可確實(shí)有效地去除THM母體。另外一項(xiàng)成功的試驗(yàn)是把臭氧、PAC和UF結(jié)合起來(lái)使用來(lái)去除天然的和合成的有機(jī)物，根據(jù)該試驗(yàn)，在巴黎附近，完成了日處理能力為15mgd的UF處理廠的設(shè)計(jì)、建造和完工。

4、消毒和膜

　　應(yīng)用膜過(guò)濾系統(tǒng)去除水中的原生動(dòng)物、細(xì)菌和病毒，還有幾點(diǎn)說(shuō)明加以補(bǔ)充，即組合的MF和UF系統(tǒng)提供了一個(gè)獨(dú)立的欄柵阻攔原生運(yùn)行，并通過(guò)機(jī)械篩濾選擇細(xì)菌。這兩種型式都能滿足水處理與檢驗(yàn)學(xué)會(huì)(SWTE)去除賈第蟲(chóng)的需要，并期望也能去除隱孢子蟲(chóng)和其它蟲(chóng)屬。
　　法國(guó)大型自來(lái)水公司的研究機(jī)構(gòu)在會(huì)議上總結(jié)了兩項(xiàng)消毒研究。結(jié)論實(shí)際上是相同的：即膜技術(shù)在水工業(yè)中將有廣闊的未來(lái)。與化學(xué)消毒方法相比，膜消毒提供的去除范圍較寬，也不會(huì)出現(xiàn)不受歡迎的副產(chǎn)物。但是膜也不是沒(méi)有問(wèn)題，研究者和生產(chǎn)者正在調(diào)查象膜表面缺陷、不太成熟的生產(chǎn)技術(shù)而引起的滲漏、以及膜和密封裝置的故障等缺點(diǎn)，后消毒可以保護(hù)配水系統(tǒng)，而且條件正日趨完善，并使固體顆粒和有機(jī)物的去除在各種膜的過(guò)濾過(guò)程中能更有效地完成。

5、大規(guī)模應(yīng)用

　　美國(guó)好萊塢有一個(gè)37.5mgd的水處理廠正在改造中。預(yù)計(jì)完成時(shí)此水廠將具備三套系統(tǒng)——石灰軟化和過(guò)濾(7.5mgd)、NF(16mgd)、以及RO(14mgd)，三套系統(tǒng)的處理水混合后進(jìn)入配水系統(tǒng)。
　　目前還有幾項(xiàng)大規(guī)模計(jì)劃，包括微濾、超濾和毫微濾，以及如何選擇適應(yīng)于水源特性和由氣候和人口的季節(jié)性變化而引起的水質(zhì)波動(dòng)的方案。

6、未來(lái)的發(fā)展

　　國(guó)際供水協(xié)會(huì)的代表在總結(jié)6年的生產(chǎn)與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)后說(shuō)，低壓膜技術(shù)在未來(lái)的飲用水處理中有著廣闊的前景。目前在法國(guó)和世界各地都在建造大型UF處理廠，結(jié)合了氧化、活性炭及生物反應(yīng)器等新技術(shù)。膜技術(shù)也將應(yīng)用到污水處理領(lǐng)域。

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本文摘自《科技情報(bào)》第96-1期
天津市自來(lái)水公司科學(xué)技術(shù)情報(bào)站
1996年4月