膜滤技术于饮用水处理的实用性研究

　　概　要：膜的优越的分离特性，使膜滤技术在饮用水生产时也受到越来越广的应用。本实验采用了日本引进的优质聚乙烯中空纤维滤膜，在周家渡水厂，嵊山水厂和内野毛巾厂进行实用性研究。结果表明：处理砂滤水和混凝沉淀水时，在滤压损失为0－2m水柱范围内，膜滤装置处理能力20－30L/m²/h，处理后的水浊度在0.1NTU以下；细菌指标能达到国家标准。但在直接过滤原水时，膜阻力增加很快，浊度也增大。研究显示该装置能有效代替部分净水工艺生产自来水。
　　关键词：聚乙烯中空纤维膜，全量过滤，饮用水，低浊度，病原菌。

A PrototyPe Study for Membrane Filtration Technology in an
attempt to produce potable water
Ju Suwei　Cheng Mengen　Enji Iwamura
(Shanghai Ebara Engineering & Services Co.,Ltd. 200071)

　　Abstract: The usage of membrane filtration technology is growing very rapidly worldwide to produce potable water. The research have been performed, in: ZhouJiaDu Waterworks, Shenghai Uchino Towel Co., Ltd., in use of high quality hollow fiber polyethylene membrane made in Japan. The outcome of the research is summarized as: with pressure drop of 0～2mH₂O, filtration performance is proved as 20～30lit/m²/h,turbidity of the respective filtrate is below 0.1NTU; Pathogenic bacteria count is below the national requlation.　This unit can economically replace a major protion of the conventional water purification process in drinking-water production.
　　Key words: polyethylene hollow fiber membrane, dead end filtration, Drinking-water, low turbidity, pathogenic bacteria.

1 序论

　　膜滤技术在饮用水生产时可根据进水的水质而选用合适的膜，得到的处理水水质容易控制，卫生安全性好，所以正受到越来越广的应用。近年来，自来水生饮的一些欧美国家及日本仍有寄生性病原体感染的事例发生。美国Wiscosin州的Milwaukee在1993年Oregon州的Jackson County在1992年发生过感染，还出现了死亡病例。英国的Isie of thaunet area在1990年发生过感染。日本神奈川县的平口市在1994年琦玉县的越生町在1996年也发生过感染。这些国家都在一些地区建设采用膜滤技术的自来水厂，即使水源受到污染时也能保证供水安全。现在，日产1万吨以上的水厂在美国有42家，欧洲有33家，日本全国的膜滤制水能力达400多万吨。在我国用膜滤技术生产饮用水的还仅限于瓶装和拥装水行业。这次研究中采用了日本引进的优质聚乙烯中空纤维滤膜，在周家渡水厂，嵊山水厂和内野毛巾厂结合部分处理工艺对砂滤后水和混凝沉淀水进行实验，同时还对一些原水进行直接膜滤处理进行了尝试。

2 实验方法和内容

2.1实验装置
　　（1）实验用的膜材料为聚乙烯中空纤维，中空丝内径0.27mm，外径0.41mm，膜的公称孔径0.1μm，滤膜表面经过了亲水性处理，图2-1是中空纤维的放大图，图2-2是滤膜微孔的显微照片（5000倍）。
　　（2）组件和装置
　　聚乙烯中空丝的两端是两根集水管，中空丝悬荡在中间可以晃动，这样构成一片膜，见示意图2-3。组件由数片膜构成。实验装置是将组件放在方型的不锈钢水槽里，由气洗用鼓风机，抽吸泵，操作盘等组成。见图2-4。过滤方法采用全量过滤，制水时用鼓风机间隙地曝气，不需要反冲。

2.2实验方法和操作
　　流程１：
　　
　　操作参数为：每120分钟进水周期里。排污水一次30秒，曝气2分钟。
　　流程２：
　　
　　操作参数为：每60分钟进水周期里。排污水一次1分，曝气2分钟。
　　流程３：
　　
　　操作参数为：每30分钟进水周期里。排污水一次1分，曝气2分钟。
2.3实验结果
　　（1）处理水水质
　　从水质分析数据可以看出，膜滤后的水比进水的水质有了很大提高。参见表2-1。砂滤水膜滤后的浊度基本在0.1NTU以下；混凝后的水膜滤后浊度也小于0.16NTU；原水直接膜滤后的浊度也小于0.4NTU，但膜堵塞现象明显。各种进水的大肠菌群数和细菌数参差不一，膜滤后都能达到标准。另外，化学好氧量的去除率仅有20％左右。对色度也没有明显的去除效果。

表２－１　膜滤前后水质比较

项目	单位与测试方法	原水		混凝沉淀水		砂滤水
		膜滤前	膜滤后	膜滤前	膜滤后	膜滤前	膜滤后
浊度	NTU，仪器法	23～68	0.1～0.4	1.3～1.8	0.1～0.16	0.3～0.4	＜0.1
色度	比色管目视法	＞20	12～16	＞15	10～12	＞10	5～10
电导率	μs/cm，仪器法	450～490	450～490	440～460	440～460	410～430	410～430
CODMn	mg/l，滴定法	5～10	＜8	3～8	＜6	2～8	＜6
细菌总数	cfu/ml，平板法	数千	5～18	数千	＜3	数百	4～17
大肠菌数	MPN 个/l，最多数法	数万	3～24	数百	＜3	数十	＜3

　　（2）制水能力和滤压
　　在滤压为0－2m水头损失的范围内，制水能力达20-30L/m2/h，出水的水质基本稳定。图表2-1表明对于加药的沉淀前后的水用膜滤时，膜的阻力微小，即使将曝气周期延长到5、6小时也看不到真空表的数值变化，而滤膜一旦受到污染后，膜阻力的回复则受到限制。上图表2-2表明用原水直接膜滤时，膜的阻力变化很明显，气洗后虽有回复，但滤压太大导致出水的浊度也增大到0.4NTU，己大于砂滤水的浊度。

3 实验结果的讨论和结论

　　3.1实验结果的讨论
　　（1）处理水水质的评价
　　实验结果表明该装置有很好的浊度去除能力，单位面积制水率高。由于实验用膜的公称孔径为0.1μm，比目前知道的最小的细菌Pseudomonas diwinuta（0.3μm）^[2]还要小，比病原菌要小十数倍，所以可彻底地筛分去除各种致病菌和细菌。见图3-1示意。这比传统的慢滤法（处理一般病原菌的去除率为99.99％，但在表砂刮除时有逸漏的危险）更确实有效，而且现在的城市水厂的制水能力来看，有条件采用慢滤的地方很少。比快滤加消毒（快速过滤再加消毒处理一般对病原菌的去除率为99％到99.7％，用氯消毒时，灭活90％的病原菌要用浓度80mg/L的游离氯接触90分钟）要优很多。
　　同时试验结果也表明，该装置对溶解性的COD、色度和电导率等基本无去除能力。
　　（2）处理水量和膜的堵塞
　　经过一段时间运行以后，滤压损失会增大，这种现象在原水直接过滤时，更加明显。这种增加表现为可回复部分和不可回复部分。可回复部分主要是因为膜表面的滤饼层引起的，曝气后脱落，参见图3-2、3-3。不可回复部分主要是因为小于0.1μm的悬浮粒子吸附堵塞在膜的微孔内引起的，另外有机污染物的复杂的生化作用也会导致膜内堵塞，这仅*物理作用的气洗是难回复的。

　　3.2 结 论
　　该实验装置在一定的通量和压力范围内，处理后水的浊度可达0.1NTU以下，阻拦细菌和大肠杆菌数的效果也很好，气洗对于膜阻力的回复有很好的作用。可以代替水厂的部分常规处理，但该装置对有机物和溶解性物质的去除效果不佳，所以不适合己受有机污染的原水的直接膜滤处理。

4 致谢

　　此次研究得到了同济大学有关老师和市政设计研究院有关课题人员的大力帮助，同时浦东自来水公司以及上海石化炼化部和上海内野毛巾公司的有关人员也给了人力支持和协助，在此表示感谢。

参考文献
　　[1]董秉直，曹达文。范谨初《膜过滤天然原水阻力特性的研究》
　　[2]「水道ぃぉけゐクトスポリジゥム暂定对策と解說」
　　[3]渡边義公，「水道への膜滤過プロセスの应用」，膜，Vol.24,No.6,（1999）
　　[4]貝谷吉英，藤田賢二，趙奉衍，田村徹，「膜分離净水处理ぐぉけゐ膜仕様と操作因子」，水道协会雜誌　Vol.62 No.2（1993）

作者简介：
　　居素伟（1963－），男，汉族，上海出生，专攻水处理工艺。85年同济本科毕业。后留日获工学硕士学位。