纳滤应用于微污染水源水处理的研究现状 KSYHPD

纳滤应用于微污染水源水处理的研究现状西安建筑科技大学环境与市政工程学院刘成黄廷林李玉仙同济大学环境科学与工程学院马俊华目前，我国饮用水水源水质难尽人意，其中大部分已遭不同程度的污染，常规水处理工艺对此类水源水处理的效果很差，而且氯消毒后会出现“三致物质”，难以达到国家饮用水水质标准。很长时间以来，人们尝试着采用生物预处理、强化常规处理、颗粒活性炭深度处理、臭氧-活性炭、光催化氧化等工艺来处理此类水，取得了一定的效果，但各工艺在实用中又都存在一定的问题，膜分离技术以其净水效果好，分离有机物的“绝对性”等优点成为水处理研究的热点，而纳滤尤以其膜孔小、操作压力相对较低、可去除部分溶质离子引起人们特别的关注。

纳滤（NF）是介于反渗透与超滤之间的一种膜分离技术，其膜孔孔径处于纳米级范围，分离粒径为纳米以上的溶质颗粒，操作压力一般为0.5―1.OMPa.纳滤膜的分离机理为筛分和溶解/扩散并存，由此它可以有效地去除二价及多价离子和分子量大于200的各类物质，但对一价及分子量低于200的物质截留性较差。纳滤膜组件类型目前国内主要采用卷式和中空纤维式。

2纳滤在微污染水源水处理中的作用纳滤基于其膜孔大小及分离机理，可有效的去除微污染水源水中的有机物、藻类（藻毒素）、细菌、病毒及重金属离子等：1有机物质：饮用水中常含的有机物有天然有机物（Nm）、人工合成有机物（SOC）、消毒副产物。其中相当部分物质会直接或间接的对人体产生很大的危害，需处理到合理的浓度范围内。目前国内水质标准已对一些此类物质的浓度作了明确规定：挥发酚0.002mg/L、氯仿0.06mg/L、四氯化碳0.003mg/L等，而常规处理难以达到要求。这些物质大多在纳滤膜的截留范围内，经处理可达到满意的处理效果，并可有效的保证饮用水的生物稳定性。

1.1去除天然有机物与合成有机物Nom中的腐殖酸、富里酸为DBP前体；SOC大多为有毒物，具有难于降解、在环境中有一定的残留水平、生物富集性、三致作用和毒性等性质，例如各类农药残留物等。腐殖酸、富里酸的分子量在500以上，可被纳滤膜有效的去除：an经研究认为纳滤膜可有效的去除亲水性较差的NOM分子；侯立安等人对Nn膜进行研究，认为NF1对TOC的去除效果可达93.9%，且在去除有机物的同时，保留了较多的无机离子。国内外对纳滤膜与饮用水生物稳定性的关系均开展了研究，龙小庆经研究认为纳滤膜对TOC去除率可高达90%，对A0C也有一定的去除能力，达80%；ICEscobai研究表明AOC截留率受水环境条件影响较大，低pH值、低硬度、低离子强度有利于A0C的去除，而BD0C去除率在97%以上。

1.2去除三致物质李灵芝龙小庆等人研究表明纳滤膜在去除有毒有害有机物的同时，可有效的去除水中致突变物质，使致突比MR小于2，Ames实验呈阴性MSe纯水反渗透设备lss等人认为纳滤膜可有效去除氯化物，为后续处理创造有利条件；1.3去除消毒副产物及其前体物消毒副产物主要包括三卤甲烷、卤乙酸和可能的三氯乙醛氢氧化物。M.Sidoiqoi等人研究表明纳滤膜对THMs、HAAs、CHFP（水合氯醛前体物）的平均去除率为97%、94%、86%；由此可表明NF膜可稳定的将此类物质控制在合理的范围内，完全达到健康饮用水标准，且通过合适纳滤膜的选取，可达到更高的水质标准。

1.4去除挥发性有机物地表水和地下水中的大多数挥发性有机化物是致癌物质，传统的处理只是物质状态的转化，并未真正去除。膜技术避免了此类问题的发生。Gaella Duco研究表明纳滤膜对饮用水中痕量的挥发性有机物有较高的截留率，但存在界面化学反应现象，这将影响纳滤膜的寿命，可采用无机膜。

2.2.藻类、细菌及病原微生物：藻类在富营养化水体中大量繁殖严重干扰了水厂的正常运行，恶化了水质，藻类是饮用水致突变物质的重要前体物之一，是饮用水处理中生物稳定性的不安定因素，而且有毒蓝藻滋生繁衍会产生极富危害的藻毒素，会造成直接中毒，已有藻毒素造成人畜中毒事件的报道。

我国新颁布的生活饮用水卫生规范规定藻毒素种类之一的微囊藻毒素的LR控制在0.OOlmg/L.而且其生物降解作用微弱，一般需几天以上，一般水厂从水处理开始到出厂不过几个小时，在管网停留时间也不过十几个小时，且由于有消毒剂存在，生物降解作用消弱，藻毒素在富营养水源水厂出水中的存在是不可避免的，在我国一些省市饮用水中已检出藻毒素。藻类粒径一般在1.0微米以上，纳滤膜预处理可去除大部分，剩余部分可由纳滤膜完全去除，藻毒素粒径也在纳滤膜截留范围内，可有效的保证饮用水的安全性。膜分离技术中，消毒指通过膜孔的筛除作用截留进水中的病原体，渗透水中从而不会出现病原体，而非指病原体的灭活作用，是广义的消毒。

细菌粒径在0.5微米以上，病毒粒径虽小却也在纳米级范围以上，纳滤膜技术可有效的将其去除，而且这个建立在膜孔大小的病原体去除过程比起快滤池等其他方法来，更为“绝对”可靠，是膜滤技术的一大优点。

3无机胶体颗粒和重金属离子：未受有机污染的天然地表水，胶体颗粒为无机粘土及其它无机成分，当受有机污染后，胶体颗粒性质将发生一些变化。由于无机颗粒具有较大比表面积，对水中有机物质有一定吸附作用，同时具有离子交换能力，从而无机胶体颗粒的带电性质发生变化，增加了胶体的S电位，使胶体稳定性增加，常规处理难度增加，胶体颗粒粒径在lnm-lxm之间，对于预处理过程未去除的胶体颗粒，可由纳滤膜有效去除。纳滤膜出水的浊度一般在0.02~0.04NTU以下。NF膜的一大特点是具有软化功能，可有效去除Ca、Mg离子。1985年美国厂家正式出售的NF膜对MgS04的截留率和操作压力分别为98%和0. 48MPa，实验表明采用必要后处理的纳滤膜系统能够使管网中铅的溶解减少50%，同时使其它溶出的金属离子浓度满足饮用水水质标准要求。

此外，李灵芝等人研究表明NF膜可有效去除水3纳滤膜处理的经济分析NF膜处理技术一般包括前处理、膜分离、后处理等三步，其中前处理过程*为复杂，且其处理效果好坏直接影响到整个处理过程的效果。有资料甚至认为可以将整个常规处理或UF、MF作为NF的预处理。因此虽然NF在饮用水处理方面有很大的优势，但目前在国内应用并不是十分广泛，究其原因是水处理成本较常规处理成本高一些，但也有资料表明，纳滤膜在处理水量为2万m3以下时，与常规处理成本相当或低一些，而2万m3以上时成本较高，由此可得出，现在存在的主要问题是在应用于大型水厂时，没有规模效应产生。膜价格的发展趋势是逐年下降，如超滤膜1999年价格几乎是1989年价格的一半，价格下降的主要原因是膜组件中膜表面积在增长，以及膜组件的大规模生产。纳滤膜与超滤膜有相似的性质，膜组件型式相近，所以发展趋势也基本相同从而纳滤膜价格近几年内会有一定程度的下降。而膜价格的大副下降，使膜的使用费用和折旧费用也在下降，在可变成本保持不变或变化不大的情况下，膜的更换费用和折旧费用有显著的影响，从而纳滤膜处理成本也将随之大规模下降，此外适当的运行条件可以使膜寿命得到适当延长，会进一步降低运行成本，使制水成本降到适当的范围内，促使其广泛的应用于实际。

4纳滤膜技术应用中存在的问题由以上可以看出，NF膜技术在微污染水源水处理中有明显的优点，但在实际运行中也存在着一些问题：1NF的构型：NF现在大多采用卷式或中空纤维式，但其不适合在饮用水处理中的大规模应用，故用于大型水厂时，难以实现规模效应，如0.378x106m3/d的水厂可能仍然是0. 378x105m3/d的水厂造价的10倍。

2膜污染：由于膜孔较小，膜上很容易产生沉积，过度沉积产生膜污染，影响膜的寿（下转第32页）成怙M木专门负责自控系统的维修工作。要对每台设备进行日常巡视并制定巡检项目记录表，为日常维修提供必要的原始依据，以利于分析设备状况，合理安排维修。

同时针对进口设备较多、价格昂贵、供货周期长等特点。要仔细统计、总结各类备品配件的维修、消耗规律，采用不同的库存管理方法。要与信誉好、价格低、服务好的供应厂商建立长期的合作关系，对需从国外进口的备上海seo件，要选择知名度高、资信度高的进出口公司，及时确定订购的时间及数量，争取以到岸价拿货，同时重视备品配件的质量。

5建立技术资料管理制度工程完成后，所有资料都要齐备交接，建立健全资料管理制度，注重技术资料的收集、整理、归档工作。平时要将各种自控设备的运行参数、状况、故障现象详细记录，形成一套完整的自控设备手册，并由专人保管，防止资料流失，将复印件用于日常维护。

技术管理部门要形成完善的技术资料管理制度，严格执行。

（上接第25页）命和处理效果。由此，对膜污染的研究也成为膜应用的一个关键问题。目前的研究主要集中于膜上沉积的物质、膜本身的性质上。膜污染可分为无机污染（主要表现为钙垢，其污染过程符合成核-长大两步机理）、有机污染、微生物污染（以杆菌为主，其次为孢子菌和短杆菌，球菌和丝状菌较少）。研究表明：根据原水水质合理选择预处理工艺、正确的选择膜的类型、恰当的确定膜的冲洗周期和化学清洗的药剂等可有效的防止膜污染。如法国的Mery-Sur -Oise水厂，在用NF-200B纳滤膜取代NF-70后，对有机物的去除效果基本没变，而对Ca2 +的透过率大大增强，从而明显的降低了运行压力、运行费用和膜的反冲洗次数，同时增加了出水通量，并保持水中的适量硬度及对人体健康有益微量元素。又由于膜的荷电性，使膜有较好的抗有机物污染的能力，从而大大减少了膜污染的可能性。但直到现在对膜垢的形成过程和控制还没有明确的解释。

虽然目前NF膜技术还处于不断完善阶段，但在目前国内各类水源水质不断恶化的形势下，NF膜技术乃至整个膜分离技术在饮用水方面还是有广阔的6注重人员的培训工作自动化水厂能否正常运行的关键在于水厂的管理，技术人员的水平，因此对人员的培训工作十分重要。要坚持持续的培训计划，定期开办各种技术学习班，请专家讲课，内容应涉及到净水工艺、变配电、自控和仪表、计算机、管理等各个方面。要通过技术人员的相互交流、外出学习，提高技术人员的设备维修技能。坚持以人为本的管理概念，关心人、爱护人、培养人，努力将技术人员培养成为技术骨干，以胜任自动化水厂的运行、维护以及管理工作。

我国的自动化水厂还刚刚起步，水平还不够高、应用范围还不够广；只有通过刻苦学习，努力提高自身的专业技术水平，才能确保自控系统安全、可靠地运行，充分发挥自动化设备的功能，达到节能降耗、确保水质、科学管理的目的，尽快提高自动化水平，迅速与国际接轨。

应用前景。而纳滤技术除具有微滤、超滤技术所共有的优点，如：处理过程不产生副产物；处理单元小，易于自动化控制；广泛的pH值适用范围；有效去除病毒、细菌、寄生虫，减少消毒剂用量等外，还具有一些超滤和微滤所不具备的优点：对消毒副产物前体有较好的去除效果，减少消毒副产物的形成；有效去除原水中的BD0C，降低管网中细菌滋生的可能性，提高了饮用水的水质安全；即使原水水质波动强烈，处理后水质仍能保持稳定，由此更成为研究的热点。但过多的去除无机离子将使压力增加、膜结垢趋势增大，处理成本增加，于是近年来，以发展既能去除饮用水中尽可能多的有机物又能保留部分无机物的纳滤膜是膜技术发展的趋势。目前，已生产出各种不同性质、不同功能的膜，根据分离对象的不同，合理选择膜，可使其有更好的应用性。现在，国家已将纳滤膜水处理技术列人“21世纪水计划”，投入了大量的人力物力，随着膜制造技术的进展和膜组件的改进及膜性能的提高，膜的价格将会不断下降，规模效应将会体现出来，从而大大减低制水成本，并可完全代替常规处理工艺。（

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