Membrane Specialists Gather for International Conference

王芳　　編譯　　何玲　　　校

　　摘要：本文通過對幾種膜類型的性能比較，指出各種膜分別適合去除水中不同的物質，同時論述了膜濃縮物的處理問題以及膜與消毒的關系。最后得出膜技術將應用于世界各地的地面水處理的結論。
　　關鍵詞：膜技術　　電滲析　　反滲透　　微濾　　超濾　　毫微濾　　低壓膜

　　目前膜技術的水平已發展到利用它的一種或多種形式可以分離原水中值得關注的大多數污染物。由于認識到近年來供水研究的重要性，國際供水協會最近在法國巴黎召開了國際飲用水處理膜技術專題研討會。
　　以膜為基礎的反滲透和電滲析方法，在用海水和稍咸水生產飲用水的脫鹽系統中應用了近40年，但在最近10年，膜技術已發展到新的水平，例如，人們發現微濾和超濾適合顆粒的去除。反滲透和毫微濾正在應用于地面水的軟化和最終處理；而用先進的電滲析系統有時可以有效地去除特殊的污染物。基于膜技術應用的最新資料，會議討論了下列問題：

1、用膜工藝去除特殊的無機污染物

　　美國奧蘭多中心佛羅里達大學的泰勒教授被譽為膜技術的鼻祖，他在會議上首先針對反滲透(RO)和毫微濾(NF)問題作了討論，他只簡單地評論了5個膜系統，包括有可能應用于飲用水處理的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 工藝類型 機理 去除范圍 所控物質 病原體 有機物 無機物 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　理　C為充電，S為篩濾，D為滲濾
　　　病原體　C為孢囊，B為細菌，V為病毒
　　　有機物　DBPs為消毒副產物母體，SOCs為合成的有機物。

　　表1簡要說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，如病原體、有機物和無機物進行分類的。把最小粒徑的置留物與膜類型和要控制的污染物聯系起來，很好地說明了哪種應用更適合于飲用水處理設施。歐洲其同體飲用水標準最近要求水處理工藝對各種殺蟲劑的最大污染量(MCLs)要達到0.1μg/L（微克／升）以下，總含量要達到0.5μg/L以下。預計的標準是各種消毒副產物(DBP)三鹵甲烷(THMs)的MCLs為10μg/L，總三鹵甲烷的MCLs為30μg/L，總有機鹵素的MCLs為25μg/L。
　　最近美國環保局(USEPA)正在變更某些標準，包括把消毒副產物THMs的最大污染量從100μg/L降低到80μg/L，增加一項鹵代乙酸(HAA)的最大污染量為60μg/L，該局準備將來把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年代末總有機碳(TOC)的最大污染量都必須達到2.0mg/L這一標準。泰勒教授認為USEPA現在已認識到TOC、DBPs、需氯量、余氯和消毒幾者之間的關系，他說美國已形成一個明確的法規方向，旨在既要減少消毒劑的投加量和副產物的形成，又要改進水處理廠和配水系統中的消毒作用和消毒劑剩余量。
　　再看表1，以EDR為基礎的處理工藝可以去除最小的物質，但這需要用電。該工藝不能去除病原體和大多數有機物。UF和MF是篩濾，可去除病原體，對濁度和微生物污染物的去除非常有效。由于膜是固態膜，可以阻擋病原體的通過，因而一定壓力下的膜處理技術比起傳統的混凝工藝更具優點。RO和NF是滲透和篩濾，能夠去除所有病原體和許多種有機物。濾滲還可以去除某些或幾乎所有離子化合物。RO和NF系統對水處理具有廣泛的應用性。泰勒教授總結道，由于膜具有這些不同的物性，因而最終會應用于世界各地的地面水處理中。
　　會議的另一位代表提到了一種既可有效阻止有機物通過，又不會明顯地影響水中無機會形成的毫微濾膜生產工藝。他認為具有這些特征的先進的膜是可以獲得的，主要問題是找到一種經濟有效且適合在型處理廠應用的方法，以替代傳統的處理工藝。還有一位代表論述了膜生物反應器(MBR)的可行性，這種反應器已經通過了小規模試驗階段，現在正在巴黎南部一個小型農村水處理廠中使用。這種生物和物質化學結合的方法有效地把硝酸鹽降至可接受的標準含量以下。如著名的生物晶體DN工藝，它使用粉末活性炭(PAC)和超濾膜兩種過濾方法同時達到反硝化、消毒、去除殺蟲劑和降低TOC幾種目的。

2、膜濃縮物的處置

　　各種不同膜過濾中濃縮物的處置是一個棘手的問題，這被看作是在某些建造膜處理廠的主要障礙。這些濃縮物可能會含有大量的有害物質，這些物質必須按照其可能的有害影響，在發現地點或水體中得到處置。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)通過蒸發或結晶而濃縮；
　　(7)去除特殊組分（例如通過反硝化或脫硫作用）。
　　荷蘭的一篇報告中預計到2000年該國膜系統水處理量將達到40～45mgd（百萬加侖／天），包括當需要做得金屬和有機微污染物處置的輔助工作時的用水量，可以預見不會出現大的問題。
　　類似地還有兩篇法國報告也提出了大量的膜處理廠的濃縮物處置經驗（一個UF處理廠具有處理15mgd水的能力），同時論述了選擇方案，并且基本得到同樣結論。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UF將減少處理水的損失，并能很好地阻截廢水。

3、溶解有機物的去除

　　挪威等幾個國家的地表水水源中溶解有機物含量較高，其大多數為褐色植物的殘余物或腐植質，也有細菌。挪威自來水公司正使用膜來去除這些有機物。該國有14個膜處理廠可供使用，其中一個始于1989年，其它幾個正在建造中或已準備就緒。到目前為止，膜使用期已達7年，但是惡臭氣味是個問題，膜類型的選擇、水廠總體方案、工藝流程以及化學藥品的清潔等問題也需一起考慮。
　　另有幾篇文章提到了天然有機物(NOM)、三鹵甲烷(THM)母體以及這些物質與氯消毒劑的反應問題。還有一個小組研究了當向NF系統加入腐殖成分含量很高的水量的系統性能，并提出毫微濾可確實有效地去除THM母體。另外一項成功的試驗是把臭氧、PAC和UF結合起來使用來去除天然的和合成的有機物，根據該試驗，在巴黎附近，完成了日處理能力為15mgd的UF處理廠的設計、建造和完工。

4、消毒和膜

　　應用膜過濾系統去除水中的原生動物、細菌和病毒，還有幾點說明加以補充，即組合的MF和UF系統提供了一個獨立的欄柵阻攔原生運行，并通過機械篩濾選擇細菌。這兩種型式都能滿足水處理與檢驗學會(SWTE)去除賈第蟲的需要，并期望也能去除隱孢子蟲和其它蟲屬。
　　法國大型自來水公司的研究機構在會議上總結了兩項消毒研究。結論實際上是相同的：即膜技術在水工業中將有廣闊的未來。與化學消毒方法相比，膜消毒提供的去除范圍較寬，也不會出現不受歡迎的副產物。但是膜也不是沒有問題，研究者和生產者正在調查象膜表面缺陷、不太成熟的生產技術而引起的滲漏、以及膜和密封裝置的故障等缺點，后消毒可以保護配水系統，而且條件正日趨完善，并使固體顆粒和有機物的去除在各種膜的過濾過程中能更有效地完成。

5、大規模應用

　　美國好萊塢有一個37.5mgd的水處理廠正在改造中。預計完成時此水廠將具備三套系統——石灰軟化和過濾(7.5mgd)、NF(16mgd)、以及RO(14mgd)，三套系統的處理水混合后進入配水系統。
　　目前還有幾項大規模計劃，包括微濾、超濾和毫微濾，以及如何選擇適應于水源特性和由氣候和人口的季節性變化而引起的水質波動的方案。

6、未來的發展

　　國際供水協會的代表在總結6年的生產與應用經驗后說，低壓膜技術在未來的飲用水處理中有著廣闊的前景。目前在法國和世界各地都在建造大型UF處理廠，結合了氧化、活性炭及生物反應器等新技術。膜技術也將應用到污水處理領域。

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本文摘自《科技情報》第96-1期
天津市自來水公司科學技術情報站
1996年4月