直接饮用水系统中超滤技术及组合处理工艺

摘 要：在当前饮用水水源水质恶化且在长期内仍难以根本改善的状况下，成为当今我国水处理研究者亟需解决的关键问题。膜技术及以膜单元为核心的组合处理工艺效果显著，为解决上述问题的提供了一条可行途径。

关键词： 超滤膜 饮用水 粉末活性炭

中图分类号：TU991文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）05（c）-0000-00

1 水处理工艺现状及

1.1 我国饮用水现状

在中国，每年有1.9亿人患病、6万人死于水污染引起的疾病（比如肝癌和胃癌）；大约有3亿人面临饮用水短缺。在2009年一项全国范围内的评估中，受调查的4000个城市水处理厂里有四分之一不符合质量控制要求，这引发了公众对于饮用水安全的担忧。更令人担忧的是几乎一半的水源都已被污染，例如水井和含水层都被化肥农药的残留物和重金属污染。在2011年的全国评估中，包括北京、上海和广州的9个省、自治区和直辖市的800多口监测井中超过四分之三（76.8%）都不符合地下水饮用水水源标准[1]。

2 超滤技术

超滤膜多数为非对称膜，由一层极薄（通常仅0.1-1?m）的具有一定孔径的表皮层和一层较厚（通常为125?m）的具有海绵状或指状结构的多孔层组成，前者主要起筛分作用，后者主要起支撑作用。

2.1 超滤原理

超滤膜筛分过程介于微滤和纳滤之间，以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当原液流过膜表面时，超滤膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液，而原液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧，成为浓缩液，因而实现对原液的净化、分离和浓缩的目的。

2.2 超滤技术优点

超滤技术是近年来在水处理领域的新技术，与传统工艺相比，超滤膜应用于水处理具有以下突出的优势：超滤膜出水水质稳定，几乎不受原水水质影响，膜出水浊度通常低于 0.1NTU；超滤膜出水微生物安全性高，超滤可完全截留水体中的贾第虫、隐孢子虫、细菌、病毒等；消毒副产物生成量低；超滤水厂供水规模灵活，仅需要增减超滤膜组件即可，适用于任何规模供水量的净化处理；

3 活性炭-超滤组合工艺

3.1 活性炭-超滤工艺

活性炭-超滤组合工艺主要分为两个部分，粉末活性炭与反应区和膜分离系统。原水首先进入粉末活性炭反应区进行预吸附，然后进入膜分离系统进行固液。粉末活性炭反应池分为两段，每段停留时间为20min。粉末活性炭在药箱内配制一定的浓度的药液后，由加药泵连续加入活性炭反应池，通过机械搅拌与原水进行充分的混合。

有研究表明，粉末活性炭-超滤组合工艺（PAC/UF工艺）的优点是把PAC对低分子有机物的吸附作用和UF对大分子有机物及细菌等病原微生物的筛分作用很好地结合在一起，大大提高了有机物的去除率，降低膜过滤阻力，提高透水通量和防止膜污染。Takizawa S等人的研究表明，直接超滤工艺对色度和腐殖酸的去除率分别为60%和40%，对酚则没有去除效果；而投加50mg/L的PAC时，色度、腐质酸、酚的去除率分别到达了96%、89%、97%；在PAC投加量小于20mg/L时，对膜通量没有影响[2].

3.2 活性炭-超滤工艺重点

PAC-UF系统中活性炭的吸附性能受很多因素影响，影响因素包括反冲洗

频率、反应器大小及形状、过滤模式（错流操作或死端操作）、活性炭投加方

式等[3-4]。活性炭的投加方式有两种：连续投加和一次性投加。当粉末活性炭连续投加到超滤膜原水中时，由于吸附反应时间较短，活性炭表面负荷小，为了获得较好的处理效果，就需要增加活性炭的投加量；当活性炭一次性投加时，对所有的炭粒来说，吸附反应时间都相同，而且等同于过滤周期，这样活性炭表面负荷会相应增大，膜出水水质得到改善。

3.3 超滤在饮用水处理中的研究进展

超滤对水中的有机污染物也有一定的去除效果，但是去除效果不是很理想。MariaTomaszewska[5]等人研究发现MWCO（截留分子量）为70kDa（分子量）的UF膜对色度的去除率可达60%，对腐殖酸的去除率可达40%。超滤工艺能有效去除水中的细菌、贾第虫、隐抱子虫等病原微生物。王锦[6]等人也通过研究发现，当原水细菌总数为数10cfu时，渗透液细菌总数为0cfu；当原水细菌总数为55-1500cfu/mL时，过滤出水的细菌总数为1-3cfu/ml，去除率在99%以上。

4 未来展望

超滤技术具有较好的综合处理效果，在原水水质比较复杂的地区显得更为适用。虽然超滤技术还存在着膜易污染、运行成本较高等问题，但随着新型超滤膜材料的研制开发、超滤膜价格的下降和膜污染防治技术的研究，超滤技术将成为最具发展前景的饮用水处理技术之一。

参考文献

[1] Ministry of Water Resources of the People’s Republic of China China Water Resources Bulletin 2011 （China Water & Power Press， 2012）

[2] Yu M，Takizawa S，et al.Evaluation of PAC behavior and fouling formation in an integrated PAC-UF membrance for surface water treatment[J].Desalination，2006， 192（1-3）：54～62

[3] Y. Matsui， A. Yuasa， K. Ariga. Removal of a Synthetic Organic Chemical by PAC-UF Systems I： Theory and Modeling[J].Wat.Res，2001， 35（2）：455～463

[4] Y. Matsui， A. Yuasa， K. Ariga. Removal of a Synthetic Organic Chemical by PAC-UF SystemsⅡ： Theory and Modeling[J]. Wat.Res，2001， 35（2）：464～470

[5] S.Mozia，M.Tomaszewska.Treatment of Surface Water Using Hybrid Processes-Adsorption on PAC and Ultrafiltration[J]. Desalination，2004， 162：23～31

[6] 王锦，王晓昌，何自琦.超滤膜直接过滤水处理试验研究[J].西安建筑科技大学学报，2001，33（l）：51～55