胥標，王晶

（1重慶大學城市建設與環(huán)境工程學院 重慶 400045 2重慶市江北嘴中央商務區(qū)開發(fā)投資有限公司 重慶 400024）

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，大量的生活和工業(yè)廢水排入水體，使人類賴以生存的水源日益受到污染。限于經(jīng)濟發(fā)展的水平，系統(tǒng)地改造現(xiàn)有水廠的設施，推廣深度處理工藝以全面提高管網(wǎng)水的水質(zhì)，目前尚難以實現(xiàn)。因此，尋找一種占地面積小、維護管理方便、處理水質(zhì)穩(wěn)定的工藝方法，獲得優(yōu)質(zhì)的飲用水是解決目前我國城市飲水問題的一個重要途徑。膜技術作為飲用水處理的一個獨立工藝，是水處理領域近十年來最重要的技術突破。隨著膜工藝日漸成熟，價格逐年降低，其在未來飲用水處理中具有廣泛的應用前景。

1 膜技術簡介

國際理論與應用聯(lián)合會(IUPAC)將膜定義為“一種三維結(jié)構(gòu)，三維中的一度(如厚度方向)尺寸要比其余兩度小得多，并可以通過多種推動力進行質(zhì)量傳遞”，該定義強調(diào)了維度的相對大小和功能。膜也可以定義為兩個均相之間的一個不連續(xù)區(qū)間，即有選擇性的屏蔽。膜的分離作用也就是借助膜在分離過程中的選擇滲透作用。[1]由于膜與滲透組分之間的物理或化學性質(zhì)的不同，膜可以使某一特定組分更容易通過。

1.1 常用膜技術及特點

按膜孔大小應用于飲用水處理的膜可分為微濾 (MF)、超濾(UF)、納濾(NF)和反滲透(RO)。

（1） 微濾（MF）

微濾是一種以壓力為動力，以濾膜的截留作為基礎的高精密過濾技術。微孔濾膜孔徑范圍一般為0.1～10μm。

微濾膜過濾技術特點是：膜孔徑均一，過濾精度高，濾速快，吸附量少，無介質(zhì)脫落等。

（2） 超濾（UF）

超濾是以壓力為驅(qū)動力，利用超濾膜的高精度截留性能進行固液分離或者使不同分子量物質(zhì)分級的膜分離技術。

超濾技術特點是：在以壓力驅(qū)動的膜過程中，超濾是一種能同時進行濃縮和分離大分子或膠體物質(zhì)的技術。與反滲透相比操作壓力低，設備投資費用和運行費用低。無相變，能耗低，膜選擇性高。

（3） 納濾（NF）

納濾是一種介于反滲透和超濾之間的壓力驅(qū)動膜分離過程。納濾膜對單價離子和分子量低于200的有機物截留較差，而對二價或多價離子及分子量介于200～500之間的有機物有較高脫除率。

（4） 反滲透（RO）

反滲透系統(tǒng)由反滲透裝置及其預處理和后處理三部分組成，是將溶液中的溶劑，在壓力下用一種對溶劑有選擇透過性的半透膜使其進入膜的低壓側(cè)，而溶液中的其它成分被阻留在膜的高壓側(cè)得到濃縮的過程。

反滲透技術特點是：無相變，能耗低，膜選擇性高，裝置結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡便易維修和不污染環(huán)境等。

1.2 分離機理

微濾和超濾過程只是簡單的機械篩分和擴散作用，通常能截留分子量500以上、106以下的膜分離過程稱為超濾；只能截留更大分子（通常被稱為分散顆粒）的膜分離過程被稱為微濾。納濾膜具有離子選擇性，因此分離過程中除了包括物理截流和篩分作用外，靜電相互作用也起到不可估量的作用。在反滲透過程中，占主導地位的分離機理為水優(yōu)先吸附毛細管流動溶解—擴散理論，即溶質(zhì)的滲透分為兩個階段：首先溶質(zhì)被膜吸收或溶解，然后經(jīng)擴散或?qū)α魍ㄟ^膜。

2 膜技術在飲用水處理中的應用

2.1 超濾、微濾技術在飲用水處理中的應用

超濾、微濾技術可有效去除顆粒狀物質(zhì)，包括微生物，如隱胞子蟲、賈第蟲、細菌和病毒，并且通過預處理膜過濾前的混凝或粉末活性炭，可以一定程度地降低消毒副產(chǎn)物前體物濃度和限制消毒過程中氧化劑需求量來減少消毒副產(chǎn)物。張捍民、張威等[2]進行超濾膜去除飲用水中污染物的試驗研究，結(jié)果表明超濾膜能夠有效地去除懸浮固體及膠體，試驗中出水濁度始終保持在0.25NTU以下，并且出水中檢不出細菌。薛罡、趙洪賓等[3]的研究也證明了這一點，并且發(fā)現(xiàn)超濾膜除鐵、錳的效率高，兩者的去除率均達到85%以上。

超濾、微濾技術與反滲透和納濾膜不同，它不需預處理就可直接處理高懸浮固體濃度的原水。處理能力小的凈水廠通常采用單獨的膜組件，而處理能力大的凈水廠（≥1萬立方米/天）通常由框架和共用的附屬設備組成，膜組件的設計隨處理水量的增加而更加優(yōu)化。目前，在美國、英國、日本、法國、荷蘭、澳大利亞和南非等都已相繼建立了生產(chǎn)性的微濾、超濾凈水廠。

2.2 納濾技術在飲用水處理中的應用

納濾膜能有效去除水中致突變物質(zhì)，使Ames試驗陽性水變?yōu)殛幮?，TOC去除率可高達90%。納濾膜還可有效地去除硬度，完全去除色度。有研究表明[5]，納濾膜對于三鹵甲烷前體物(THMFP)、鹵乙酸前體物(HAAFP)和水合氯醛前體物(CHFP)有高去除率，分別為97%、94%和86%。納濾膜對細菌也有很好的去除效果，作為物理消毒以取代常規(guī)化學消毒是可行的。

A Gaid等[4]研究了法國Mery-Sur-Oise水廠納濾工藝的運行效能，結(jié)果表明該工藝對有機物有著很好的去除效果，溶解性有機碳(DOC)平均去除率為60%，農(nóng)藥如莠去津(Atrazine)和西瑪津(Simazine)去除率達90%以上，出水中殘留的微污染物絕大部分低于分析檢測限度。李靈芝等[5][6]研究納濾循環(huán)制水試驗工藝的效果表明，循環(huán)試驗工藝與一段一段納濾工藝相比，在同樣較低的壓力下，出水率較高，并且能耗降低，減少濃水排放。

2.3 反滲透技術在飲用水處理中的應用

反滲透技術為開發(fā)海水、苦咸水資源提供了一種經(jīng)濟有效的途徑。1997年，在我國舟山嵊山建成日產(chǎn)500m3級反滲透海水淡化站，運行結(jié)果表明，反滲透膜元件脫鹽率大于99%，可將含鹽量27000mg/L的海水淡化至200mg/L以下。繼嵊山之后，在遼寧省、浙江省、山東省都相繼建成了幾個大型反滲透海水淡化站。這標志著我國反滲透海水淡化已步入產(chǎn)業(yè)化。2000年9月在河北滄州市建成18000t/d苦咸水反滲透淡化廠，該系統(tǒng)淡水水質(zhì)符合GB5749-85生活飲用水標準，其中溶解固體<500mg/L。

3 膜技術的發(fā)展

3.1 應用前景廣闊

除上述飲用水應用領域外，膜技術還可用于食品、化工、生物制劑、中草藥制劑、飲料、氣體分離和凈化等多種領域。近幾年應用實踐證明，我國膜技術已步入大規(guī)模工業(yè)應用階段，市場潛力很大，應用前景廣闊。

3.2 加強高性能膜和組器開發(fā)

通過國家重點科技項目攻關，國產(chǎn)反滲透、超濾、微濾和納濾膜及組器開發(fā)取得了豐碩成果，部分膜和組器性能達到或接近世界先進水平，但高性能的反滲透和納濾組器與世界先進水平尚有一定差距。所以，近年來大量國外反滲透膜組器涌入國內(nèi)市場。

在當前形勢下，我們應堅持引進、消化吸收和自我開發(fā)并重的原則，大力開發(fā)復合膜用新材料和高性能復合膜成膜工藝，特別要加強高性能卷式和中空纖維反滲透及納濾膜組器開發(fā)。盡快使國產(chǎn)組器全部替代進口膜組器，為國民經(jīng)濟發(fā)展作出更大貢獻。

3.3 加強管理及標準的制定

我國于1986年組織制定了第一個膜法水處理行業(yè)技術標準——電滲析技術。其內(nèi)容包括電滲析術語、離子交換膜、電滲析器、電滲析除鹽工藝、電滲析用于鍋爐給水技術條件等；隨后又制定了電滲析用水鍋爐補給水的標準圖集；近年來又制定了部分反滲透、超濾和微濾行業(yè)技術標準，使我國膜分離技術開發(fā)進入標準化、規(guī)范化管理階段。目前國家有關部門正在著手制定國家膜技術標準。建議加快這些標準的制定，把膜技術生產(chǎn)及應用管理推向更高水平。

4 結(jié)語

膜技術被稱為“21世紀的水處理技術”，在凈水處理中具有廣闊的應用前景，但大規(guī)模的應用還有一段時間。就目前而言，膜處理工藝較適合于小水量的凈水廠。但隨著膜工藝的日趨成熟，新膜的不斷開發(fā)必將促進膜處理在凈水處理中更廣泛的應用，再加上其價格逐年降低，必將成為未來飲用水處理中最重要、最有效的處理技術。

[1]顧國維，何義亮.膜生物反應器一在污水處理中的研究和應用[M].北京:化學工業(yè)出版社，2002.

[2]張捍民，張威，王寶貞.膜技術處理飲用水的研究[J].給水排水，2002，28(3).

[3]薛罡，趙洪賓，魏希柱等.超濾膜在制酒原水制備中的應用[J].給水排水，1999，25(12).

[4]A Gaid， G Bablon， G Turner， J Franchet， J C Protais.Performance of 3 year’s of nanofiltration plants.Water Supply，1999，17(1):65～74.

[5]李靈芝，張淑琪，王占生.納濾 (NF)膜在飲用水處理中的應用[J].給水排水，1997，23(5).

[6]李靈芝，李建渠，周蓉，等.納濾(NF)膜制取飲用水的研究[J].水處理技術，1998，24(2).