（土木工程专业论文）微滤膜在饮用水深度处理中的应用研究.pdf

摘要 摘要 本论文针对自来水出水有机物偏高的问题，研究了微滤芯+颗粒活性炭柱 +中空纤维微滤膜工艺对自来水进行深度处理的效果和有机物对膜污染的特 点;探讨了以上工艺作为反渗透和纳滤膜预处理工艺的可行性及有机物对纳滤 膜的污染机理口通过试验研究，得到了如下结论: l .微滤芯 ( 5 u)+颗粒活性炭柱+中空纤维微滤膜 ( 0 . 1 u)的组合工艺 对自 来水水质有较好的改善作用，出 水水质满足2 0 0 1 年9 月颁布的 i i : r饮用 水水质卫生标准 。 2 自来水直接通过中空纤维微滤膜过滤时，分子量小于 l k的有机物会造 成膜的污染，而自来水经过颗粒活性炭预处理后，山于活性炭对分子量小于 l k 的有机物的大量去除，防止了这部分有机物对膜的污染。 3 .回收率过高会造成反渗透膜和纳滤膜通量下降速度加快、寿命缩短和浓 水处置复杂程度的升高。和反渗透膜相比，纳滤膜以其高通量、对有机物的高 效去除和对无机离子的有效保留的特点更适用于饮用水的深度处理。 4 ，自 来水直接经过纳滤膜过滤时，随着回收率的升高，造成膜污染的有机 物向小分子方向发展;在回收率一定的情况下，随着装置的运行，造成膜污染 的有机物也会向小分子方向发展。与中空纤维微滤膜相比，山于膜性质不同， 分子量小于l k的有机物没有造成纳滤膜的污染。 5 .有机物是导致反渗透膜或纳滤膜预处理不达标的主要原因，微滤芯+颗 粒活性炭杜+中空纤维微滤膜的预处理出水 fl值在 5以下，保证了反渗透或纳 滤膜长期高通量运行。而且在预处理后增设一个取水口，用户可以根据不同用 途选择不同的出水口。 关键词:膜分离，颗粒活性炭，有机物分子量分布，膜污染，饮用水深度处理 ab s t r a c t ab s tr act t h e e f f e c t o f h y b r i d m e m b r a n e p r o c e s s ( 5 n m i c r o - f i l t r a t i o n c o r e + g a c + 0 . 1 u h o l l o w f i b e r m i c r o - f i l t r a t i o n m e m b r a n e ) o n t a p w a t e r a d v a n c e d t r e a t m e n t a n d o r g a n i c s c h a r a c t e r o n m e m b r a n e f o u l i n g w e r e d i s c u s s e d . t h e f e a s i b i l i t y o f t h e h y b r i d m e m b r a n e p r o c e s s a s r o / n f p r e t r e a t m e n t p r o c e s s a n d t h e m e c h a n i s m o f o r g a n i c o n n f f o u l i n g w e r e s t u d i e d i n t h i s d i s s e r t a t i o n . t h r o u g h e x p e r i m e n t s , t h e c o n c l u s i o n s a r e a t t a i n e d a s f o l l o ws : 1 . t h e h y b r i d m e m b r a n e p r o c e s s i s e f f i c i e n t o n t a p w a t e r t r e a t m e n t a n d t h e o u t p u t w a t e r q u a l i t y c o u l d m e e t t h e r e q u i re m e n t o f s a n i t a r y s t a n d a r d f o r d r i n k i n g wa t e r q u a l i t y t h a t w a s i s s u e d f o r e n f o r c e m e n t i n s e p t e m b e r 2 0 0 1 . 2 . wh e n t a p w a t e r i s f i l t e r e d b y h o l l o w f i b e r m i c r o - f i l t r a t i o n m e m b r a n e d i r e c t l y , t h e h o l l o w f i b e r m e m b r a n e i s f o u l e d b y t h e o r g a n i c s w h i c h i t s mwc i s l o w e r t h a n 1 k . t h e h o l l o w f i b e r m e m b r a n e w o n t b e f o u l e d b y t h i s r a n g e o f o r g a n i c s b e c a u s e t h i s f r a c t io n i s a b s o r b e d e f f i c i e n t l y b y g a c . 3 . t h e lo w fl u x , s h o r t l i f e a n d t h e c o m p le x i n t h e t r e a t m e n t o f c o n c e n t r a t e w a t e r c o u l d b e c a u s e d b y h i g h r e c o v e r y r a t e o f r o / n f m e m b r a n e . c o m p a r i n g w i t h r o m e m b r a n e , n f m e m b r a n e i s m o r e a v a i l a b le f o r t h e a d v a n c e d t r e a t m e n t o f d r i n k i n g w a t e r a s i t s h i g h fl u x , e f f i c i e n t r e m o v a l t o o r g a n ic s a n d c e r t a i n p r e s e r v a t i o n o f mi n e r a l ma t t e r . 4 . wh e n t a p w a t e r i s f i l t e r e d b y n f m e m b r a n e d i r e c t l y , w i t h t h e e l e v a t i o n o f r e c o v e r y r a t e , t h e o r g a n i c s w h i c h c a u s e d t h e n f m e m b r a n e f o u l i n g w i l l e x p a n d t o t h e l o w mwc o r g a n i c s . t o a c e rt a i n r e c o v e r y r a t e , t h e o r g a n i c s t h a t c a u s e d n f m e m b r a n e f o u l i n g w i l l e x p a n d t o t h e lo w mwc w i t h t h e f u n c t i o n o f t h e p r o c e s s a s w e l l . c o m p a r i n g w i t h t h e h o l l o w f i b e r m ic ro - f i l t r a t i o n m e m b r a n e , n f m e m b r a n e w o n t b e f o u l e d b y o r g a n i c s w h i c h i t s mwc i s l o w e r t h a n l k b e c a u s e o f d i f f e r e n t me mb r a n e c h a r a c t e r s . 5 . o r g a n i c s i s t h e m a i n re a s o n t h a t t h e p r e t r e a t m e n t o f r o / n f m e m b r a n e c o u l d n t m e e t t h e r e q u i r e m e n t . t h e h y b r i d m e m b r a n e p r o c e s s a b o v e d i s c u s s e d a s ab s t r a c t p r e t r e a t m e n t p r o c e s s , w h i c h f l i s l o w e r t h a n 5 c o u l d e n s u r e r o / n f t o r u n w i t h h i g h f l u x f o r a l o n g t i m e . mo r e o v e r , t h e r e i s o n e m o re f a u c e t a f te r p r e t r e a t m e n t a n d u s e r s c o u l d c h o o s e d i f f e r e n t f a u c e t a c c o r d i n g t o d i f f e r e n t u s e . k e y wo r d s : m e m b r a n e , g a c , d i s t r i b u t i o n o f o r g a n i c m o le c u l a r w e i g h t , m e m b r a n e f o u l i n g , a d v a n c e d t r e a t m e n t o f d r i n k i n g w a t e r 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容:按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本; 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、 数字化或其它手段保存论文; 学校有权提供目 录检索以及提供 本学位沦文全文或者部分的阅览服务; 学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交沦文的复印件和电子版; 在不以赢利为 ! 的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学 位 论 文 作 者 签 名 : 絮 寿 7 . o o y 年 多 月 ?日 冬 经指导教师同意 本 学 位 论 文 属 秘密 ， 在 年解密后适用 本授权书。 指导教师签名:邢 誓 介 2 , 月 学位论文作者签名: y a v s年 了月 a 洽 夕日 日 。了了产1. 同济大学学位论文原创性声明 木人郑重声明: 所呈交的学位论文， 是木人在导 师指导 卜 ， 进行 研究工作所取得的成果。 除文中已 经注明引用的内容外， 本学位论文 的研究成果不包含仟何他人创作的、 己公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体， 均已在文中以明确方式标明。 本学位论文原创性声明的法律责任 山本人承担。 签名: a a s年3月 、军 寿 于 i i 第 1 章 绪论 第 1 章 绪论 1 . 1饮用水水源的污染及优质饮用水 随着工业的发展，饮用水水源的不断被污染，自7 0 年代起，饮用水中有机 污染物的种类急剧增加。 美国1 9 8 2 年的调查表明， 世界范围内饮用水中已出 现 7 6 5 种合成有机化合物， 其中1 1 7 种是属于致癌的或有关致癌的物质p l随着检 测分析技术的提高和环境污染的加重，饮用水中有机物检出量还会增加。 然而，目 前我国自 来水厂 9 9 %以上仍采用混凝一沉淀一过滤的常规处理工 艺，这种传统工艺以去除水中浊度、悬浮物、胶体、色度等为目的，对水中的 有机物尤其是溶解性有机物去除能力很低。而且在氯化消毒过程中，氯和水中 的有机物反应产生三卤甲烷 ( t h ms )和其它卤化副产物，如卤乙酸、卤乙睛、 三氯丙酮、氯酚等等，这些卤 代有机化合物中有许多是致癌物或诱变剂，且在 较高浓度时有毒性。 由于常规工艺的局限性，难以保证生活饮用水的水质安全。因此，随着人 们对饮用水健康要求的不断提高，水质标准的不断完善，必须提出优质饮用水 的概念并寻找一个全面的措施来提高饮用水水质，真正保障居民的用水安全。 所谓优质饮用水，它的概念和含义是随着人们生活水平的提高和科学的进 步不断发展的。目 前而言，主要包含三方面的内容:一是去除了水中的病毒、 病原菌、病原微生物的卫生安全的饮用水:二是去除了水中多种多样的污染物， 特别是重金属和微量有机污染物等对人体有慢性、急性危害作用的污染物质， 以保证饮用水的化学安全性;三是在上述的基础上尽可能保持一定含量人体健 康所必需的矿物质和微量元素12 1 要得到优质的饮用水，必须采用先进的、完善的水处理工艺来改善和革新 常规工艺或在用户端增加饮用水深度处理设备。目 前出现了许多形式的饮用水 深度处理技术，如膜技术、臭氧一 活性炭、高级氧化等等。 其中膜技术以 其自 身 的优越性，受到了各国的高度重视， 被美国环保总局推荐为受污染水源水、消 毒副产物控制的 最佳技术之一。 同时膜技术也被誉为 “ 2 1 世纪的水处理技术” 13 1 膜法饮用水处理的特点、膜污染机理的研究以 及膜技术和其它水处理工艺的联 第 1 章 绪论 第 1 章 绪论 1 . 1饮用水水源的污染及优质饮用水 随着工业的发展，饮用水水源的不断被污染，自7 0 年代起，饮用水中有机 污染物的种类急剧增加。 美国1 9 8 2 年的调查表明， 世界范围内饮用水中已出 现 7 6 5 种合成有机化合物， 其中1 1 7 种是属于致癌的或有关致癌的物质p l随着检 测分析技术的提高和环境污染的加重，饮用水中有机物检出量还会增加。 然而，目 前我国自 来水厂 9 9 %以上仍采用混凝一沉淀一过滤的常规处理工 艺，这种传统工艺以去除水中浊度、悬浮物、胶体、色度等为目的，对水中的 有机物尤其是溶解性有机物去除能力很低。而且在氯化消毒过程中，氯和水中 的有机物反应产生三卤甲烷 ( t h ms )和其它卤化副产物，如卤乙酸、卤乙睛、 三氯丙酮、氯酚等等，这些卤 代有机化合物中有许多是致癌物或诱变剂，且在 较高浓度时有毒性。 由于常规工艺的局限性，难以保证生活饮用水的水质安全。因此，随着人 们对饮用水健康要求的不断提高，水质标准的不断完善，必须提出优质饮用水 的概念并寻找一个全面的措施来提高饮用水水质，真正保障居民的用水安全。 所谓优质饮用水，它的概念和含义是随着人们生活水平的提高和科学的进 步不断发展的。目 前而言，主要包含三方面的内容:一是去除了水中的病毒、 病原菌、病原微生物的卫生安全的饮用水:二是去除了水中多种多样的污染物， 特别是重金属和微量有机污染物等对人体有慢性、急性危害作用的污染物质， 以保证饮用水的化学安全性;三是在上述的基础上尽可能保持一定含量人体健 康所必需的矿物质和微量元素12 1 要得到优质的饮用水，必须采用先进的、完善的水处理工艺来改善和革新 常规工艺或在用户端增加饮用水深度处理设备。目 前出现了许多形式的饮用水 深度处理技术，如膜技术、臭氧一 活性炭、高级氧化等等。 其中膜技术以 其自 身 的优越性，受到了各国的高度重视， 被美国环保总局推荐为受污染水源水、消 毒副产物控制的 最佳技术之一。 同时膜技术也被誉为 “ 2 1 世纪的水处理技术” 13 1 膜法饮用水处理的特点、膜污染机理的研究以 及膜技术和其它水处理工艺的联 第 1 章 绪论 合使用都吸引了许多研究人员的注意，值得进一步考察和研究。 1 . 2膜分离技术概述 膜分离系指在某种推动力作用下，利用特定膜的透过性能，达到分离水中 离子或分子以 及某些微粒的目 的4 ) 。 用于饮用水深度处理的 膜可以 分为四 类， 即 微滤膜 ( mf ) 、超滤膜 ( u f ) 、纳滤膜 ( n f )和反渗透膜 ( r o) 。这四种膜组成 了 一 个可 分 离 从离 子到 微 粒的 膜分 离过 程。 图 1 . 1 15 1表示了 这四 种膜 特点 及 分离 范围。 孔径 1 0 - i 0 m i 0 0 1 1 a 21 0 a 2 0 5 0 1 0 i1 i.1i m1 一 ， a 2 0 0 5 0 0 t o 11!一 ，c m l a 林团加日 刀】1 . i.i 。 n1 m 2 1 0 )i . i一 e m 1 um i 分离对象 nai i )t t 0 夕， )洲 - c gl t ) x- x ,o p .p舒 r yp二 君 、 洲 曰 。 i “ 密 】 分离法 ! ll一ll 1 拍 ”m f ) 气 比 。 离 二恤 ， 自及 n il f (r . ) 分离膜 的种类 l一 ， 时 六 化 .1 d ifi 巴 。 1 1 u i m a n i _j m7yn01 rofr -,- iem 图1 . 1压力驱动膜分离范围 膜工艺与 其他分离技 术相比 较， 应用于 给水领域有以 下 几个优点 (s ( . 1 )出 水水质稳定， 受进水水质波动的 影响小。 2 )出 水生 物稳定 性好。 由 于 膜可以 完全地 截留 微生 物， 起到消毒作用， 既 保证了出水的卫生安全性，同时又减小了管网的二次污染。 3 )能 够减少混 凝剂和消毒 剂投加量， 减少消毒副产 物的 产生。 4 )膜分离 工艺以 组 件的 形 式构成， 可以 适应不同 生 产能 力的需 要， 而且 会 使水厂的用地大大减少; 膜分离是一种相当简单的分离工艺， 操作维护 方便，易于实现自 动化控制。 第 1 章 绪论 合使用都吸引了许多研究人员的注意，值得进一步考察和研究。 1 . 2膜分离技术概述 膜分离系指在某种推动力作用下，利用特定膜的透过性能，达到分离水中 离子或分子以 及某些微粒的目 的4 ) 。 用于饮用水深度处理的 膜可以 分为四 类， 即 微滤膜 ( mf ) 、超滤膜 ( u f ) 、纳滤膜 ( n f )和反渗透膜 ( r o) 。这四种膜组成 了 一 个可 分 离 从离 子到 微 粒的 膜分 离过 程。 图 1 . 1 15 1表示了 这四 种膜 特点 及 分离 范围。 孔径 1 0 - i 0 m i 0 0 1 1 a 21 0 a 2 0 5 0 1 0 i1 i.1i m1 一 ， a 2 0 0 5 0 0 t o 11!一 ，c m l a 林团加日 刀】1 . i.i 。 n1 m 2 1 0 )i . i一 e m 1 um i 分离对象 nai i )t t 0 夕， )洲 - c gl t ) x- x ,o p .p舒 r yp二 君 、 洲 曰 。 i “ 密 】 分离法 ! ll一ll 1 拍 ”m f ) 气 比 。 离 二恤 ， 自及 n il f (r . ) 分离膜 的种类 l一 ， 时 六 化 .1 d ifi 巴 。 1 1 u i m a n i _j m7yn01 rofr -,- iem 图1 . 1压力驱动膜分离范围 膜工艺与 其他分离技 术相比 较， 应用于 给水领域有以 下 几个优点 (s ( . 1 )出 水水质稳定， 受进水水质波动的 影响小。 2 )出 水生 物稳定 性好。 由 于 膜可以 完全地 截留 微生 物， 起到消毒作用， 既 保证了出水的卫生安全性，同时又减小了管网的二次污染。 3 )能 够减少混 凝剂和消毒 剂投加量， 减少消毒副产 物的 产生。 4 )膜分离 工艺以 组 件的 形 式构成， 可以 适应不同 生 产能 力的需 要， 而且 会 使水厂的用地大大减少; 膜分离是一种相当简单的分离工艺， 操作维护 方便，易于实现自 动化控制。 第 1 章 绪论 由于膜技术本身所具有的优点，加之由于材料科学的发展带来的膜成本的 降低，使得膜技术在食品、医药、化学工业及环境领域中的应用得到了越来越 广泛的重视。在给水处理领域，膜技术被认为是能够达到高质量和高可靠性的 传统给水工艺的替代工艺之一。 1 . 3 微滤膜在饮用水深度处理中的应用研究 微孔过滤是一种精密过滤技术，是以 压力为推动力，利用膜的 “ 筛分”作 用进行分离的膜过程。其过滤精度在0 . 1 - 2 0 u m ,截留粒径0 . 1 11 m以 上的悬浮 物、 个体较大的微生物、菌类、大分子有机物、 胶团等。其特点是孔径大，孔 径较均匀、 孔隙率高， 阻力小， 过滤速度快， 气、 水通量大7 l 。 但是， 微滤膜对 有机物的去除效率不高，因此应用微滤膜对饮用水进行深度处理时，应考虑和 其他工艺相结合。 1 9 8 7 年， 美国的 科罗拉多州的k e y s t o n e 建成世界上第一个膜分离水厂，水 量为1 0 5 m 沁， 为0 .2 t 1 m孔 径的聚丙 烯中 空纤维 微滤膜。目 前世界 上最 大规模 的 微滤膜分离净水厂就是位于美国 加州s a n j o s 。 的s a r a to g a 水厂，处理能力1 . 9 万m 加， 使用0 .2 11 m孔径的中空纤维膜， 1 9 9 4 年2 月投产。 水厂运行结果表明， 虽然原水中的浊度变化很大，最低时小于1 n t u ,最大时大于2 5 0 n t u ，但出水 浊 度一 直保 持 在0 .0 5 n t u以 下 s 1 。 美国 好 莱 坞 水 库需 要增设 水 处理工 艺 对其 储 存的水进行深度处理，考察了微滤技术，认为是可行的。出水浊度平均小于 0 .0 4 n t u ， 对贾第虫的 对数去除率大于3 ， 对隐 抱子虫的 对数去除率大于2 5 1 0 加 拿大的c o l l i n g w o o d 水 厂是 应用的z e n o n 公司的z e e w e e d 淹没式微滤 膜。 z e e w e e d是耐氧腐蚀的微滤膜，其标定孔径为 0 . 1 a m ，为强的中空纤维膜。 c o l l in g w o o d 水 厂 采 用 预氛 化 后 直 接过 滤的 运 行方 式， 取 得了良 好的 运 行效果。 加拿大的另 一家r o t h e s a y 水厂则 采用z e e w e e d 与 氧 化联用去除 铁和锰， 不用复 杂的工艺就能将含锰变动大( 最高1 .5 m g / l ) 的原水经过滤后使出 水含锰降至0 .0 2 m g / l 9 l 。 许 多 研 究 表 明 ， 处 理 能 力 低 于2 0 0 0 0 m 3 / d 的 小 型 净 水 厂 膜 工 艺 的 净 水 成 本与 常 规饮用水处 理工艺 相当 或更 低 o l l i l c .a n s e l m e等人提出了 将一定量( 6 - 1 5 m g / l ) 的粉末活性炭( p a c ) 投加到 或mf 膜装置的循环水流中， 组成吸附一固液分离工艺流程来处理饮用水。 of p ac 可有效吸附水中 低分子量的有机物， 使溶解性有机物转移至固相， 再利用o f 膜 或m f 膜 截留 去除 微粒的 特性， 可 将低分子 量的 有机 物从 水中 去除 1 2 1 . l a i n e 等 第 1 章 绪论 由于膜技术本身所具有的优点，加之由于材料科学的发展带来的膜成本的 降低，使得膜技术在食品、医药、化学工业及环境领域中的应用得到了越来越 广泛的重视。在给水处理领域，膜技术被认为是能够达到高质量和高可靠性的 传统给水工艺的替代工艺之一。 1 . 3 微滤膜在饮用水深度处理中的应用研究 微孔过滤是一种精密过滤技术，是以 压力为推动力，利用膜的 “ 筛分”作 用进行分离的膜过程。其过滤精度在0 . 1 - 2 0 u m ,截留粒径0 . 1 11 m以 上的悬浮 物、 个体较大的微生物、菌类、大分子有机物、 胶团等。其特点是孔径大，孔 径较均匀、 孔隙率高， 阻力小， 过滤速度快， 气、 水通量大7 l 。 但是， 微滤膜对 有机物的去除效率不高，因此应用微滤膜对饮用水进行深度处理时，应考虑和 其他工艺相结合。 1 9 8 7 年， 美国的 科罗拉多州的k e y s t o n e 建成世界上第一个膜分离水厂，水 量为1 0 5 m 沁， 为0 .2 t 1 m孔 径的聚丙 烯中 空纤维 微滤膜。目 前世界 上最 大规模 的 微滤膜分离净水厂就是位于美国 加州s a n j o s 。 的s a r a to g a 水厂，处理能力1 . 9 万m 加， 使用0 .2 11 m孔径的中空纤维膜， 1 9 9 4 年2 月投产。 水厂运行结果表明， 虽然原水中的浊度变化很大，最低时小于1 n t u ,最大时大于2 5 0 n t u ，但出水 浊 度一 直保 持 在0 .0 5 n t u以 下 s 1 。 美国 好 莱 坞 水 库需 要增设 水 处理工 艺 对其 储 存的水进行深度处理，考察了微滤技术，认为是可行的。出水浊度平均小于 0 .0 4 n t u ， 对贾第虫的 对数去除率大于3 ， 对隐 抱子虫的 对数去除率大于2 5 1 0 加 拿大的c o l l i n g w o o d 水 厂是 应用的z e n o n 公司的z e e w e e d 淹没式微滤 膜。 z e e w e e d是耐氧腐蚀的微滤膜，其标定孔径为 0 . 1 a m ，为强的中空纤维膜。 c o l l in g w o o d 水 厂 采 用 预氛 化 后 直 接过 滤的 运 行方 式， 取 得了良 好的 运 行效果。 加拿大的另 一家r o t h e s a y 水厂则 采用z e e w e e d 与 氧 化联用去除 铁和锰， 不用复 杂的工艺就能将含锰变动大( 最高1 .5 m g / l ) 的原水经过滤后使出 水含锰降至0 .0 2 m g / l 9 l 。 许 多 研 究 表 明 ， 处 理 能 力 低 于2 0 0 0 0 m 3 / d 的 小 型 净 水 厂 膜 工 艺 的 净 水 成 本与 常 规饮用水处 理工艺 相当 或更 低 o l l i l c .a n s e l m e等人提出了 将一定量( 6 - 1 5 m g / l ) 的粉末活性炭( p a c ) 投加到 或mf 膜装置的循环水流中， 组成吸附一固液分离工艺流程来处理饮用水。 of p ac 可有效吸附水中 低分子量的有机物， 使溶解性有机物转移至固相， 再利用o f 膜 或m f 膜 截留 去除 微粒的 特性， 可 将低分子 量的 有机 物从 水中 去除 1 2 1 . l a i n e 等 第 1 章 绪论 提出将颗粒活性炭与 o f膜组合，利用颗粒活性炭去除低分子量的溶解性有机 物， 利用o f 膜来去除浊度和细菌， 实验证明， 这种组合也可以有效提高出水水 质 113 1 日本厚生省领导下进行的 “ ma c 2 1 ” 项目， 从 1 9 9 4 年开始的第二个三年计 划中，研究了微滤膜和超滤膜与活性炭吸附、臭氧氧化和生物预处理组成的深 度处理系统进行研究试验，其中，mf / u f 深度处理系统去除水中污染物效果如 表1 . 1 所示。 除此之外日木还采用mf . o f 工艺改造旧的自来水净化工艺， 可使 混凝剂用量降 至原用量的1 / 3 以 下， 且出 水有机物浓度有明显降 低1 1 4 1 表1 . 1 mf / u f 深度处理系统去除水中 污染物效果 处理系统色度 ( 度) t o c ( m g / l )t h m f p( 1 1 g 几) 原水出水原水出水原水出水 混凝+ p a c + mf 1 8 0 . 12 . 4 40 . 7 93 71 5 混凝+ 臭氧+ p a c + mf 1 80 . 12 . 4 40 . 9 43 71 3 2 . 51 . 03 51 4 顶过滤+ 臭氧+ g a c 2 50 u f + 臭氧+ g a c 1 6 . 50 . 12 . 50 . 53 86 生物预处理+ o f 十 g a c 212 . 50 . 54 39 w a t a r u n i s h ij i m a 等人采 用将 臭氧 一生 物活性炭置 于m f 膜之前 进行臭 氧 一 生物活性炭-mf 工艺处理富营养化湖水试验研究。 结果表明， 臭氧能将难降解 的有机物转化为易于降解的有机物，而且能将非溶解性有机物氧化为溶解性有 机物， 为生物活性炭所吸附， 大大降低了有机物对m f 膜的负荷， 使m f 膜工作 周 期大 为 增 加， 反 冲 洗 次 数 减少 1 5 1 国内 供水领域首家大规模应用m f 工艺的工程是顺德市五沙水厂扩建工程。 此水厂原产水量5 0 0 0 m 3 / d ， 扩建时产水量增加 1 倍，由 于场地限制无法再建砂 滤池，因此选择了mf 代替砂滤。投产两年来，出水浊度保持在0 . 5 n t u以下， 其他水质指标也都符合 饮用水水质指标。 m f 一次性投资比 砂滤高3 8 % 左右， 运 行费 用高2 4 % 左右，但 m f产水水质稳定，明显优于砂滤，且占 地省易实 现自 动 控 制 16 1 董秉直等人采用绕线过滤器 ( 1 0 1 m )+ 颗粒活性炭+ 聚丙 烯睛 ( p a n ) 中 空纤维超滤膜工艺对自 来水进行深度处理。结果表明，工艺自动化程度高，运 行 稳 定， 出 水 水质 满 足 饮用 净 水 上海 地 方标 准 ( d b 3 1 / 1 9 7 - 1 9 9 7 ) 。 东 丽公 司 开 发 的】 a n 超滤膜工艺系统不仅能有效地去除细菌、 浊度， 对有机物也有一定的去除 效 果 117 1 第 1 章 绪论 莫摧、 黄霞使用孔径为0 . 1 u m的中空纤维微滤膜对微污染原水 ( c o d m 。 为 2 -7 m g / l , 浊度 6 n t u ) 进行直接过滤，出水浊度 4 0 % 1 1 . 张捍民以自 来水为主体，投加一定量苯酚及生活污水配置成微污染源水， 对颗粒活性炭一淹没式中空纤维膜工艺进行了研究，结果发现两工艺联合可以 充分发挥各自 的优点，同时弥补对方的不足.单用淹没式中空纤维膜过滤装置 过滤去除有机物能力不足，而颗粒活性炭一淹没式中空纤维膜工艺对高锰酸钾 盐指数平均去除率达到 6 9 .0 5 %,颗粒活性炭有效地提高了系统有机物的去除能 力;颗粒活性炭中吸附截留的有机物成为细菌滋生的温床，使出水细菌总数增 加，中空纤维膜过滤装置可靠的消毒性能弥补了 这项不足 1 9 王琳等人将膜工艺和臭氧活性炭工艺相组合，臭氧一生物活性炭之前，先 经m f 过滤，去除能被臭氧氧化的固体颗粒状有机物，减轻b a c的有机负荷， 再对b a c出水进行o f 过滤，能有效防止由b a c表面脱落的微生物进入水中， 有 效 地 去除 水中 的 有 机 污 染 物， 去 除 率为6 0 - 8 0 % , c o d , 。 值 全部 在1 .2 - - 1 .7 m 留 l 之间，能确保出水水质。一家应用此工艺的水厂己于1 9 9 7 年7 月投产，运行效 果良 好，能有效地去除水源中的有机污染物的浊度、色度。由 于加设了膜系统， 使出 水中的 有机物、 细菌、病毒均能 达到国 家饮用水标准2 0 北京燕山 石化化工区生 活给水处理厂选用直接经活性炭过滤去 除水中的 污 染物，然后经膜过滤去除水中的病原寄生虫、病原菌、病毒等微生物。该厂 二 1 9 9 9年进行的中试实验结果表明此工艺对有机物、浊度、氯仿、微生物等都有 良 好的去除效果，出 水完全满足饮用水标准12 1 气 1 . 4微滤膜在反渗透、纳滤预处理中的应用研究 目 前世界最大的反渗透苦咸水淡化装置为位于美国亚利桑拿州的日 产水量 为2 8 万吨的运河水处理厂，最大的纳滤脱盐软化装置位于美国佛罗里达州，日 产水量为3 . 8万吨。 在国外，1 0 0 0 -1 0 0 0 0吨/ 小时 规模的 超大型反渗透或纳滤 装置多 用于城市供水系统， 而国内 在饮用水用途的反渗透装置还都是数十吨/ 小 时以 下的中、小规模。随着经济发展和膜技术的普及，这一领域的应用前景很 大。 值得注意的是，反渗透、纳滤系统对原水的预处理有它的特定的要求。由 于原水的种类繁多， 其成分也非常复杂， 针对原水水质情况及r o系统回收率等 第 1 章 绪论 莫摧、 黄霞使用孔径为0 . 1 u m的中空纤维微滤膜对微污染原水 ( c o d m 。 为 2 -7 m g / l , 浊度 6 n t u ) 进行直接过滤，出水浊度 4 0 % 1 1 . 张捍民以自 来水为主体，投加一定量苯酚及生活污水配置成微污染源水， 对颗粒活性炭一淹没式中空纤维膜工艺进行了研究，结果发现两工艺联合可以 充分发挥各自 的优点，同时弥补对方的不足.单用淹没式中空纤维膜过滤装置 过滤去除有机物能力不足，而颗粒活性炭一淹没式中空纤维膜工艺对高锰酸钾 盐指数平均去除率达到 6 9 .0 5 %,颗粒活性炭有效地提高了系统有机物的去除能 力;颗粒活性炭中吸附截留的有机物成为细菌滋生的温床，使出水细菌总数增 加，中空纤维膜过滤装置可靠的消毒性能弥补了 这项不足 1 9 王琳等人将膜工艺和臭氧活性炭工艺相组合，臭氧一生物活性炭之前，先 经m f 过滤，去除能被臭氧氧化的固体颗粒状有机物，减轻b a c的有机负荷， 再对b a c出水进行o f 过滤，能有效防止由b a c表面脱落的微生物进入水中， 有 效 地 去除 水中 的 有 机 污 染 物， 去 除 率为6 0 - 8 0 % , c o d , 。 值 全部 在1 .2 - - 1 .7 m 留 l 之间，能确保出水水质。一家应用此工艺的水厂己于1 9 9 7 年7 月投产，运行效 果良 好，能有效地去除水源中的有机污染物的浊度、色度。由 于加设了膜系统， 使出 水中的 有机物、 细菌、病毒均能 达到国 家饮用水标准2 0 北京燕山 石化化工区生 活给水处理厂选用直接经活性炭过滤去 除水中的 污 染物，然后经膜过滤去除水中的病原寄生虫、病原菌、病毒等微生物。该厂 二 1 9 9 9年进行的中试实验结果表明此工艺对有机物、浊度、氯仿、微生物等都有 良 好的去除效果，出 水完全满足饮用水标准12 1 气 1 . 4微滤膜在反渗透、纳滤预处理中的应用研究 目 前世界最大的反渗透苦咸水淡化装置为位于美国亚利桑拿州的日 产水量 为2 8 万吨的运河水处理厂，最大的纳滤脱盐软化装置位于美国佛罗里达州，日 产水量为3 . 8万吨。 在国外，1 0 0 0 -1 0 0 0 0吨/ 小时 规模的 超大型反渗透或纳滤 装置多 用于城市供水系统， 而国内 在饮用水用途的反渗透装置还都是数十吨/ 小 时以 下的中、小规模。随着经济发展和膜技术的普及，这一领域的应用前景很 大。 值得注意的是，反渗透、纳滤系统对原水的预处理有它的特定的要求。由 于原水的种类繁多， 其成分也非常复杂， 针对原水水质情况及r o系统回收率等 第 1 章 绪论 主要工艺设计参数的要求，选择合适的预处理工艺系统，对减少r o膜的污染、 结垢，防止r o膜脱盐率、 产水率降低， 有着重要的意义。 所以，为了确保反渗 透系统的正常运行，必须对原水进行预处理。 预处理方法根据不同的水源水质情况主要有常规处理、微滤/ 超滤、活性炭 吸附等等。对应水中可能导致膜污染物质的不同， j .a . r e d o n d o 等人以及科氏滤 膜公司产品技术手册都对其对应的预处理方法进行了 总结， 具体见表1 .2 所示i 2 2 1 1 2 3 1 表1 . 2反渗透膜预处理的 选择 预处理方法 预处理对象 c a c o 3 沁 a s 0 4 ba s 04s r s 0 4c a 凡 s i o 2s di f eai细菌氧化剂 有机物 必4 r l加v g 在线絮凝 oooo 絮凝/ 助凝o .oo. 加酸调节 .o 阻垢剂 o.o 加氯处理 . 除氯( 还原) . 预防性消毒 o 佬驹077 摸关 离子交换软化 . 离子交换脱盐 ooo o o 石灰软化法 ooooooooo 勿i tyy嫂 多介质过滤 0oo0 氧化一 过滤 0. 微滤/ 超滤 .000. 滤芯式过滤 00000 1 、 节 l .l 中 、 一贬 0. 沽 任 灰 双 猪 真他方层二 预防性清洗 0000000 操作条件调节 0000. 震动 . 紫外线处理 000 注:0一可行:.一非常有效 第 1 章 绪论 其中用超滤膜和微滤膜能够产出比 常规前处理法( 介质过滤器和保安过滤器) 产出质量要好的多的进水，而且膜出水稳定性好，便于自动化操作。所以近年 来关于膜技术在反渗透、纳滤膜预处理中的应用研究很多。 b .c h a k r a v o r t y 和 a .l a y s o n 利用连续微滤技术 ( c o n t i n u e f i l t r a t i o n t e c h n o l o g y ) 代替r o 水厂原有常规预处理， 结果表明微滤用于r o 预处理有几项优点: 出水水 质稳定;通量较常规预处理提高4 0 %; r o 膜清洗周期变长;r o 膜寿命增加;节 省 劳 动 力， 便于自 动 化 操作 124 1 m o h a m e d s i d d i q u i 等 人采 用 o f 或 m f 作为 n f 膜的 前 处 理组 成双 膜系 统 对i l 种 c o l o r a d 砂h 的低浊度地面水进行试验。试验结果表明，m f 或o f 膜由于去除了悬 浮固 体 和 部分 有 机 物， 从 而 大大 延 长了 n f 膜的 使 用寿 命 11 7 1 ， 因 此该 预处 理 工艺 即可满足n f 膜对进水的要求，又对有机物有很高的处理效果，而且整个处理工 艺 紧 凑 ， 占 地 面 积 小 12 x 1 c h r i s t o p h e r j . g a b e l i c h 等人比 较了 常规处理、 微滤 膜以 及常规处理+臭 氧活 性 炭三种工艺过滤作为r o 膜预处理的运行效果，结果表明，在三个月的运行中， 三种预处理方法出水都满足r o 膜进水要求。但是和另外两种方法相比，常规预 处理后，r o 膜比较容易受到有机物和微生物污染，尽管预处理后余抓在2 - 2 .5 m g / l ， 但 使 用常 规处 理 作 为 预 处 理， r o 需 要 更 加频 繁的 反 冲 洗。 微滤 膜 预处 理有效地去除了悬浮物质和细菌，保证了r o 膜的稳定运行， 常规处理+臭氧活 性炭则保证预处理出 水有机物较少而且稳定2 6 1 沙中 魁、 李永河等人在文章中指出: 常规的澄清、 过滤设备用于反渗透预处 理 时， 占 地 面 积 大、 出 水 水 质 差且 不 稳定 ; 而 使 用 a q u a p u r e 连 续 微滤 系统 用 作 预 处理时，不仅结构简单还可以提高出水水质和稳定性，同时此系统还可以明显 延长 反渗 透膜的 寿 命， 且比 常规 预处理工艺降 低运行成本4 0 % - 7 0 % 2 7 1 。 大同 第 二发电厂也采用类似的反渗透预处理工艺对电厂循环冷却水进行处理，同样取 得了良 好的 运 行效 果 2 8 1 1 . 5膜污染及清洗 膜污染是微滤膜技术用于饮用水处理的最大障碍。 膜污染是指处理物料中的 微粒、胶体粒子或溶质大分子由于与膜存在物理化学相互作用或机械作用而引 起的在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或阻塞，使膜产生透过流量 与分离 特性的不可逆变化现象【2 9 1 第 1 章 绪论 其中用超滤膜和微滤膜能够产出比 常规前处理法( 介质过滤器和保安过滤器) 产出质量要好的多的进水，而且膜出水稳定性好，便于自动化操作。所以近年 来关于膜技术在反渗透、纳滤膜预处理中的应用研究很多。 b .c h a k r a v o r t y 和 a .l a y s o n 利用连续微滤技术 ( c o n t i n u e f i l t r a t i o n t e c h n o l o g y ) 代替r o 水厂原有常规预处理， 结果表明微滤用于r o 预处理有几项优点: 出水水 质稳定;通量较常规预处理提高4 0 %; r o 膜清洗周期变长;r o 膜寿命增加;节 省 劳 动 力， 便于自 动 化 操作 124 1 m o h a m e d s i d d i q u i 等 人采 用 o f 或 m f 作为 n f 膜的 前 处 理组 成双 膜系 统 对i l 种 c o l o r a d 砂h 的低浊度地面水进行试验。试验结果表明，m f 或o f 膜由于去除了悬 浮固 体 和 部分 有 机 物， 从 而 大大 延 长了 n f 膜的 使 用寿 命 11 7 1 ， 因 此该 预处 理 工艺 即可满足n f 膜对进水的要求，又对有机物有很高的处理效果，而且整个处理工 艺 紧 凑 ， 占 地 面 积 小 1