超滤膜翻译-饮用水处理研究——地表水超滤及其在中国的应用

饮用水处理研究地表水超滤及其在中国的应用夏圣骥南军刘瑞平李圭白市政环境工程学院哈尔滨工业大学PO279，黄河路HIT，150090哈尔滨，中国TEL8645186842032FAX8645182306643EMAILXIASJSINAEOMRECEIVED16SEPTEMBER2003ACCEPTED15MARCH2004摘要在中国，很多供水系统依靠传统水处理。由于在中国的一些地区存在不适宜的土壤和水保持，对于一些较差的水源，传统的水处理表现出一些缺点。另外，膜技术的先进性及对水质要求的日益增长同时刺激了超滤技术应用于水处理。在这个研究中，超滤试验设施被安装并用于生产饮用水，水源来源于宾县水库（中国）。超滤膜的性能被研究。膜阻抗与累积的水通量有着线性关系。在超滤膜前进行混凝，增加了水通量并延缓了水通量的降低。令人吃惊的是,对于中等浊度的原水，膜的渗透通量在“混凝超滤工艺”中要远高于在“混凝砂滤超滤工艺”。超滤处理提供了有效的浊度去除。铁、锰和铝被完全的去除。超滤膜也完全地去除了所有大肠型细菌。TOC（总有机碳）的去除也是令人满意的。处理水质符合中国饮用水规范。（检查致癌物质的）艾姆斯式试验测试膜渗透水的致突变活性为阴性。关键词超滤；饮用水处理；预处理；地表水；艾姆斯式试验导论在中国，很多公共给水系统依靠传统水处理。一个传统地表水处理工厂，可能包括一个多步骤的工艺，应用化学添加剂，凝聚、絮凝、沉淀、过滤以及通常用氯消毒。这一工艺的每一步不得不通过控制，来得到整个工艺的最优化表现，从而导致一个比较复杂的系统。再近些年，膜例如微滤（MF）,超滤（UF）在饮用水中的应用可能已经成为一种对于传统净化技术的较为有吸引力的替代技术。超滤技术比起传统工艺有着很多的优点，例如澄清和消毒。主要的长处是紧凑的工序和车间通过尺寸排除进行分离操作产品水的恒定水质连续生产和产品水水质独立于水源水水质容易实现自动化在这篇文章中我们报道，用聚丙烯晴超滤膜处理原水的结果，其中原水来源于中国哈尔滨附近的宾县水库。这个研究的首要目的是，通过水通量和处理水质来考察超滤膜的表现。第二个目的是，研究由不适宜的土壤和水保持造成的低质原水应用超滤技术的可行性。实验21膜实验中所用超滤膜为聚丙烯晴膜。这些膜的名义截留分子量据制造厂商通报的是50000道尔顿。膜的特征如表1所示表一，膜特征数据指标超滤膜类型中空纤维材料PAN聚丙烯晴分子截留量50000长度，MM248中空纤维内径，MM09中空纤维外径15膜表面积，M2056PH操作范围49温度范围，C54522超滤膜实验装置及程序图1所示为超滤膜试验设备的系统原理图。该系统有两部分组成可循环的横流超滤单元和渗透反冲洗装置。水库水从原水管通入沉淀池。如果原水的浊度较低，将通过泵送入超滤膜进行直接超滤。至于较高浊度的原水，在操作中进行砂滤作为预处理，必要时适当投加絮凝剂。在超滤过程中，水从中空纤维由内向外过滤。超滤膜组件的反冲洗（持续45秒）间隔大约3080分钟。在反冲洗过程中，反冲洗水从中空纤维由外向内冲洗，压力大约02兆帕。压力表和电磁流量计用来控制操作过程。23沙门氏菌属/微粒体化验（艾姆斯式试验）为评估处理水的致突变活性，进行艾姆斯式试验。水样来源于原水和经混凝砂滤超滤工艺处理的渗透水。艾姆斯式试验基于标准平板混合测试采用鼠伤寒沙门氏菌品系TA98和TA100。由于大多数有机致突变物质是直接起作用并不需要激活，所以在这篇文章中，实验并没有测试微粒体在生物体外的激活作用（S9混合）。水样的浓缩是按照美国环境保护署（生命系统，1985）推荐的方式，利用XAD树脂（XAD2和XAD7柱）实现的，其中树脂的浓缩系数是110000浓缩的水样测试，采用三份的水样四个剂量，100，300，500，700UL。致突变活性的表示是通过感应因素，且多倍于背景水平。如果最高的非中毒剂量水平产生一个与溶剂控制发现的两倍一样高的反应则结果被认为是阳性。阳性控制与阴性控制相比有着较高的恢复突变性的增长数量（DEXON）TA98是（60UG/板恢复突变型/板14628）和TA100（60UG/板恢复突变型/板1356259）；采用二甲亚砜的阴性控制，对于TA90是507恢复突变型/板；对于TA10014015恢复突变型/板。3结果和讨论31膜阻抗跨模压力（P）按照如下公式计算其中PFEED是流入压力（兆帕），PCONC是浓缩压力（兆帕），PPERM是渗透压力（兆帕）。膜阻抗按照如下公式计算R是膜阻抗（每米），P是跨模压力（兆帕），U是水的粘度，J是水通量（升每平方米每小时）。在超滤过程中，原水被分为渗透水和浓缩水。图二表明，错流超滤膜的水通量和膜阻抗在持续的跨模压力01兆帕下会增高。膜阻抗和累积的渗透水量有着线性关系，可用公式描述为Y0008X1248832膜通量降低水源水浊度对于聚丙烯晴超滤膜功能的影响如图三所示，测量的水通量按时间和水源水浊度绘图。我们可以从图上得出渗透通量的减少依原水水质不同而不同。在原水浊度为20NTU时，膜的通量在60分钟后下降为起初通量的百分之五十；而450NTU浊度的正好相反，仅十分钟就下降到百分之五十。尽管利用渗透水进行反冲洗能够恢复膜的水通量，但是长时间运行通量仍会下降，需要化学清洗来使膜恢复最初的功能。图四，表明在测试的60天里，膜的渗透通量。如图四所示，单独用柠檬酸溶液进行化学清洗（11月5日，2002）可有效地使膜的水通量恢复到原始状态。33混凝超滤PORNTIP等人，将混凝引入超滤膜前，作为一种优越的对于微粒的预处理方法。混凝超滤工艺能够用于处理较低质量的地表水渗透通量得到增加，膜污染得到控制。图五所示为，水通量与超滤前添加混凝剂量的关系。这一点能够看到，对于水源水（浊度230NTU），在跨模压力01兆帕下直接的超滤能够得到的水通量为190升每平方米每小时。当混凝剂量（聚合铝1MG/L和2MG/L）添加后，水通量能力较没有投加混凝剂的水样，无较大改变。但是当混凝剂添加量达到3MG/L时，渗透通量增长，在同样的时间里，我们观察到絮体较大，沉淀性能较好。从图六中我们可以看出，最佳的浓度在渗透液里应该是3MG/L。渗透通量的增长是由于絮体的结构，其尺寸阻止了膜孔径的污染。图六所示为混凝超滤和混凝砂滤超滤两种工艺的通量比较。有一个令人吃惊的发现对于宾县水库水温（25）、浊度25NTU，混凝超滤工艺的渗透通量在混凝剂不同添加剂量的六次试验中有五次高于混凝砂滤超滤工艺。这一意料之外的发现可能被假设解释为超滤膜作用原理是通过孔径排除。如果目标孔径大于超滤膜孔径，将被膜截留；否则将透过膜。我们假定不同大小的絮体存在的可能性是同样的。在混凝砂滤超滤工艺里，大絮体的片段通过砂滤截留，并且剩下的较小的与超滤膜孔径相当的胶体物质。较小的胶体物质深入超滤膜膜孔中，从而在这种环境中易造成膜污染。至于砂滤超滤工艺，尺寸大于超滤膜孔径的大微粒，在膜表面形成易去除和可渗透的层带，胶体物质、藻类和其它悬浮物质将会被该层截留或吸收，从而防止其阻塞膜孔。34渗透水质表二列出水源水、直接超滤渗透水、砂滤超滤渗透水的一些常规选择的检测指标。由于径流事件宾县水库水浊度变化较大，其检测出的变化范围35NTU到500NTU。痕量金属铝、铁、锰的残留性能被探测，该性能受膜的吸附影响导致膜污染和渗透通量的下降。超滤膜处理提供了有效地浊度去除，平均浊度为01NTU。TOC的降低也是令人满意的。渗透液的TOC和COD值分别是43，44和33，37超滤膜看上去也完全像一个消毒步骤，能将大肠杆菌完全去除。35艾姆斯式试验艾姆斯式试验显示基因突变诱导能力。从艾姆斯式试验结果看，品系TA98有着不牢固但有较大的致突变能力。图七和图八表明不同浓度水样的诱导因素。水源水水样（每板取出700UL相当于原水样的7L）产生的感应为224结论利用聚丙烯晴超滤膜处理地表水，已经证明是很有效的生产饮用水的方式。在检测过程中，保证渗透水浊度01NTU下，超滤膜显示出较有效的浊度降低能力。除用聚合铝为混凝剂的混凝超滤工艺以外，铁、锰、铝被彻底去除。超滤膜可完全地去除大肠杆菌。TOC的去除也是令人满意的。除了一个例外水源水样呈现不牢固的阳性，艾姆斯式试验表明膜渗透水呈阴性。在中国，对于高浊度以及水质变化相当大的地表水，一个混凝步骤加于超滤前应该被考虑。混凝剂的添加不仅增加渗透通量，而且也延缓了渗透量的下降。一个新的实验现象在我们的实验中被观察在原水浊度较高的情况下，混凝超滤工艺的水通量较混凝砂滤超滤工艺更高。参考文献1LYONNAISEDESEAUX,TRATAMIENTODELAGUAPORPROCESOSDEMEMBRANA,AWWARESEARCHFOUNDATION,WATERRESEARCHCOMMISSIONOFSOUTHAFRICA,MCGRAWHILL/INTERAMERICANADEESPAFIA,MADRID,19982COMMITTEEREPORT,MEMBRANEPROCESSESINPOTABLEWATERTREATMENT,JAWWA,841199259673PATEL,PREPRINTSOFXSUMMERSCHOOLONMEMBRANES,PROCESSESANDAPPLICATIONS,VALLADOLID,SPAIN,1993,PP47654DMMARONANDBNAMES,REVISEDMETHODSFORTHESALMONELLAMUTAGENICITYTEST,INBKILBEYETAL,EDS,HANDBOOKOFMUTAGENICITYTESTPROCEDURES,ELSEVIER,NEWYORK,1984,PP931405THAIDER,RSOMMER,SKNASMIILLER,PECKL,WPRIBIL,ACABAJANDMKUNDI,GENOTOXICRESPONSEOFAUSTRIANGROUNDWATERSAMPLESTREATEDUNDERSTANDARDIZEDUV254NMDISINFECTIONCONDITIONSINACOMBINATIONOFTHREEDIFFERENTBIOASSAYSWATERRES,362002256CGUIGUI,JCROUCH,LDURANDBOURLIER,VBONNELYEANDPAPTEL,IMPAC