纳滤膜技术和微污染水处理

1、纳滤膜技术和微污染水处理    2012-10-24     论文导读:饮用水水源的污染日益严重,对人类的健康带来了极大的危害,对净水技术提出了新的挑战。常规水处理工艺对微污染水的净化很难达到健康饮用水标准,纳滤膜分离技术能很好地实现对微污染原水的彻底处理,出水水质稳定安全,完全可达到健康饮用水标准。对纳滤膜分离技.    饮用水水源的污染日益严重,对人类的健康带来了极大的危害,对净水技术提出了新的挑战。常规水处理工艺对微污染水的净化很难达到健康饮用水标准,纳滤膜分离技术能很

2、好地实现对微污染原水的彻底处理,出水水质稳定安全,完全可达到健康饮用水标准。对纳滤膜分离技术,纳滤膜技术在微污染处理中的作用,纳滤技术处理微污染水的工艺、预处理、膜污染以及经济性进行了介绍和分析。随着经济的发展，水污染日益加剧，使人们对饮用水水质越来越关心，国际上对饮用水标准中的有机物含量越来越严格。目前，我国饮用水水源水质难尽人意，其中大部分已遭不同程度的污染。中国环境公报（2000年）指出，“我国地表水污染普遍，特别是流经城市的河段有机物污染较重，湖泊富营养化问题突出；地下水受到点状或面状污染，水位下降，加剧饮水资源的供需矛盾”。水资源的污染已给人类健康构成了巨大的危胁，已严重影响了我国社

3、会的持续、和谐发展，水污染的现状已给供水和水处理行业提出了新的挑战、给现有的净水工艺提出了新的课题。美、欧、日等发达国家都有改善水质的计划，如日本的MAC-21计划和新MAC-21计划，都将膜技术列为水净化、水质改善的最有效手段。一般来说，当水源所含的污染物种类较多、性质较复杂，但浓度相对较低时，通常被称为微污染水。常规水处理工艺对此类水源水处理的效果很差，而且氯消毒后会产生“三致物质”，难以达到国家饮用水水质标准。当前微污染水的水质净化主要采用：生物预处理、化学氧化预处理、强化常规处理（强化混凝、强化过滤）、颗粒活性炭深度处理、生物活性炭处理、臭氧-活性炭、光催化氧化等工艺，但各工艺在实际应

4、用中均存在一定的问题，膜分离技术以其净水效果好、去除有机物完全等优点已成为目前微污染水源处理的研究热点和有效途径；而纳滤膜技术以其选择分离性强，可去除消毒副产物、痕量的除草和杀虫剂、重金属和部分硬度，操作使用压力低，部分去除溶质离子，出水水质优，能耗低等优点，已成为目前处理微污染水的优选膜分离技术。纳滤膜分离技术纳滤膜技术(简称NF)是介于反渗透膜技术和超滤膜技术(UF)之间的一种新型压力驱动膜分离技术。纳滤膜大多从反渗透膜衍化而来，但其制作比反渗透膜更精细，纳滤膜的孔径介于反渗透膜和超滤膜之间，其孔径范围在纳米级，纳滤膜通常表面荷负电，对不同电荷和不同价数的离子又具有相当不同的Donann电

5、位，纳滤膜的孔径和表面特征决定了其独特的性能；纳滤膜的分离机理为筛分和溶解扩散并存，同时又具有电荷排斥效应，可以有效地去除二价和多价离子、去除分子量大于200的各类物质，可部分去除单价离子和分子量低于200的物质；纳滤膜的分离性能明显优于超滤和微滤，而与反渗透膜相比又具有部分去除单价离子、过程渗透压低、操作压力低、省能等优点。商用纳滤膜组件多为卷式，另外还有管式和中空纤维两种形式,表给出了部分纳滤膜组件性能。9月水处理技术表1部分NF膜组件性能厂商组件试验条件产水量脱除率杭州水处理技术开发中心纳滤膜技术在微污染水处理中的作用基于纳滤膜的孔径大小范围和选择分离机理，纳滤膜技术可有效去除微污染水源

6、水中的有机物、藻类（藻毒素）、细菌、病毒和重金属离子等污染物，而保留对人体有益的单价离子。纳滤膜技术处理微污染水，可实现“最大程度地去除原水中的有毒有害物质，同时保留原水中对人体有益的微量元素和矿物质的饮用水”的水质目标。去除有机物微污染水源中的有机物主要为：天然有机物（Nom）、人工合成有机物（如除草剂、杀虫剂、各类农药等）；天然有机物中的腐殖酸和富里酸消毒致癌性副产物-三卤化合物（THMs）前驱物；合成有机物大多为有毒物，具有难于降解、在环境中有一定的残留水平、生物富集性、三致作用和毒性等性质，常规水处理工艺难以彻底去除；纳滤膜技术则可有效去除各类天然有机物、去除各类残留合成有机物、去除消

7、毒副产物前驱物、去除三致物质，处理后水质完全能达到健康饮用水标准。通常采用纳滤膜技术对水进行净化处理，可去除水中90%95%的色度，80%85%的TOC，95%的THMFP(THMs前驱物)和大部分硬度，而水中、等单价离子的去除率则随所用纳滤膜而不同。因而，通过选择不同的纳滤膜，在净化水的同时，可有效调节出水水质。去除藻类和细菌及病原微生物藻类是饮用水致突变物质的重要前驱体之一，是饮用水处理中生物稳定性的不安定因素，而且有毒蓝藻滋生繁衍会产生危害极大的藻毒素，富营养水源经常规水处理工艺处理后很难避免藻毒素的存在。藻类粒径通常在1微米以上，纳滤膜预处理即可大部分去除，剩余部分则可由纳滤膜去除，藻

8、毒素则完全可由纳滤膜截留去除。膜分离技术消毒，是指通过膜技术的筛除作用，将细菌和病原体截留在进水中，从而使渗透水中不含有任何细菌和病原体，而非指对细菌和病原体的灭活作用。通常细菌粒径范围在0.5微米以上，病毒粒径也在纳米级范围以上，纳滤膜技术完全可有效去除细菌和病毒，而超滤和微滤膜技术则只能去除细菌，同时这种建立在纳滤膜孔筛除作用基础上的病原体去除过程比其它常规方法更可靠、安全，是纳滤膜技术处理微污染水的优点之一。去除无机胶体颗粒和重金属离子无机胶体颗粒具有较大的比表面积，对水中有机物质有一定的吸附作用，同时具有离子交换功能，从而导致无机胶体颗粒的荷电性质发生变化，增加了胶体的电位，使胶体稳定

9、性增加，常规处理难度增大。通常胶体颗粒粒径在1nm1m之间，对于预处理不能去除的无机胶体颗粒，纳滤膜完全可以将其去除，通常经纳滤膜处理后水的浊度小于0.02NTU。根据纳滤膜的分离特性，膜对水中的二价和高价离子具有很高的脱除率，对高价金属离子的去除率通常可达98%以上，对二价金属离子如Ca、等离子的去除率亦高达95%以上，因而纳滤膜技术完全可以去除水中的各类重金属离子，处理后水中重金属离子含量完全达到健康饮用水标准。去除硝酸和亚硝酸盐在一些以农业为主的地区，微污染原水中硝酸盐和亚硝酸盐含量很高，严重影响人民身体健康，不符合饮用水标准。可将原水先用纳滤膜技术处理除去有机物、二价和多价离子及部分单

10、价离子，纳滤膜透过水再经过离子交换树脂处理除去剩余的硝酸盐和亚硝酸盐，可使离子交换树脂的再生周期延长23倍。将经离子交换处理后的水再与纳滤俞三传等，纳滤膜技术和微污染水处理7透过液按一定比例混合，可得到硝酸盐和亚硝酸盐含量符合饮用标准的饮用水。与其它微污染水处理工艺比较综合比较几种微污染水处理技术，纳滤膜法处理效果最佳，具体比较结果见表2。纳滤膜技术水净化应用中的几个问题工艺设计纳滤膜技术水净化的工艺设计、要求和计算与反渗透过程类似，多为一级连续流程。但由于NF膜的独特性能和分离特性，与反渗透过程相比，纳滤膜技术工艺过程设计存在以下特点：过程操作压力低，通常NF操作压力在0.51.0MPa范围

11、内；沿程压力损失占操作压力的比例大，设计时应严格控制沿程压力损失；工艺设计通常采用短流程工艺；必须严格控制流速，流速过高，沿程压力损失过大，而流速过低，则浓差极化增大，膜污染加重，导致膜寿命下降；必须严格控制通量，以延长膜使用寿命。在纳滤过程中，由于沿程压力损失，导致流程中前面的膜元件的产水量远大于后面的膜元件；造成前面膜元件的回收率偏大，膜污染加重，使用过度，而后面的膜元件回收率偏低，未发挥作用；进而导致流程中前后膜元件寿命不一。为了使流程中各段的膜元件发挥作用，通常采用加渗透背压和中间增压两种工艺设计方式来解决。预处理用纳滤膜技术处理微污染水时，对原水进行预处理是确保纳滤系统正常运转、减轻

12、膜污染、延长膜使用寿命的关键，预处理是纳滤膜技术净化微污染水工艺流程中不可缺的工序。预处理的目的通常为除去悬浮固体、降低浊度，抑制和控制微溶盐的沉淀，调节和控制进水的温度和pH，杀死和抑制微生物的生长，去除各种有机物，防止铁、锰等金属氧化物和二氧化硅的沉淀等。只有认真的预处理，使进水水质符合纳滤膜分离过程要求，则纳滤膜分离过程才能正常进行，很少污染，很少清洗，很少事故，膜寿命长，出水水质好。膜污染与其他膜分离过程一样，纳滤膜技术处理微污染水过程中也存在膜污染问题。由于纳滤膜孔径较小，且膜表面荷电，而微污染水原组成相当复杂，实际使用过程中，纳滤膜面上很容易产生污染物沉积，污染物的沉积将直接导致膜

13、污染，影响处理效果，增加清洗频率和运行费用，缩短膜使用寿命，因而膜污染及其控制是纳滤膜技术应用于微污染水处理的关键技术问题之一。通常膜污染可分为无机物污染、有机物污染和微生物污染，研究和实践应用表明：根据微污染原水水质选择合理有效的预处理工艺、正确选择纳滤膜种类和组器构型、优化工艺设计、选择正确高效的膜清洗工艺，可有效防止和减轻膜污染，延长膜的使用寿命。如通过选择特定荷电性能的纳滤膜，可显著提高纳滤膜的抗有机物污染能力，从而可大大降低膜污染的可能性。经济性纳滤膜法微污染水处理技术一般包括预处理、纳滤膜分离和后处理等工序。其投资和日常维护费用主要由上述三部分组成。近年来，随着纳滤膜性能不断提高（

14、选择分离效果好、膜通水量大）、系统操作压力的不断下降，和国产高性能纳滤膜的成功投产，使纳滤膜处理系统的本体投资明显下降。同时，国产纳滤膜元件价格是国外进口产品价格的一半，在可变成本变化不大的前提下，膜元件价格的大幅度下降，使膜的使用费用和折旧费用也大幅下降，从而纳滤膜技术的处理成本也将随之大幅度下降。另外，通过工艺设计优化、运行条件优化和选择抗污染性好的纳滤膜产品，可减少膜清洗次数、延长膜使用寿命，进一步降低运行成本，从而完全可将纳滤膜技术制水降到市场可接受的范围之内。结论和展望在目前国内各类水源水质不断恶化的形势下，为提高饮用水的质量和安全性，促进人民生活健康表2不同工艺处理微污染水效果比较去除效果常规工艺深度处理纳滤膜法臭氧+活性炭生物活性炭光催化氧化有机物（%）氨氮（%）亚硝酸盐氮（%）色嗅味致突活性一般负增长很有效很有效很有效很有效少量少量很有效很有效少量少量较有效有效水处理技术和社会可持续发展，微污染水的净化越来越受到人们的关注和社会的重视，纳滤膜技术则是实现微污染水彻底处理的最有效技术，国家已将纳滤膜水处理技术列入“21世纪水计划”。纳滤膜技术具有独特分离特性，可有效去除微污染原水中的有机物、重金属离子、病毒、细菌等污染物。具有处理过程不产生副产物，处理单元小，易于自动控制，pH适用范围