膜技术在饮用水中的应用

膜技术在饮用水中的应用水质现状

水是人类不可或缺的重要资源，它既是生命之源，又是发展之本，是一切生命活动的物质基础，也是经济发展和社会进步的生命线。随着我国社会与经济的发展，我国供水行业所面临的突出问题是水质问题，一方面水源普遍受到污染，另一方面水质需求标准不断提高，而我国城市自来水水质明显低于国外发达国家。原因一方面是由于我国现有水源均有不同程度的污染，而另一方面是由于我国大多数水厂仍然采用的是常规饮用水处理工艺：混凝－沉淀－过滤－消毒。

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面对以上问题，多种行之有效的新型水处理工艺已被开发出来，以提高饮用水水质。强化常规处理、预处理和深度处理等技术都是近几年水处理技术的主要发展趋势饮用水深度处理是指在常规处理的基础上，采取进一步的措施将常规工艺不能有效去除的微量有机污染物或消毒副产物的前体物加以去除，提高和保证饮用水水质的安全其中较引人注目的是：

膜技术方法第3页,共21页，2024年2月25日，星期天膜技术：

膜处理技术是从20世纪70年代开始发展起来的水处理新技术，在90年代得到飞速发展。膜分离是一种物理过滤过程,故不会产生副产物。因其具有占地面积小、出水水质稳定、易进行自动控制等优点,在水处理领域受到了广泛的重视。在国际水协(IWA)第三届“前沿技术”国际会议上已被确定为未来饮用水处理主流技术。膜分离技术代表着未来水处理发展的时代潮流,被称为21世纪的净水技术。第4页,共21页，2024年2月25日，星期天膜分离技术是利用不同孔径的膜进行水与水中颗粒物质（离子、分子、病毒、细菌、黏土、沙粒等）筛除分离的技术。根据膜孔径从大到小排列，可以把膜滤分为微滤、超滤、纳滤和反渗透4种。膜材料主要有乙酸纤维膜、芳香族聚酰胺膜、聚丙烯膜、无机陶瓷膜等。膜组件的形式主要有板式、卷式、中空纤维、管式等。第5页,共21页，2024年2月25日，星期天微滤膜的孔径通常大于0.1μm,主要是分离去除水体中的悬浮物、颗粒物,部分去除细菌和病毒;超滤膜的孔径范围在0.01～0.1μm,对水体中的颗粒物、细菌、病毒、胶体、大分子有机物等污染物有很好的去除效果;纳滤膜被称为低压反渗透膜,它的截留物质介于反渗透和超滤膜之间,可以有效地截留多价离子如钙和锰,但对单价离子如钠的截留效果差;反渗透几乎能截留水中的所有溶质,包括单价离子等。第6页,共21页，2024年2月25日，星期天第7页,共21页，2024年2月25日，星期天在饮用水的膜滤处理工艺中,对于微污染的地面水源,较广泛地使用微滤和超滤技术。对于地下水水源，较多地使用超滤和纳滤技术。而对于苦咸水、受到重金属污染的水源，则使用反渗透技术。第8页,共21页，2024年2月25日，星期天其中微滤和超滤膜技术由于操作压力小、成本低而引起世界各国研究者的重视.

微滤（MF）和超滤（UF）微滤设备超滤设备第9页,共21页，2024年2月25日，星期天我们常喝的师大纯净水反渗透：第10页,共21页，2024年2月25日，星期天膜的应用方式板片型螺旋型第11页,共21页，2024年2月25日，星期天12中空纤维型管状型第12页,共21页，2024年2月25日，星期天微滤膜的孔径范围为0.1-10μm，操作压力为0.1-0.3MPa。微滤技术介于常规过滤和超滤之间,可有效去除水中的泥沙、胶体、大分子化合物等杂质颗粒及部分去除细菌、病毒、大肠杆菌等微生物。微滤可以替代饮用水常规处理的混凝、沉淀、过滤，在一个设备中实现常规工艺多个处理构筑物才能完成的净水效果。微滤技术的特点第13页,共21页，2024年2月25日，星期天14微滤膜的作用机理

微滤膜具有比较整齐、均匀的多孔结构,具有孔隙率高、膜质地薄、驱动压力低等特性。其截留作用不仅与孔径大小有关,还与微粒等杂质与孔壁之间的相互作用有关。

MF膜的截留作用机理大体分为以下几种：机械截留作用,即直接的筛分作用;物理作用或吸附截留作用,这主要基于吸附和电性能的影响;架桥作用,在孔径入口处,微粒通过架桥作用也同样可以被截留;网络模型的网络内部截留作用,这种截留是将微粒截留在膜的内部,而不是表面。第14页,共21页，2024年2月25日，星期天15微滤膜的去除效果

尽管进水浊度波动较大,但膜出水浊度<1NTU,对浊度的去除率>90%。

NTU为水质浊度单位，分解如下：NTU——NephelometricTurbidityUnitsN—用散射法测定（福尔马肼作标准）T—浊度U—单位第15页,共21页，2024年2月25日，星期天16微滤膜对CODMn的去除效果微滤膜对CODMn的去除率为3%-35%(平均为21%)。（化学需氧量越高表明水中有机污染物越多。以高锰酸钾作氧化剂时，测的值称CODmn或简称OC。即主要是反映水中有机物含量的一个指标。）其它研究结果也表明,超滤对有机物的去除率一般都在20%以下。第16页,共21页，2024年2月25日，星期天17超滤技术的特点

超滤膜的孔径为0.05μm-1nm,操作压力一般为0.3-1MPa，膜的透过速率为0.5-5m3/(m2·d)。可以去除相对分子质量在300～300000之间的大分子、细菌、病毒和胶体微粒。超滤膜有多种类型,在水厂应用较多的超滤膜其材料主要为聚偏氟乙烯(PVDF)和聚氯乙烯(PVC),运行方式可分为浸入式和压入式。第17页,共21页，2024年2月25日，星期天18超滤技术的应用

在欧洲,超滤工艺在水厂中的应用更为广泛,以小型水厂居多,但处理能力为1×104m3/d以上的水厂已有33座。英国已有100多家水厂采用超滤膜技术,总产水能力已达到110×104m3/d。在亚洲,超滤膜技术的应用在近几年的增长也比较显著。新加坡已建成一期规模为27.5×104m3/d的大型水厂，日本的超滤膜产水能力已接近400×104m3/d。中国在20世纪90年代中期开始超滤水处理实验研究，2005年5月在苏州市第一座超滤水处理厂投入运行。新加坡、澳大利亚、荷兰、英国和以色列使用超滤工艺净化自来水的处理量分别占其自来水总供水量的12.0%、4.0%、3.1%、2.0%和1.2%。第18页,共21页，2024年2月25日，星期天19反渗透膜技术的特点

反渗透膜的孔径最小，在2～3nm以下。除了水分子外，其他所有杂质颗粒（包括离子）都不能通过反渗透膜，因此反渗透膜分离得到的水为纯水。反渗透技术已经广泛用于海水淡化、苦咸水脱盐、工业给水高纯水的制备（电子工业用水、锅炉给水等），近年来迅速发展起来的饮用纯净水、优质直饮水的核心技术就是反渗透。反渗透技术的操作压力较高，必须超过所处理水的渗透压。对于海水淡化，操作压力一般在3MPa以上。对于用自来水制备饮用纯净水，操作压力一般在1MPa以下（根据原水含盐量、纯水收率、膜特性而确定）。第19页,共21页，2024年2月25日，星期天20反渗透膜技术的应用反思

反渗透膜对有机物、金属氧化物、微生物及胶体物质有极高的去除能力,但其对无机物去除的“良莠不分”,使水中的有益矿物质和微量元素也同时去除.

纯水具有很强的溶解性，当大量饮用纯水后，体内的一些人体所必需的微量元素和营养物质被迅速溶解并排出体外,体内物质失去平衡，尤其是儿童和老年人如长期饮用对健康不利.

该方法操作压力高，因膜易阻塞和污染，对预处理要求严，操作复杂,出水率低，出水长期饮用不利健康，因此不适于饮水深度处理.第20页,共21页，2024年2月25日，星期天21膜污染的原因及后果一般情况下，水中污染物有悬浮物、胶体、铁(氧化铁和亚铁)、微生物、结垢物(如碳酸钙垢、硫酸垢)、有机污染物(如腐植酸和富里酸)等，这污染物可能使膜表面及内部受污染而堵