搜索
水利水电2322016年31期O3-BAC与超、纳滤膜处理技术的分析比较费明明桐乡市水务集团有限公司，浙江嘉兴314500摘要：桐乡市果园桥水厂于2002年对水厂净水工艺进行改造，在常规处理后增设了臭氧-活性炭深度处理，随着对其10多年来的运行与维护，对这第二代水处理技术有了一定的了解和认识。现今以膜处理为代表的第三代水处理技术也开始在全国各地投入实际的生产运行。对此果园桥水厂联系相关厂家，进行了为期5个多月的超滤、纳滤膜处理实验，直观而又充分的了解了这项新的水处理技术，并在实验的过程中与现有臭氧-活性炭深度处理技术进行比较。关键词：膜处理；水质；深度处理中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1671-5659（2016）31-0232-02随着人们对饮用水水质要求的不断提高，2006年，GB5749—85修订为《生活饮用水卫生标准》（GB5749—2006），2006年12月29日由国家标准委和卫生部联合发布。经过修订，标准中的指标数量不仅由35项增至106项，还对原标准的8项指标进行了修订。但是，饮用水源水质呈现逐年下降趋势，因此在需要各级部门加强环保力度的同时，还对现在的水处理技术提出考验。原有的常规处理工艺已越来越难以满足原水水质恶化的今天。现今各地新建水厂纷纷降自来水进行深度处理来确保自来水水质达标，而采用的最多的就是“臭氧-活性炭”与膜处理技术。桐乡市果园桥水厂根据原水的情况及新国标的要求，于2002年开始对水厂的净水工艺进行改造，由原来的常规处理，改造为“接触氧化预处理+常规处理+臭氧-活性炭深度处理”工艺，改造后出厂水水质符合106项指标。近期由于膜处理技术越来越多的投入到实际生产中，水厂联系相关公司合作进行了膜处理的超滤、纳滤实验，了解膜处理工艺运行及处理效果的同时，并跟水厂原有的“臭氧-活性炭”处理系统比较，分析各自的特色，优缺点。1实验的基本情况1.1实验的分组及设备、药剂介绍1.1.1实验的分组及情况简介本次实验选取了膜处理中的超滤和纳滤来进行分析，2组设备同时运行。超滤工艺流程：原水通过原水箱进入系统，首先进过提升泵，提升泵出口处设置保安过滤器，保证进膜前颗粒性物质的去除，防止对膜造成损伤。保安过滤器出水进入超滤系统，超滤产水进入产水箱，作为超滤的反冲洗用水，少量浓水排放入污水管网。纳滤工艺流程：原水通过原水箱进入系统，首先进过增压泵，增压泵出口处设置保安过滤器，保证膜前颗粒性物质的去除，防止对膜造成损伤。提升泵和保安过滤器之间放置加药系统，当进水余氯含量过高时（针对用自来水做原水），向进水中注入硫代硫酸钠溶液，来去除进水中的余氯，防止纳滤膜被氧化。保安过滤器出水进入纳滤系统，纳滤产水进入产水箱，作为纳滤的反冲洗用水，浓水部分循环至纳滤系统，部分排放入污水管网。1.1.2实验的设备及药剂情况超滤装置为1个压力容器，内装填2支8060的超滤膜元件，第一阶段中试和第二阶段中试的膜元件分别采用材质为聚砜和聚偏氟乙烯的卷式纤维超滤膜，装填密度高，且具有耐压、抗污染、使用寿命长的优点，并能长期保证产水水质，对胶体、悬浮颗粒、色度、浊度、细菌、大分子有机物具有良好的分离能力，保证产水水质的稳定性。每支膜的设计运行产水量为1.2m3/h，系统总回收率可以达到≥90%，整个处理系统的浓水产量≤200L/h。纳滤装置为1个压力容器，内装填2支纳滤膜元件。膜元件选用材质为聚酰胺类的卷式膜组件，具有装填密度高、耐压、抗污染、使用寿命长的优点，并能长期保证产水水质，对胶体、悬浮颗粒、色度、浊度、细菌、有机物、部分二价离子都有良好的分离能力，保证产水水质的稳定性。每支膜的设计运行产水量为1.5m3/h，系统总回收率可以达到≥80%，整个处理系统的浓水产量≤600L/h。实验中采用的主要药剂，有去除水中余氯的硫代硫酸钠（实际使用中无需配备），以及膜清洗所需的氢氧化钠和盐酸（分别用做膜的碱洗和酸洗）。1.2实验的阶段实验在桐乡市果园桥水厂内进行，根据水厂的实际运行情况，将实验按进水的不同，按取用的原水不同分为两个阶段。第一阶段取经过“臭氧-活性炭”深度处理之后的自来水为膜处理原水；第二阶段取砂滤池出水作为原水进行实验研究，其中超滤系统期间更换了聚偏氟乙烯的低压超滤膜。1.3实验的运行情况与臭氧-活性炭技术的比较超、纳滤膜处理技术是一种以压力为推动力的膜处理技术，其利用将溶液中的胶体颗粒、大分子物质截留，使水和其他小分子透过膜，从而达到将溶液中的大分子与小分子分离的目的，所起的是物理作用。而臭氧-活性炭技术前期以活性炭的吸附作用为主，中期以吸附作用与生物降解作用并存，后期以生物降解为主。由于臭氧-活性炭技术前期吸附阶段时间较短，所以主要以生化作用为主。在实验进行的过程中，也充分体现了两种不同水处理技术各自的优点，与存在的问题。1.3.1原水水温变化对膜处理的影响原水水温会影响水的粘度，温度降低会增大水的粘度，进而会增大提高过膜压力（TMP），从而降低膜通量；并且水温降低会减小有机膜的孔隙度，也在一定程度上降低了膜通量，因此在整个实验过程中，对水温的监测是必要的。整个实验从2013年11月底开始，一直持续到2014年5月，经历了一个冬季和春季，因此水温呈先下降后升高的一个趋势，监测到的水温最低值为2.5℃，最高值为23.7℃。进水温度对超滤膜透水性的影响参数叫做温度校正系数，一般在允许的温度条件下，温度系数约为0.0215/1℃，即温度每上升1度，则相应的产水量增加2.15%。以25℃作为基准值，此时的温度校正系数为1，在5个多月的运行期内，温度校正系数在1.03～1.61之间波动。而臭氧-活性炭技术，因其自身的特点，水温对的其制水规模的影响基本为零。由此可知，温度对膜处理的制水规模影响极大，相同的运行工况下，一年中最高和最低的产水能力之比达到2：1左右，且通过对比可知其对孔径更小的纳滤的影响比超滤更大。1.3.2浊度处理效果浊度是反映饮用水水质优劣的一个十分重要的指标。水体的浊度反映了水中不同大小、比重、形状的悬浮物、胶体中文科技期刊数据库（引文版）工程技术2016年31期233物质、浮游生物和微生物等杂质的含量，良好的饮用水必须晶莹透彻，给人以安全舒适之感。本次中试通过HACH公司的2100N浊度分析仪测定了原水、超滤产水、纳滤产水的浊度。第一阶段由于原水为出厂水，浊度很低，基本在0.13～0.2NTU之间，超滤和纳滤的产水浊度也基本都是0.09～0.1NTU之间，浊度去除率在35%左右。第二、三阶段原水改为砂滤出水，浊度比出厂水略高，基本在0.2～0.4NTU之间，超滤产水浊度稳定在0.1NTU，纳滤产水浊度基本在0.09NTU左右，去除率均在75%左右，且并不随进水浊度的波动而出现变化，去除效果较稳定。出厂水的浊度可以近似的看成水厂臭氧-活性炭出水的浊度，由于臭氧-活性炭技术的特点，并不是以去除浊度为特色，因此在浊度的去除方面，膜处理技术表现优异。1.3.3硬度与电导率处理效果水体硬度不仅影响到饮用水的口感，而且过高的硬度会对人体健康造成一定的危害。而纳滤工艺可以去除水体中的部分钙镁离子及其他部分金属离子，因而可以降低饮用水的硬度。本次试验中通过对原水和纳滤产水的电导率和硬度测定，来评判纳滤工艺对硬度的去除情况。电导率采用电导率测定仪测定，硬度采用EDTA滴定法进行测定。出厂水的电导率和超滤出水的电导率差别很小，说明超滤对电导基本没有去除效果，而纳滤产水的电导值在190～250μs/cm，去除率在40%～50%。由处理效果可知，出厂水的硬度和超滤出水的硬度差别很小，说明超滤对硬度基本没有去除效果，原水的硬度在130～180mg/L之间，而纳滤产水的硬度在60～100mg/L，去除率约为50%。可见超滤的孔径不足以去除水中形成硬度的Ca2+、Mg2+离子，及相应形成的电导率，但纳滤膜的过滤孔径更小，分离性能介于超滤和反渗透之间，不仅能有效去除水中的天然与合成有机物、微生物等有害物质甚至能去除水中的重金属离子、无机盐等。而臭氧活性炭技术对水的电导率和硬度基本没有影响。1.3.4CODMn处理效果水体中有机物含量多，就意味着在净化过程中加氯消毒后消毒副产物增多，使水的致变活性增强，对人体健康会产生长远的影响。本次中试，以CODMn为指标来衡量水体中有机物的含量，通过高锰酸钾滴定法测定原水、超滤产水、纳滤产水的CODMn值，来考察超滤膜和纳滤膜对有机物的去除情况。由具体数据可以得出，原水的CODMn值在2.5～3.5mg/L之间，超滤产水的CODMn值在2～3mg/L之间，去除率在15%左右；纳滤产水的CODMn值在0.4～0.6mg/L之间，去除率在85%左右；出厂水的CODMn值在1.5～2.0mg/L之间（可作为臭氧活性炭出水的参照数据）。从数据的比较中可以明显的看出，对于CODMn的处理效果为纳滤最好，超滤最差，而臭氧活性炭出水居于两者之间1.3.5细菌的检测情况本次中试所用的超滤膜和纳滤膜对细菌均有良好的截留效果。试验期间对细菌进行了抽样检测，共2次，超滤产水和纳滤产水均未检出有细菌，达到了《生活饮用水卫生标注》（GB5749—2006）的要求，可见该两套膜法净水系统对微生物有很好的去除能力，并能保证出水水质微生物安全性。膜处理除非发生断丝等故障，从理论上讲生物安全性很好，实验过程中也未出现出水中有细菌的情况。生物活性炭滤池长时间运行存在生物穿透的可能性，如反冲洗效果不好，滤料久未更新等。所以总体来说，在对细菌的去除上，膜处理技术优于臭氧-活性炭技术1.3.6SDI值测定情况SDI（SiltingDensityIndex）是膜法水处理系统中水质指标的重要参数之一，SDI值代表了水中颗粒、胶体和其他能阻塞各种水净化设备的物体含量。测定结果见表1所示。表1SDI测定情况表2总结由于纳滤的孔径比超滤小，因此超滤所拥有的优点，也全部为纳滤的优点，其共同的优点为：对浊度去除效果、生物安全性高，而纳滤相比超滤更具有对CODMn的去除，去除率能达到70%左右，对水中硬度、碱度、电导率等，都有很大程度的降低，分别能达到60%，40%，40%的去除效果。存在的缺点为管理相对负责，维护难度大，水回收率低，生产运行成本高。臭氧-活性炭水处理技术的优点为：生产运行成本低，传统的滤池池型运行经验较为丰富，生物降解对氨氮等指标也有一定的去除效果。相对于膜处理存在的缺点为：硬度、碱度、电导等一般不去除，浊度去除有限，存在生物安全性的风险。3建议（1）在膜处理设计时制水规模要充分考虑温度变化对膜处理制水量的影响，与当地用水的季节性变化情况相适应，尤其要核算冬季产水量与用水量的变化。（2）对膜处理运行维护成本的需进行综合考虑。膜处理运行成本、自耗水率较高，采用膜处理技术作为自来水的深度处理工艺时，需全面核算投入与产出，以及取得社会效益的关系。（3）根据当地水质情况选用适用的水处理工艺，如原水氨氮指标较高的地区，膜处理技术就无法发挥作用，而臭氧-活性炭技术的生物降解作用就能去除一定数量的氨氮。原水硬度指标较高时，纳滤就能发挥很大的作用，而臭氧活性炭技术就无法发挥作用。参考文献[1]李梅，王翠彦，谷勇峰.纳滤膜技术在饮用水深度处理中的应用[J].工业安全与环保，2012，38（11）：34-36.[2]汪洪生，陆雍森.国外膜技术进展及其在水处理中的应用[J].膜科学与技术，1999，19（4）：17-22.[3]赵晖，王如华.臭氧活性炭与膜过滤联用技术在清泰水厂工艺升级改造中的应用[J].净水技术，2012，31（4）：7-12.