过滤膜的性能和对饮用水的应用
膜过滤的应用应为当前给水界的一件大事。该技术在20世纪50年代即在海水淡化，高纯水等方面应用，以后发展到世界上来。在给水方面膜过滤技术脱离以往的化学处理的界限，转为物理固液处理领域。应该说由19世纪应用快滤方法，作为现代化标志以来，100年后又一次重大的技术突破。现将过滤膜性能及应用于饮水水厂的作用予以介绍。
１ 过滤膜性能
1.1 过滤膜技术定义
膜的过滤是固液分离技术，它是以膜孔把水滤过，将水中杂质截留，而没有化学变化，处理简易的技术，但因膜孔非常细小，相应的存在某些技术问题。在给水也有用生物膜处理原水的方法，但它与过滤膜分离技术不同。用作膜分离的叫做membrance，用作生物膜处理的膜叫做film.
1.2 过滤膜的种类和机理
过滤膜以截留原水颗粒的大小分类，膜孔从粗到细分为微滤膜(MF)，超滤膜(UF)，纳诺滤膜(NF)和反渗透膜(RO)。MF膜孔径0.05um以上，或为1000以上分子量，以去除胶体、高分子有机物为对象。NF膜孔径为100～1000分子量。它去除的物质在UF与RO之间，以去除三卤甲烷、异味、色度、农药、可溶性有机物、Ca、Mg等。RO分离粒径为数十分子量，以去除食盐类和无机盐为对象。RO渗透水的压力比其渗透压力要多1～2倍。除以上四种以外，还有离子交换膜和气体渗透膜。MF、UF、NF和RO以压力驱动使固液分离。离子交换膜则以电力驱动使盐类分子分离，促成海水淡化等。气体渗透膜是最近研究出来通过气体的新型膜，能使乙醇浓缩和海水淡化。
1.3 制膜材料
大体有纤维类、合成树脂类和陶瓷类三种。有的膜材质有弱于盐类和臭氧等氧化剂的材料和受微一物分解的材料。另外，用作海水淡化的RO有除去产生THM的溴的膜和不能去除溴的膜，要根据用途而定。
1.4 膜的型式
水体透过膜流速不大，因此为通过需要的水量，膜装置的单体面积要大，要在一个小的空间内装入很多根的膜细管。另外，厚度100um以下的薄膜因承受高压，还必须有耐压能力，为此应设法制造各种耐强压的膜。一般膜的型式有板框式、螺旋式、桥式、管式及中空纤维式五种。板框式的膜应使用多孔质的材料，螺旋式和桥式的膜与板框式的相同。螺旋式的为卷状，桥式的为在折叠成小的体积中塞入大面积的膜。管式膜也需有多孔质的材料，原水从管的内侧通过，渗透水流出管外的为内压式膜，这种客用得很普遍，也有外压管式的。中空系统外径为几百um，系统内包有多数纤维细管，因为纤维管细小，没有必要特别用强度高的纤维管，膜本身就足以抵抗给予的压力，中空纤维系统有原水从中空系统内侧通过的内压式，及从外部加压的外压式两种。
1.5 膜的使用
使用过滤膜装置不需凝絮化学处理，也不需蒸发分离作用，只需要压力使水中固液分离，这是过滤膜处理的一大特点。过滤方式有两种：
(1)流动液体全部垂直地透过膜孔，将液体内杂质截留的全量过滤方式；
(2)流动液体的流动方向与膜面平等，形成液体与膜面成直角的透过膜孔，将液体内杂质截留的横流过滤方式。全量过滤方式适用于微滤和一部分超滤。横流过滤，由于液体在膜表面上流动，产生剪断力，减少在膜表面上因为杂质浓缩堆积的黏垢，适用于易于积垢的超滤、纳诺过滤和反渗透过滤。
1.6 过滤膜冲洗
流体通过膜期间，其含有杂质堵塞膜孔，使流体通过膜孔困难。为了恢复滤水效率，可采用以下方法：
(1)反冲洗
与过滤相反方向通过清水，使抑留于膜孔杂质冲走。也有通过空气冲洗法替代。
(2)海绵球冲洗
只单独用于内压式管形膜，它是将海绵球通过管膜内部，使海绵球与管膜内壁摩擦，把抑留物冲走的方法。
(3)空气泡冲洗
它是用空气泡搅拌力将附着膜壁的抑留物去除的方法。用空气泡搅动软质合成树脂中空系统的膜内壁，收到冲洗效果。
(4)药剂冲洗
膜经过长期使用，杂质进入膜孔之中，用一般冲洗方法不能解决，使用化学药剂清洗。化学药剂有苛性苏打、盐酸、次亚氯酸钠、柠檬酸及过氧化氢等。
1.7 过滤膜的用途
过滤膜除用作水处理以外，还可用于超纯水制造和海水淡化，一般采用反渗透膜（纳诺滤膜）。另外用于粪尿处理、城市中水道处理、各种废水处理等，一般采用超滤膜和微滤膜。在工业上可用于乳制品制造、半导体制造、食品制造、纸张制造及药品制造等，也一般采用超滤膜和微滤膜。
2 过滤膜对饮用水的应用
2.1 饮用水应用过滤膜设施
在MF、UF、NF及RO之中，除海水淡化应用RO以外，RO尚无使用之处。RO几乎将盐类全部除掉，处理后水成了一切盐类都没有的纯水，甚至比蒸馏水还纯，这样的水当然不能做饮用水使用。如果采用就得要加对人体健康有益的盐类，要达到这种要求，目前尚无条件做到。NF对盐类的去除仅次于RO，但去除率也很高，一般作为软水应用，对作饮用水由于上述原因也不宜采用。从而，用于净水处理的膜应为MF和UF膜。用这样的膜主要能将胶体和浮游生物等除去，能将不溶性的铁和锰除去，及能将菌类除去。但为了避免细菌在清水池内不再重生，不能省掉灭菌处理程序。考虑到UF去除物质的分子量程度，它没有能力将臭氧物质和三卤乙烯等有机溶剂除去，这些溶剂会在膜面上形成一层薄膜，这些薄膜今后可能有办法除掉，可在以后列题研究。在膜的型式上，外压中空系统或管型等膜适于采用。如果采用外压式膜，可将通过沉砂池的原水，直接与膜连接处理。直接接到板框式和螺旋式的膜的原水，为了使膜孔不被闭塞，在流入膜以前，应将原水中浮游物质除去。
2.2 饮用水应用过滤膜程序
净水厂常规处理程序为凝聚、沉淀、过滤，膜分离水厂在原水符合过滤膜处理条件下，处理程序简单，只需过滤膜装置处理即可（在原水水质恶化时，尚需增加常规处理或增加微筛网处理）。在能量消耗上，使用过滤膜全量滤过方式，由于通过过滤膜使压力提高，原水泵尚需在增强压力上考虑。
2.3 饮用水使用过滤膜处理的优点
(1)不需混凝剂
从过去使用膜的经验看，饮用水使用的原水（河水、水库水和富营养的湖泊水），用不加混凝剂的MF膜处理，和用混凝剂的凝聚、沉淀、过滤的常规处理相比，前者与后者所处理后水的水质相当或超过。
(2)自动化操纵简单，易于无人管理
采用膜分离技术只为供应原水提供必要的操作压力，并只需要运行一个较长时间才冲洗滤膜，别无其他工序。当前凝聚、沉淀、过滤净水处理则工序繁多，在投药上尚不能设定投加率。在这样情况下操纵膜装置很容易使其自动化，做到无人管理，而常规处理做到自动化则不容易。
(3)过滤膜水厂占地少
采用过滤膜水厂，膜装置占地面积小，很容易将同等产水量的常规处理所占厂地面积降低一半。剩余地方可设活性炭处理装置。由于过滤膜水厂可以无人化，职工居住的建筑物和配套设施都可削减。
(4)维护管理费用小
当前过滤膜使用寿命和价格尚是未知数，全部费用不好计算。但是从用膜处理用电费用和药剂费用都少来看，比之常规处理维护管理费用高的状况有很大优点。
(5)易于排水处理
由于用膜处理不需投药，处理污泥量减少，因此易于处理。是否如此尚正在研究阶段，未得出明确结果。
2.4 过滤膜处理存在的问题
(1)膜的使用寿命
膜孔受到水中杂质阻塞，使流体通过膜孔时水头损失加大，流体流速降低。这时通常可用水冲洗使膜孔恢复原有的渗过能力。在不能达到目的时，应适当用药剂清洗，使膜孔又能继续使用。但应考虑膜的使用寿命。因即使按上述办法处理，膜也会由于积垢过多，用药剂清洗收效不理想。在这样情况下，加混凝剂，延长使用寿命，也可减低渗过流速，使膜的寿命延长，但要增大膜的使用面积。
(2)过滤膜水厂施工管理
膜管本身强度相当高，有一定可靠性。但施工中多多少少有部分膜管损伤。当然由于一两根膜管受损，不会影响膜管渗透水的水质。但一个中等水厂有上万根膜管，就不是一两根膜管受损的问题了，因此有必要对膜装置加强部件管理和施工管理，不能与以往常规处理方式一样对待。
(3)采用过滤膜新技术补救措施
一般采用新技术会遇到意想不到的状况，尤其是采用过滤膜分离的场合，它整个变更了过去的常规处理系统，因此会有一定的顾虑。由于对膜技术没有实用经验，应当增加补充设施，以备在膜装置发生异常情况时补救。例如，是否在膜处理以后，再增设生物活性炭设施以除去臭味的措施，以及增设其他设备的考虑。
3 未来展望
未来膜技术会在给水上有更大的发展。但在膜处理不是万能的，连续运用一个世纪的凝聚、沉淀、过滤的常规处理技术，已有了积累许多宝贵经验的极大优点，有些给水专家认为一时都全面的用膜技术代替是不可能的。采用膜技术和其他处理方法组合使用很有必要。回顾以往在给水上的经历，已从慢滤到快滤，并采用了氯消毒措施，到现在又要考虑膜技术在给水上的应用了。
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