微滤和超滤膜技术处理微污染水源水的研究进展

存在NOM与过量的氯反应会生成三卤甲烷(THMs)及其中间体,这种化合物对人体有害,有致癌作用,去除水中的NOM可以有效减小THMs的生成量,消除其对人体健康的影响.从研究趋势看,研究者更多的将MF和UF膜技术与其他处理技术联合应用,来提高对NOM的去除效果,消除饮用水安全隐患.与膜技术联合应用方法可以划分为物化法和生物法两大类.本论文主要综述了物化法与膜技术联合应用方面的研究情况.Oh等[3]将吸附技术作为预处理过程与MF膜联合应用处理河水中存在的有机物和病毒,所用的吸附剂为粉末活性炭(PAC),MF膜为陶瓷膜,孔径为0.45μm.在运行初期一次性投加PAC,并在整个运行期间内不排放PAC颗粒,经该系统处理后,原水中UV260去除率为(90.3±3.2)%,溶解性有机物含量(DOC)去除率为(80.2±8.6)%.试验结果表明PAC有效的吸附了水中的有机物,后续的MF膜截留了以PAC为核心的颗粒,水中的有机物得以去除.PAC-MF系统对有机物的有效去除,减小了需氯量,从而降低了出水的三卤甲烷生成潜能.Wang等[4]和Judd等[5]采用混凝反应作为预处理方法与UF膜和MF膜联合应用去除水中的有机物,与直接膜过滤出水相比较,发现铁盐和铝盐的投加均可以提高DOC和UV254的去除效果,同时减少THMs的形成.Pikkarainen等[6]详细研究了不同混凝剂对MF膜处理地表水中DOC和UV254的影响,选用的混凝剂为三氯化铁、硫酸铁、氯化铝和聚合氯化铝.试验结果表明对于DOC和UV254的去除,铁系混凝剂好于铝系混凝剂,三氯化铁在四种混凝剂中处理效果最好.2.2藻类和病毒的处理水中藻类过量存在,会阻隔水面与大气之间的复氧,严重者会产生臭味.目前,虽然尚无淡水水质造成人类直接中毒死亡的报道,但有关领域的研究表明,藻类释放藻毒素将成为或已成为危害人们身体健康的因素之一.MF和UF膜技术用于去除水中藻类时,去除效果仅与膜孔径大小相关,并且对卵囊类、包囊类、藻类都有很好的去除效果.Hung等[7]采用臭氧预氧化与MF膜工艺联合应用处理含小球藻类地表水,发现两种工艺联合应用可以对藻类起到很好的灭活和截留作用,试验证明了胞外有机物(EOM)的浓度对膜过滤过程中泥饼层的阻力大小有重要影响.病毒是水体中最小的微生物,大小约为0.02～0.08μm,较MF膜和UF膜孔径小,单独的MF膜和UF膜工艺对病毒难以起到有效的截留作用,需要和其他物理化学工艺联合应用.Fiksdal等[8]研究了UF膜和MF膜对噬菌体MS2的去除效果,MS2的直径为24nm,是影响人类身体健康的一种病毒.直接应用膜过滤过程,MF膜对MS2没有截留作用,UF膜可去除少量的MS2,去除效果以其在进水中浓度与出水中浓度之比的对数值(LRV)表示,过滤时间60min后,LRV仅为0.5.采用自制铝盐混凝剂对原水预处理后,MF和UF膜对MS2的去除效果与直接过滤相比有明显提高,但两种方法的去除效果没有显著差别,均为LRV≥6.7.此研究表明,混凝与低压膜技术联合应用可以很好地去除水中存在病毒,保证饮用水的安全性.2.3无机离子的去除我国饮用水标准中对无机离子含量有明确的规定,饮用水中含有适量无机离子对人体有益,但当其含量过量时,会对人体有害或者影响饮用水的口感.随着工业的发展,我国部分水源水受到了无机离子的污染.常用于去除水源水中无机离子的膜技术为RO和NF,由于RO和UF膜的操作压力要求高,故能耗较大,并且RO方法中矿物质都被去除无益身体健康,而MF和UF膜由于成本低,引起了研究者的重视.MF膜和UF膜不能直接截留水中的无机离子,需要与其他处理工艺相结合以实现对水中过量无机离子的去除[9].Han等[10]研究发现,三氯化铁作为预处理剂能很好地吸附砷离子,吸附效果与处理水的pH相关;MF膜对絮体颗粒的有效截留作用,保证了出水砷离子浓度满足卫生标准要求.试验在去除无机离子的同时,并没有因为混凝剂的投加而造成出水金属离子浓度的增加.Verbych等[11]首先用聚壳糖处理含有Cu2+的水溶液,聚壳糖的分子量为100kDa,呈薄片形状,利用UF膜截留聚壳糖与Cu2+形成的复合体.试验表明,水溶液中的pH直接影响膜通量的下降和Cu2+的去除效果,当pH在3～8之间变化时,pH为8时膜通量值最大,此时聚壳糖与Cu2+的作用效果最好.试验还考察了其它无机离子对去除Cu2+的作用,表明存在的氯化钠对Cu2+的去除没有影响,但氯化钙对聚壳糖与Cu2+的作用效果起抑制作用.·104·膜科学与技术第28卷3水源水处理中膜污染及形成原因膜污染是限制膜技术广泛应用的瓶颈之一,长期运转中出现的膜污染问题不仅导致膜通量下降,能耗加大,同时运行后期膜更换也造成了膜技术处理成本的提高.膜污染是指反应器内混合液中