超滤技术在纯水深度处理中的应用

郭自发

（红河县水利水电勘测设计队，云南红河州 654400）

1 超滤技术概述

超滤实质是介于微滤与纳滤之间的一种膜过滤过程，其平均孔径约为3～100 nm。超滤技术归属于膜分离技术的范畴，是一种能够将溶液进行净化、浓缩以及分离的技术。

目前，超滤技术已经成为替代多介质过滤器的新一代预处理技术，该技术的截留机理为通过筛分作用对水中的颗粒物质进行截留，即在膜两侧一定压力差的作用下，当从膜的表面流过时，只有一些低分子溶质能够从膜中透过，如水、无机盐、矿物质等，并成为渗透液被收集，所有超过膜孔的高分子物质会被截留并形成浓缩液后被外排，这些高分子物质包括胶体、悬浮物、细菌、蛋白质、病毒等。

1.1 超滤膜分类

根据制作材料的不同，大体上可将超滤膜分为以下两大类，一类是有机超滤膜，另一类是无机超滤膜。

（1）有机超滤膜。

这类超滤膜主要包括聚丙烯、聚酰胺、醋酸纤维素、聚砜、PES、PTEE、PVDF等。其中应用较多的聚砜是一种新型的工程塑料，由双酚A和二氯二苯砜缩合而成，具有非常优良的机械性能、化学稳定性以及热稳定性；PES和PVDF分别以狭窄的孔径分布谱图和溶剂相容性获得了广泛应用。

（2）无机超滤膜。

此类超滤膜的种类比较繁多，比较常见的有玻璃、碳纤维、金属、陶瓷、硅酸盐等。陶瓷膜具有的耐高温、抗腐蚀性强等优点，获得了业界的一致好评，并成为最常用的无机超滤膜材料。大多数无机超滤膜都具有使用寿命长、抗酸碱、耐高温、抗氧化等特点，缺点也比较明显，即不易加工成型、脆性大、弹性小、使用不方便等，制约了无机超滤膜的应用与发展。

1.2 超滤技术在水处理中的应用优势分析

（1）特点。

①处理效率较高、筛分孔径小，可以截留溶液当中大部分的大分子有机物。

②由于整个分离过程是以低压作为推动力，使得该技术的能耗较低，设备及操作工艺简单，易于管理。

③操作过程可在常温条件下进行，运行无相际间变化。

④应用范围十分广泛，采用不同截留分子量的超滤膜，可以将不同分子量溶质的混合液中各组分实现分子量分级。

⑤设备结构简单、占地面积小、便于操作、易于维修，前期投资成本较小，经济效益高。

（2）优势。

①通过超滤能够将水体中的各种致病菌完全截留，如隐孢子虫、红虫、贾第虫、细菌等，使得出水微生物的安全性极高。

②该出水浊度满足相关要求，出水的水质非常稳定，不会受到原水水质的影响。

③该技术对混凝剂的加入量要求较低，在具体运行过程中，只需要加入少量的混凝剂便可维持正常运行，并且产水的化学物具有较高的安全性。

2 超滤技术在水处理中的应用现状分析

超滤技术在水处理中的应用主要体现在两个方面，即作为反渗透的预处理和作为膜生物反应器。在超滤技术作为反渗透的预处理过程中，需要选择良好的预处理工艺，确保进入RO膜元件的水质符合相关要求，保证RO膜避免出现污堵现象。

现阶段，超滤与反渗透相结合的双模法技术在回用水处理中具有广泛应用，经过处理后的出水可用于生产工艺用水或循环冷却水的补充水。将超滤技术应用在预处理中，能够有效缩短反渗透膜的清洗周期，延长其使用寿命，降低杀菌剂和阻垢剂的用量，在保证出水通量的同时，大幅度减少反渗透处理工艺的费用，超滤技术在水处理中有着良好的应用效果。在超滤技术作为膜生物反应器的过程中，实现了膜分离单元与生化处理工艺的有效结合，该处理工艺将传统的二沉池更新换代为膜分离装置，极大地提升了固液分离和水处理效果[1]。

经过膜生物反应器处理的水质符合回用水的水质要求，可以在不经过任何深度处理的情况下回用。将超滤技术应用于膜生物反应器还能够弥补二沉池操作不便、排泥周期短的弊端，膜生物反应器中的膜片使用寿命可延长至少3年以上，有效提高了水处理的效果。

3 超滤技术在纯水深度处理中的具体应用研究

纯水被称为纯净水，其性质为无色透明且不含任何添加剂，能够直接饮用。从化学的角度分析，纯水也可称为纯净物，常被应用于各种试验当中，由于制作过程中需要采用蒸馏技术，因此也被称为蒸馏水。我国的纯水一般是指瓶装的纯净水，其质量符合《饮用纯净水卫生标准》（GB 17324—2003）标准中的规定要求。

纯水的理化和微生物指标如表1所示。

表1 纯水的理化与微生物指标

3.1 生产纯水用的原水水质检测结果

（1）原水检测的执行标准。

本次研究所选取的水源为某市的生活饮用水，在应用超滤技术进行深度处理之前，应按照《饮用纯净水卫生标准》（GB 17324—2003）中的规定要求对水质进行全面检测。

检测项目与结果如表2所示。

表2 生产纯水使用的原水水质的检测结果

通过表2中的检测结果可知，原水水质满足纯水深度处理的要求。

（2）超滤技术对纯水各项质量指标的作用。

在本次研究中，选用超滤膜分离技术设备，并辅以相应的纯水生产工艺和设备，在纯净水生产车间内根据相关的技术标准进行生产。该设备具有过滤精度高、可改善原水水质、降低水中悬浮物和微生物等特点。生产过程与国家纯净水生产要求完全相符，超滤设备运行过程中并未出现任何影响出水水质的意外情况。经超滤处理后，对出水的水质进行了相关检测。检测结果如表3所示。

表3 超滤处理后的出水水质检测结果

3.2 处理结果分析

（1）通过对超滤技术深度处理纯水后的结果进行分析可知，其可以对纯水当中的浑浊悬浮物进行去除，出水浊度符合标准要求，由此获得的纯水从直观观察无任何杂质，水质清澈透明且无异味。

（2）经过超滤处理后的纯水中的大肠杆菌等微生物被全部去除，去除率为100%，这说明0.03 μm的超滤膜能够将饮用水当中0.5 μm以上的微生物全部去除，使纯水当中的微生物含量符合国家相关规范标准的要求。

（3）超滤技术对去除纯水中的Fe、Mn、Al等金属微生物的能力相对较弱，必须辅以其他设备。铁离子在处理前后基本没有发生变化，说明该技术对于溶解态的铁离子不具备去除能力。在纯水生产中，可将超滤设备作为预处理设备来使用。

（4）虽然超滤技术无法对溶解态的氟离子进行有效去除，但辅以其他技术将水中的溶解态氟离子转变为胶体，可以利用超滤技术进行过滤。目前，国内大部分纯水生产厂家在生产纯水的过程中，一般常用的氟去除技术为活性氧化铝吸附过滤、电絮凝等。本文的研究中，采用PAC作为絮凝剂，借此使氟离子形成胶体，再借助超滤设备对胶体进行过滤，达到去除原水中氟离子的目的。试验结果表明，PAC的加入量为9 mg/L时，可以去除52%以上的氟化物，与纯水规模化生产要求相符。

4 结语

综上所述，通过超滤技术对纯水进行深度处之后，出水水质完全符合《饮用纯净水卫生标准》（GB 17324—2003）标准中的规定要求。超滤技术操作简单方便、成本较低，可将该技术应用于大规模的纯水生产中，对于促进我国纯水生产企业产品质量的提高具有重要的现实意义。