饮用水超滤、纳滤技术应用及前景分析

刘贺琴

摘 要：本文将对膜技术中超滤和纳滤的特点及二者在饮用水处理中的具体应用展开分析，并展望超滤和纳滤未来的发展前景。

关键词：超滤；纳滤；饮用水

中图分类号：TU991 文献标识码：A

随着国家经济的飞速发展，水污染的问题愈加突出，常规饮用水处理工艺已经无法保障生活饮用水的安全性，无法有效的去饮用水中的有机污染物，氯化工艺不仅无法灭除水中抗氯型病原寄生虫等病原微生物，甚至还有可能为危害人类身体健康的有机卤化物提供生存条件，不能保证饮用水经处理后供人类使用的安全性，因此，对超滤、纳滤在饮用水中应用的研究必须要抓紧进行，以便为人们提供更加优质的饮用水。

一、超滤的内容概述

（一）超滤的特点

超滤工艺主要是以膜两侧产生的压力差为驱动力，在机械筛分的基础上分离待处理溶液的过程，使用压力一般在0.25MPa左右。筛分过程中，筛分的孔径要控制在0.01um～0.1um，筛分出来的分子量范围通常在100万～500万，实际筛分2万～5万，相较于静态过滤，超滤的特点包括：第一，筛分孔径较小，几乎能够将溶液中所有存在的细菌、病原体以及胶体微粒、蛋白质和大分子有机物等有益和有害物质分离出来；第二，超滤的分离效果与膜孔径的大小以及溶质粒子的大小、形态和刚柔性有着紧密的联系；第三，分离的全过程都会在动态环境下进行，不会形成滤饼，被分离出的液体融入超滤组件中，可以将其余浓缩液冲刷出去，使膜表面保持在物质之上，进行有限的积聚。

（二）超滤在饮用水中的应用

1.超滤膜技术的改进使超滤在净水厂中得到应用

现如今，超滤技术的应用范围越来越宽泛，除了在工业水处理中得到应用以外，还逐渐拓展至饮用水的处理中。随着人们对饮用水安全性的不断提高，超滤膜的生产规模也在不断扩大，超濾膜的价格呈现下降趋势，很大程度上促进了能够进行反冲洗中空纤维形式的大型膜组件与系统的发展。此种膜技术可以直接对高悬浮状态下固体浓度的原水进行处理，还可以随着处理水量的增加对处理技术进行优化。对于水处理技术较落后的净水厂水处理方式，主要是采用单独的膜组件，而处理技术先进的净水厂则采用由框架和共用附属设备共同构成的膜组件。现如今，由48个膜组件共同构成的水处理系统使净水厂的布局更加紧凑，有效减少了土建施工，大大节约了水处理基建成本。

2.超滤膜的特性使超滤在制水工艺中得到应用

超滤技术现已经被推广应用于矿泉水和纯净水的制造工艺中。膜过滤技术的优势在于可以有效控制产品的透明度和细菌指标，成为现今多个领域水处理的关键性技术。超滤技术也在市政优质饮用水的制备中得到应用，例如，在20世纪90年代初期，日本政府就利用超滤技术对国家自来水制造工艺进行改进，并在多家自来水公司进行多次试验，效果惊人之好。利用过滤技术处理的自来水浊度较低且相对稳定，基本上用不到凝聚剂，必要时，可以将使用的絮凝剂用量控制在传统工艺的30%以内，有效降低自来水中的有机物含量，居民饮用水更加安全。

二、纳滤的内容概述

（一）纳滤的特点

纳滤过程是反渗透过程和超滤过程的中间环节，纳滤膜的表面分布纳米级微孔结构。反渗透膜对于脱除氯化钠有机物的含量可达到95%以上，所以在氯化钠脱除率在90%以下的膜叫作纳滤膜。纳滤膜只针对特定的有机溶质，如，1nm左右的溶质颗粒，筛分分子量范围在100～2000。纳滤膜的筛分作用相对较大，基本上可以截留溶液中所有存在的有机溶质，包括三卤甲烷、低分子有机物、有机农药、钙、镁、硝酸盐、氟等。不仅如此，纳滤还可以有效去除溶液中的细菌物质，可尝试用于物理消毒，进而取代常规化学消毒，避免溶液中残留更多化学物质。此外，纳滤还可以去除溶液中致突变物质，在特定试验中，将阳性水转化成阴性水，对于总有机碳的去除率相对较高，可同化有机碳的去除作用相对较小 。

（二）纳滤在饮用水中的应用

1.纳滤技术处理含农药和有机物的地表水

纳滤技术在有机物的处理上有很大的作用，据相关数据的统计，纳滤技术对溶解性有机碳的去除率大约在60%左右，对于农药的去除率可达90%以上，例如，莠去津、西玛津等，除了水中的微污染物，大部分物质的残留量皆在分析检测可控范围内。纳滤系统的出现可以完全取代传统的水处理工艺，例如O3-GAC，在进入水溶液中的可以进行生物降解的溶解性有机碳浓度达到一定浓度值时，纳滤技术可将这种有机碳浓度控制在最低数值内，远远低于国家相关标准的预防管网细菌滋生的浓度值，可见，经纳滤技术处理的水溶液中的水生物稳定性相对较高。在纳滤系统达到相对稳定的运行状态时，对于水溶液中的有机物、农药等物质的去除能力仍然较高，这说明利用纳滤技术对地表水进行处理，相比常规饮用水处理工艺，可以有效去除水溶液中的溶解性有机碳以及微污染物，可以很好地为饮用水的分离提供更加优质的处理水溶液。

2.处理富含无机盐的地下水

纳滤技术可以处理富含无机盐的地下水，其处理水符合所需水质的标准要求，为常规饮用水处理工艺难以处理的原水提供更加优质的水处理技术。原始地下水中的电导率经纳滤系统处理后虽呈现升高趋势，但仍然能够保证处理水稳定的电导率和硫酸含量，良好地体现了纳滤工艺的优势特点，其他水处理技术则无法实现。

（三）膜技术存在问题及解决措施

首先，膜法水处理技术中纳滤工艺虽然相对于反渗透等相关工艺的操作压力已经有效降低，但分离过程中的存在的绝对数值仍然较大，在一定程度上会影响到水溶液分离的最终效果，需要相关研究部门针对膜技术的应用展开进一步研究和分析，开发出新型小阻力膜材料，并推广应用到饮用水处理工艺中。

其次，膜技术在饮用水处理中会产生一定的膜污染，这也是国内外饮用水处理工程面对的一个共性问题。目前而言，解决膜污染的主要措施是采用化学清洗的方法，虽然可以祛去除掉膜中的部分有害物质，但大多数有机污染物难以祛去除，严重影响膜的运行周期和使用寿命，相关部门应重视这一问题，在解决膜污染问题上研究和开发出抗污染性较高的膜材料，以减少膜污染，提高膜材料的经济性和实用性。

最后，膜技术在饮用水处理中的应用和研究虽然日渐增多，但是在不同的水质条件下，膜技术的准备阶段还没有相对完善的规范和制度可以依据，保证膜技术的科学性和有效性，例如，膜技术的预处理、终端膜工艺的确定、组合应用以及参数确定等，这在一定程度上阻碍了膜技术的应用和发展，所以，在膜技术应用前，相关部门应针对膜技术中纳滤和超滤工艺的特点制定出完善的操作制度和规范标准，保证膜技术的每一道工艺都能够在饮用水处理过程中发挥正常效用。

三、超滤、纳滤的应用前景

随着国家水质标准的不断提高，极大增加了对水中有机物、细菌、微生物和消毒处理的难度，因此，原有的水处理工艺已经无法满足现代人对饮用水的实际需求，水处理技术必须要与时俱进，将新的技术组合成更为优质的水治理技术，为人们提供更加纯净、安全的生活饮用水。通过将超滤、纳滤以及反渗透等膜处理技术与常规水处理技术相结合的方式，可以更加有效的祛除水中的细菌、有机污染物、病毒等有害物质，减少消毒剂的使用，降低处理饮用水中的化学物含量，优化处理饮用水的水质。在工艺方面，超滤和纳滤技术的操作工艺更加简便、灵活，并且可实现自动化控制，减少净水厂的基建成本。未来，超滤和纳滤技术经过不断的完善和发展，必将成为未来饮用水处理技术的主流，具有广阔的发展空间。

参考文献

[1]孙鹏.膜技术在水处理行业中的应用研究[J].盐业与化工，2017，46（2）：1-4.endprint