过滤技术在给水处理中的优化

郭瑜 薛聪

摘 要：由于水是一种溶解力很强的溶剂，又与外界环境如空气、地壳、土壤等广泛接触，故而水中必然含有很多杂质，而水的处理或者净化其实质就是通过各种水处理技术去除水中有关杂质，以获得达到一定水质标准的水供生活饮用或工业使用。水处理技术包括混凝、过滤、吸附、膜分离和消毒等。

关键词：过滤技术；给水处理；优化

1 过滤技术在给水处理中的优化

以砂滤技术为代表的传统过滤技术利用石英砂等粒状滤料层截留水中悬浮杂质，有较长应用历史。但由于受过滤介质和冲洗方式限制，长时间污水截留率有限、运行效率低、能耗大、更换周期短。

混凝技术也能提升传统过滤技术的分离精度，动态砂过滤技术通过实现连续过滤而将分离负荷提升至传统技术的2倍，动态膜和滤布滤池技术对分离效率和分离精度的提升作用均十分明显。膜技术的分离精度最高，但是分离负荷及处理成本成为了目前该技术广泛使用的限制因素。这也促使研究者们向过滤精度高、处理速度快的新型过滤技术展开诸多探索。

1.1 传统过滤技术的改进———动态砂过滤技术

动态砂过滤系统是一种结合生物作用的改良连续砂滤器，通过同步过滤和反冲洗实现24h连续不停机工作，主要应用于各类给水过滤处理、污水深度处理和城市及工业水回用处理等。该系统主要利用逆流原理使进水通过底部布水器自下而上流经动态砂过滤床，滤床截留污染物，顶部溢流清水，脏砂借助气体在顶部洗砂器中紊流和机械碰撞作用实现反冲洗，洗净滤砂重力回流至砂床。其主要特点有：1）立式结构紧凑且处理规模大；2）过滤作用与生物净化作用结合；3）连续自清洗，无需停机；4）SS负荷适应性强，处理效果稳定；5）运行成本低，维修保养少，高度自动化。

1.2 膜技术进展

膜分离技术近年来在国内污水处理领域发展迅速，主要使用压力差驱动的膜分离过程。依据膜孔尺寸及分离物粒径范围可分为微滤（Microfiltration，MF）、超滤（Ultrafiltration，UF）、纳滤（Nanofiltration，NF）和反渗透（ReverseOsmosis，RO）4种类型。微滤（MF）和超滤（UF）是世界上开发应用最早的分离膜。目前，我国微滤和超滤技术大约占我国膜工业年产值的1/5。微滤膜和超滤膜技术在生活污水和工业废水回用、MBR、深度预处理工艺等方面已有广泛应用研究。目前MBR工艺中基本使用微滤膜，MBR也因具有出水水质良好、设备紧凑、运行管理方便、剩余污泥产量少等特点近年来得到迅速发展。纳滤（NF）膜是在20世纪80年代末期发展起来的一种截留分子量为200～2000Da的新型分离膜。反渗透（RO）膜是20世纪50年代开发的具有不对称结构、孔径<2nm的分离膜，操作压力在0.8～7.5MPa。反渗透技术和纳滤膜技术多用来实现生活污水及工业废水的深度处理及回用、海水及苦咸水淡化和工农业废水有用资源浓缩回收等。

1.3 平衡分离精度与负荷的新型过滤技术

1.3.1 动态膜技术

动态膜（DynamicMembrane，DM），也称动态形成膜（DynamicallyFormedMembrane）或原位形成膜（Formed-in-placeMembrane），通过过滤含成膜物质溶液而在多孔基材表面形成。常见基材包括尼龙筛网、筛绢、无纺布、不锈钢网等，氟石、硅藻土、高岭土、页硅酸盐、熟石灰等矿物为常见的成膜物质。动态膜根据形成方式可分为预涂动态膜（Pre-coatedDM）和自生动态膜（Self-formingDM）。动态膜研究源自反渗透的预涂动态膜，至20世纪90年代开始有针对自生动态膜的超滤、微滤研究，主要用于生物、食品领域强化过滤效果。自生动态膜以其价格低廉、操作简便的优势逐渐成为研究主流热点。近年来，动态膜技术结合MBR的基本原理发展出了动态膜生物反应器技术，以活性污泥形成的动态膜取代传统微滤或超滤膜实现固液分离。动态膜基材主要采用微米级孔径的微网材料，与活性污泥平均粒径相仿，但动态膜形成后截留能力可达到微滤或超滤水平。常见的动态膜生物反应器均为自生动态膜过程。

1.3.2 滤布滤池技术

滤布滤池（Cloth-mediaFiltration）又称为纤维转盘过滤器，是一种过滤等级为5～10μm的表面过滤装置。滤布滤池系统比普通砂滤处理效果好，水质水量稳定，能耗低（高程损失仅为0.3m），反冲洗时间短，占地面积小（仅为常规工艺的1/2），维护使用简便。一些欧美国家已将该工艺作为城市污水深度处理单元。

滤布滤池采用过滤转盘外包滤布来代替传统过滤介质，沿过滤方向分别为纤维毛层及大孔隙支撑。过滤组件包括中心轴、过滤转盘、反冲洗系统、污泥去除系统、中心传动系统及支架支撑系统。进水利用重力流入滤池并压过滤布，部分较轻的污泥吸附于滤布外侧形成泥餅从而可部分提升过滤效果，较重的污泥利用斗型池底排出滤池，滤布过滤阻力增加到一定液位时利用吸泥装置进行反冲洗。针对进水中含油或黏度高时对过滤介质的改进可能是这类滤池未来主要的研发方向。

1.4 消毒技术

水的消毒主要是为了杀灭或抑制水中对人体有害的致病微生物。水的消毒技术可分为化学消毒和物理消毒两大类，化学消毒中采用的消毒剂又可分为氧化型消毒剂和非氧化型消毒剂，氧化型消毒剂中应用最广的是氯及其制品，这是由于氯的价格低廉、消毒效果良好、使用较方便等特点，在非氧化型消毒剂中如季铵盐等在工业冷却水的杀菌，灭藻中应用较多。物理消毒中应用较多的是臭氧消毒和紫外线消毒，臭氧消毒的特点是杀菌效果好，不需很长的接触时间，受水中的PH值和氨氮影响较小，能通过强氧化作用消除水中的有机物，对水中的铁、锰、色度和嗅味也有一定的去除效果，其缺点是耗电较多，运行费用高，同时，臭氧需边生产、边使用，不易存储；紫外消毒的缺点是消毒作用有一定的作用距离和范围，当水中的悬浮物和浊度高时会妨碍紫外线的透射等。

近年来以氯为主要消毒剂已发展了一些新品种，如二氧化氯（ClO2）、氯代异氰酸盐（TCCA与DCCA）以及一些加氯的增效剂，如等三嗪类化合物等，此外，含溴的消毒剂也有相应的发展，在非氧化型消毒剂中出现了异噻唑啉酮、季铵盐等新品种。物理消毒中臭氧和紫外消毒也发展较快，这可能和加氯后产生消毒副产物有关，如卤代甲烷类化合物等，有的已确认为致癌物而引起广泛关注，因此非氯消毒剂也有很大的发展前景。

2 结语

近年来，人们对高效率、低能耗、低成本和低占地等高性能指标的不断追求使污水处理技术不断创新、发展迅速。研究者们也同时不断追求新型高效、更符合可持续发展理念的沉淀与过滤技术。在技术推广过程中，应注意以下问题：

（1）硅藻土、磁分离、微砂沉淀等沉淀技术和滤布滤池技术、动态砂过滤技术等过滤技术均有较大规模的实际生产应用试验。新型沉淀与过滤技术的开发既要注重技术细节也应重视挖掘技术的应用及产业化潜力。

（2）正视新型沉淀与过滤技术推广中的问题，理清新技术基本原理的正确性和适用性，建立试验体系予以支撑，完善工艺完整性，提供实际生产应用的理论基础。

参考文献：

[1] 刘洪涛，徐冠华，朱果逸.先进水处理技术研究进展[J].水处理技术，2008（4）：1～7.

[2] 汪恂，宛海燕.微污染水源水处理技术的现状与发展[J].山西建筑，2008（32）：20～21.