浸没式超滤膜总大肠菌群截留性能的实验研究

刘露露，冯 磊，吴瑞军

(天津膜天膜科技股份有限公司膜材料与膜应用国家重点实验室 天津 300334)

近年来，随着经济的发展和人们生活水平的提高，饮用水安全日益受到重视。胶体、高分子有机物、细菌和藻类等物质都会污染饮用水[1]。大肠菌群作为粪便污染的指标菌，其检出结果表示水是否被粪便污染。大肠菌群数的高低，表明了水受粪便污染的程度，也反映了对人体健康危害的大小。因此，对饮用水中的大肠菌群进行严格控制和监测是保证生活饮用水安全的重要手段和措施[2]。强制性国家标准GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》规定，平均每100mL饮用水水样中总大肠菌群不得检出。严格的水质标准，对饮用水处理设备的处理能力提出了较高的要求。采用高效合理的饮用水净化处理工艺，充分利用有限的饮用水资源，确保饮用水安全，是关乎国计民生的重要研究课题。超滤膜分离技术具有净水效果好、占地面积小、能耗低、分离效率高、易于维护管理等优点，使其在饮用水处理中的应用越来越广泛[3-5]。本文旨在研究浸没式中空纤维超滤膜在高于常规运行压力下，能否实现对大肠杆菌的完全截留。结果表明，在较高运行压力条件下，浸没式中空纤维超滤膜组件运行情况良好，且仍具备良好的大肠杆菌截留性能，浸没式中空纤维超滤膜能够在较高的运行压力下保持良好的使用性能，能够保障生活饮用水安全。

根据GB/T 5750.12—2006《生活饮用水标准检验方法 微生物指标》，常用的总大肠菌群检验方法为多管发酵法、滤膜法和酶底物法，这3种检测方法具有等效性[6-8]，本实验采用酶底物法进行总大肠菌群检验。

1 实验材料与方法

1.1 实验材料

市售工程用浸没式中空纤维超滤膜组件ST-635(天津膜天膜科技股份有限公司，采用同质增强型复合热致相分离法，膜材质为PVDF，有效膜面积35m2)，SF-635(天津膜天膜科技股份有限公司，采用溶液纺丝法(湿法)，膜材质为PVDF，有效膜面积35m2)。污水为天津经济技术开发区新水源污水处理厂二沉池水(总大肠菌群为108～1010MPN/100mL)；检测试剂符合GB/T 5750.12—2006《生活饮用水标准检验方法 微生物指标》中2.3规定的市售商品化酶底物法固定底物技术检测试剂(制造商：爱德士IDEXX)。

1.2 实验方法

向膜池中加入500mg/L的次氯酸钠溶液，运行10min，使整个实验装置充满次氯酸钠溶液，浸泡12h灭菌，其后用蒸馏水多次清洗膜运行设备至无次氯酸钠残留。清洗完成后，以蒸馏水为膜进水，调压至-0.02MPa，运行10min，取膜进水和膜产水，以此为空白对照，显示此时空白对照实验中大肠杆菌存在情况(保证无大肠杆菌、且无次氯酸钠残留)。空白对照实验完成后，向膜池中加入一定量的含有大肠杆菌的污水处理厂二沉池水，运行4h，进行大肠杆菌截留性能测试。实验进行时，应保证取样口持续出水，且取样前用酒精灯对取样口周围进行灭菌。

1.3 实验装置

实验装置、流程分别如图1、图2所示。

图1 实验装置Fig.1 Experimental device

图2 实验装置流程示意图Fig.2 Process diagram of experimental device

2 结果与讨论

2.1 空白对照实验结果分析

空白对照实验中大肠杆菌截留结果如表1和图3所示。

表1 空白对照实验总大肠菌群截留情况Tab.1 The retention of total coliform in blank experiment

图3 蒸馏水及空白实验膜产水总大肠菌群测定结果Fig.3 Determination of distilled water and blank experiment production water quality

通过以上检测结果可以看出，实验用蒸馏水及空白实验膜产水中均未检出总大肠菌群，故实验用蒸馏水中不含大肠杆菌，该蒸馏水可以作为系列实验中的清洗用水和空白实验用水。

2.2 津膜科技湿法膜大肠杆菌截留性能分析

本阶段实验选用津膜科技湿法膜组件SF-635，分别于-0.04、-0.06MPa压力条件下进行大肠杆菌截留实验，实验结果如表2和图4、图5所示。

表2 津膜科技湿法膜组件SF-635大肠杆菌截留情况Tab.2 The retention of total coliform by wet method membrane SF-635

图4 SF-635于-0.04MPa运行条件下空白实验膜产水、截菌实验膜进水、截菌实验膜产水检测结果Fig.4 SF-635 Detection result of blank experiment production water，water inflow and experiment production water under -0.04MPa

图5 SF-635于-0.06MPa运行条件下截菌实验膜进水、截菌实验膜产水检测结果Fig.5 SF-635 Detection result of water inflow and experiment production water under -0.06MPa

通过以上检测结果可以看出，津膜科技湿法膜组件SF-635，分别于-0.04、-0.06MPa压力下运行4h，膜产水中均未检出总大肠菌群。这表明津膜科技湿法膜能够在-0.04、-0.06MPa的运行压力下保持良好的运行效果，并能够完全截留大肠杆菌。

2.3 津膜科技同质增强复合膜组件大肠杆菌截留性能分析

本阶段实验选用津膜科技同质增强复合膜组件ST-635，分别于-0.04MPa、-0.06MPa压力条件进行大肠杆菌群截留实验，实验结果如表3和图6、图7所示。

通过以上检测结果可以看出，津膜科技同质增强复合膜组件ST-635，分别于-0.04、-0.06MPa压力下运行4h，膜产水中均未检出总大肠菌群，截菌实验膜进水检出总大肠菌群，膜产水未检出总大肠菌群，说明津膜科技同质增强复合膜在-0.04、-0.06MPa的运行压力下，仍能保持良好的运行效果，完全截留大肠杆菌。因此，膜应用于饮用水处理时，可有效保障饮用水的安全。

表3 津膜科技同质增强复合膜组件ST-635大肠杆菌截留情况Tab.3 The retention of total coliform by homogeneous enhancement composite membrane ST-635

图6 ST-635于-0.04MPa运行条件下空白实验膜产水、截菌实验膜进水、截菌实验膜产水检测结果Fig.6 ST-635 Detection result of blank experiment production water，water inflow and experiment production water under -0.04 MPa

图7 ST-635于-0.06MPa运行条件下截菌实验膜进水、截菌实验膜产水检测结果Fig.7 ST-635 Detection result of water inflow and experiment production water under -0.06MPa

3 结 论

津膜科技浸没式中空纤维超滤膜(湿法和同质增强型)在-0.04、-0.06MPa等高于常规(-0.02MPa)运行压力条件下仍能够保持稳定高效运行，中空纤维膜未发生破损、断裂、剥离等破坏情况，且对大肠杆菌保持有良好的截留效果，去除率达100%，能够在高压运行的恶劣条件下保障饮用水的安全。