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（信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司大连分院116600；大连市排水处监测站辽宁大连116033）
[摘要]以低压膜技术为核心的组合工艺作为微污染水源水处理的一项新技术，已成为给水处理领域研究的热点，但膜污染一直是低压膜技术在实际工程中推广应用所面临的一大障碍，研究者采用预处理措施与低压膜联合应用来控制膜污染。本文总结膜技术在饮用水处理方面的应用，重点对混凝、吸附、氧化等膜系统的预处理措施进行介绍。
[关键词]超滤微滤混凝吸附
中图分类号：TS102.528.1 文献标识码：TS 文章编号：1009―914X（2013）31―0210―01
膜技术自开始应用于水处理领域以来，由于其对于颗粒物、细菌和微生物的有效截留而得到广泛关注。而其中超滤（UF）和微滤（MF）技术由于操作压力低、出水水质稳定在给水处理中的应用不断发展，已具有取代传统饮用水处理的潜力，已成为应用最为广泛的膜技术。微滤和超滤膜去除水中污染物的过程是通过膜孔的直接筛除作用，单独应用微滤膜和超滤膜对溶解性有机物的去除率不高[1]，并且会造成严重的膜污染，对于高浊度水也难以适应，研究者更多的是将微滤和超滤膜与其他预处理措施联合应用，以达到相应的处理要求，提高膜对NOM的去除效果，保证膜处理效果的稳定性，降低膜维护次数，延长膜的使用寿命。预处理、膜组件的选择和流程的安排，这三个相互影响因素的优化组合决定着膜处理装置运行的成败。目前，常用的预处理措施有：混凝/絮凝、吸附和氧化等，在本文具体介绍了这几种预处理方式与膜技术联合应用方面的研究进展。
1混凝预处理
混凝可以有效的去除水中的颗粒物、胶体和溶解性有机物，与低压膜技术联用后，能够提高其出水水质。混凝预处理可以改善膜污染，提高膜过滤通量，主要是依靠以下三种方式：（1）降低进水中的污染物，将水中造成膜污染的细小胶体颗粒通过混凝包裹在较大的矾花中被膜截留，防止其沉积或吸附在膜孔内部；（2）改善沉积在膜表面的滤饼层过滤性能，有文献报道混凝可以降低膜表面滤饼层的阻力[2]，在应用混凝-微滤工艺处理地表水中发现，随着絮凝时间的加长，不规则絮体逐渐减小，特别是颗粒尺寸小于5 μm的胶体颗粒，这样形成的滤饼层较为松软，孔隙率高，滤饼层阻力较低，从而起到了提高膜通量的作用。（3）改善水中颗粒物和胶体的迁移性能，混凝可以通过吸附架桥等作用将水中的胶体等物质絮凝成较大尺寸的颗粒物，从而被膜截留而不堵塞在膜孔内部，另外，颗粒物的粒径越大越不容易沉积在膜表面，即使沉积也容易被反洗等物理清洗措施所洗脱。
2吸附预处理
吸附主要是利用吸附剂对原水进行必要的前处理，如去除水中大部分的浊度、各种类型的有机化合物和色度，这些污染物的去除为后续的膜过滤提供了必要的保障。目前国内外学者关于投加活性炭作为预处理对膜污染的影响还存在不同观点。PirbazariMassoud等采用PAC-MF工艺处理含有天然和合成有机物原水时，投加PAC有效提高膜过滤通量[3]。Matsui在混凝和陶瓷微滤膜的组合工艺中分别投加了S-PAC和PAC后均能够减缓膜污染[4]。但也有研究表明，PAC对提高膜通量的效果甚微。于海琴的研究表明，投加PAC进行预处理后UF的膜通量下降趋势有所减缓，但并不能显著地减缓膜污染并获得高通量[5]。在Cheng的研究中PAC作为超滤膜的预处理并没有减缓膜污染，甚至使膜通量下降[6]。
3预氧化
预氧化是指在水处理前段投加氧化剂强化其处理效果的预处理措施，其目的是去除水中的有机污染物、阻止微生物生长、除藻和除铁锰等，从而保障饮用水的安全性。常用的氧化剂有臭氧、次氯酸钠和高锰酸钾等。
臭氧是应用最为广泛的预氧化技术，对于水中色度和嗅味均有较好的去除作用，特别是臭氧可以在水中发生链式反应，生成氢氧自由基（•OH），将大分子有机物氧化成为小分子有机物，但是其与NOM反应可能会成消毒副产物溴酸盐。Mozia采用臭氧-UF工艺可以去除原水中96%的TOC和100%的UV254，但UF膜无法有效去除臭氧产生的消毒副产物[7]。次氯酸钠能够有效杀藻，提高低压膜对有机物的去除效果，但是氯和NOM反应所形成的消毒副产物是其应用中的主要问题。预氯化可以有效的控制微生物的生长，从而控制膜表面的微生物污染。高锰酸钾是一种强氧化剂，可以有效的去除原水中的有机物、控制消毒副产物前体物，但是作为低压膜的预处理应用较少。
4 结语
膜技术已经在水处理领域中得到了普遍的认可，合理的利用预处理措施，能够提高膜通量，降低膜污染，维持系统的稳定性，以达到整套膜工艺系统运行成本的最优化。因此，膜预处理工艺的选择和优化是膜系统在水处理领域应用的一个主要研究方向。随之膜价格的降低，膜技术的日趋成熟，其完全有可能取代传统的水处理工艺。
参考文献
[1]Qina J J，Oo M H，Kekrea K A，et al. Reservoir water treatment using hybrid coagulation-ultrafiltraion[J]. Desalination，2006，193（1-3）：344-349.
[2] Min H C，Chung H L，Sangho L. Effect of flocculation conditions on membrane permeability in coagulation–microfiltration[J]. Desalination，2006，191（1-3）：386-396.
[3] Pirbazari M，Badriyha B N，Ravindran V. MF-PAC for treating waters contaminated with natural and synthetic organics[J]. Journal of the American Water Works Association，1992，84（12）：95-103.
[4] Matsui Y，Hasegawa H，Ohno K，et al. Effects of super-powdered activated carbon pretreatment on coagulation and trans-membrane pressure buildup during microfiltration[J]. Water Research，2009，43（20）：5160-5170.
[5] 于海琴，杨成永，张 惠. 粉末活性炭导入超滤系统去除水中天然有机物的性能研究[J]. 膜科学与技术，2009，26（2）：85-89.
[6] Lin C F，Liu S H，Hao O J. Effect of functional groups of humic substances on UF performance[J]. Water Research，2001，35（10）：2395-2402.
[7] Mozia S，Tomaszewska M，Morawski A W. Application of an ozonation–adsorption–ultrafiltration system for surface water treatment[J]. Desalination，2006，190（1-3）：308-314.
[摘要]以低压膜技术为核心的组合工艺作为微污染水源水处理的一项新技术，已成为给水处理领域研究的热点，但膜污染一直是低压膜技术在实际工程中推广应用所面临的一大障碍，研究者采用预处理措施与低压膜联合应用来控制膜污染。本文总结膜技术在饮用水处理方面的应用，重点对混凝、吸附、氧化等膜系统的预处理措施进行介绍。
[关键词]超滤微滤混凝吸附
中图分类号：TS102.528.1 文献标识码：TS 文章编号：1009―914X（2013）31―0210―01
膜技术自开始应用于水处理领域以来，由于其对于颗粒物、细菌和微生物的有效截留而得到广泛关注。而其中超滤（UF）和微滤（MF）技术由于操作压力低、出水水质稳定在给水处理中的应用不断发展，已具有取代传统饮用水处理的潜力，已成为应用最为广泛的膜技术。微滤和超滤膜去除水中污染物的过程是通过膜孔的直接筛除作用，单独应用微滤膜和超滤膜对溶解性有机物的去除率不高[1]，并且会造成严重的膜污染，对于高浊度水也难以适应，研究者更多的是将微滤和超滤膜与其他预处理措施联合应用，以达到相应的处理要求，提高膜对NOM的去除效果，保证膜处理效果的稳定性，降低膜维护次数，延长膜的使用寿命。预处理、膜组件的选择和流程的安排，这三个相互影响因素的优化组合决定着膜处理装置运行的成败。目前，常用的预处理措施有：混凝/絮凝、吸附和氧化等，在本文具体介绍了这几种预处理方式与膜技术联合应用方面的研究进展。
1混凝预处理
混凝可以有效的去除水中的颗粒物、胶体和溶解性有机物，与低压膜技术联用后，能够提高其出水水质。混凝预处理可以改善膜污染，提高膜过滤通量，主要是依靠以下三种方式：（1）降低进水中的污染物，将水中造成膜污染的细小胶体颗粒通过混凝包裹在较大的矾花中被膜截留，防止其沉积或吸附在膜孔内部；（2）改善沉积在膜表面的滤饼层过滤性能，有文献报道混凝可以降低膜表面滤饼层的阻力[2]，在应用混凝-微滤工艺处理地表水中发现，随着絮凝时间的加长，不规则絮体逐渐减小，特别是颗粒尺寸小于5 μm的胶体颗粒，这样形成的滤饼层较为松软，孔隙率高，滤饼层阻力较低，从而起到了提高膜通量的作用。（3）改善水中颗粒物和胶体的迁移性能，混凝可以通过吸附架桥等作用将水中的胶体等物质絮凝成较大尺寸的颗粒物，从而被膜截留而不堵塞在膜孔内部，另外，颗粒物的粒径越大越不容易沉积在膜表面，即使沉积也容易被反洗等物理清洗措施所洗脱。
2吸附预处理
吸附主要是利用吸附剂对原水进行必要的前处理，如去除水中大部分的浊度、各种类型的有机化合物和色度，这些污染物的去除为后续的膜过滤提供了必要的保障。目前国内外学者关于投加活性炭作为预处理对膜污染的影响还存在不同观点。PirbazariMassoud等采用PAC-MF工艺处理含有天然和合成有机物原水时，投加PAC有效提高膜过滤通量[3]。Matsui在混凝和陶瓷微滤膜的组合工艺中分别投加了S-PAC和PAC后均能够减缓膜污染[4]。但也有研究表明，PAC对提高膜通量的效果甚微。于海琴的研究表明，投加PAC进行预处理后UF的膜通量下降趋势有所减缓，但并不能显著地减缓膜污染并获得高通量[5]。在Cheng的研究中PAC作为超滤膜的预处理并没有减缓膜污染，甚至使膜通量下降[6]。
3预氧化
预氧化是指在水处理前段投加氧化剂强化其处理效果的预处理措施，其目的是去除水中的有机污染物、阻止微生物生长、除藻和除铁锰等，从而保障饮用水的安全性。常用的氧化剂有臭氧、次氯酸钠和高锰酸钾等。
臭氧是应用最为广泛的预氧化技术，对于水中色度和嗅味均有较好的去除作用，特别是臭氧可以在水中发生链式反应，生成氢氧自由基（•OH），将大分子有机物氧化成为小分子有机物，但是其与NOM反应可能会成消毒副产物溴酸盐。Mozia采用臭氧-UF工艺可以去除原水中96%的TOC和100%的UV254，但UF膜无法有效去除臭氧产生的消毒副产物[7]。次氯酸钠能够有效杀藻，提高低压膜对有机物的去除效果，但是氯和NOM反应所形成的消毒副产物是其应用中的主要问题。预氯化可以有效的控制微生物的生长，从而控制膜表面的微生物污染。高锰酸钾是一种强氧化剂，可以有效的去除原水中的有机物、控制消毒副产物前体物，但是作为低压膜的预处理应用较少。
4 结语
膜技术已经在水处理领域中得到了普遍的认可，合理的利用预处理措施，能够提高膜通量，降低膜污染，维持系统的稳定性，以达到整套膜工艺系统运行成本的最优化。因此，膜预处理工艺的选择和优化是膜系统在水处理领域应用的一个主要研究方向。随之膜价格的降低，膜技术的日趋成熟，其完全有可能取代传统的水处理工艺。
参考文献
[1]Qina J J，Oo M H，Kekrea K A，et al. Reservoir water treatment using hybrid coagulation-ultrafiltraion[J]. Desalination，2006，193（1-3）：344-349.
[2] Min H C，Chung H L，Sangho L. Effect of flocculation conditions on membrane permeability in coagulation–microfiltration[J]. Desalination，2006，191（1-3）：386-396.
[3] Pirbazari M，Badriyha B N，Ravindran V. MF-PAC for treating waters contaminated with natural and synthetic organics[J]. Journal of the American Water Works Association，1992，84（12）：95-103.
[4] Matsui Y，Hasegawa H，Ohno K，et al. Effects of super-powdered activated carbon pretreatment on coagulation and trans-membrane pressure buildup during microfiltration[J]. Water Research，2009，43（20）：5160-5170.
[5] 于海琴，杨成永，张 惠. 粉末活性炭导入超滤系统去除水中天然有机物的性能研究[J]. 膜科学与技术，2009，26（2）：85-89.
[6] Lin C F，Liu S H，Hao O J. Effect of functional groups of humic substances on UF performance[J]. Water Research，2001，35（10）：2395-2402.
[7] Mozia S，Tomaszewska M，Morawski A W. Application of an ozonation–adsorption–ultrafiltration system for surface water treatment[J]. Desalination，2006，190（1-3）：308-314.