无机膜微滤制备饮用净水

无机膜微滤制备饮用净水摘要：活性炭纤维吸附可以有效去除自来水中低分子有机物；无机膜微滤可除去悬浮物、色度、细菌等，对苯也有部分去除效果，两者相结合的联用工艺可有效去除水中有害杂质，出水满足饮用净水要求。无机膜采用化学法再生，活性炭纤维采用高温蒸汽再生。关键词：饮用净水；活性炭纤维；无机膜1前言随着人们生活水平的提高和健康条件的改善，对水质的要求也越来越高，为解决目前常用的水箱供水存在二次污染问题，出现了变频供水及分质供水技术。针对当前纯净水与天然水的争论，上海市颁布了地方饮用净水标准（DB31/97-1997），2000年建设部发布了饮用净水水质标准(CJ94-1999)，这些均反映了我国在水质指标方面向世界先进水平接轨的努力。无机膜是二战时期发展起来的，最初用于铀同位素的分离，1970年后转入工业应用，1990年后无机膜的应用领域日益扩大到食品工业、环境工程、生物化工、高温气体除尘等领域。自1984年以来，以无机膜为主体的过滤体系就已在水工业实践中应用[1]。南京工业大学膜科学与技术研究所一直致力于陶瓷微滤膜用于饮用水净化的研究。试验证明，以无机膜微滤为主体的净化设备，出水满足饮用净水要求，可以用于自来水的深度净化，或作为小型水厂的替代，净化微污染原水。2研究内容南京某化工厂的水源受到有机物的污染，自来水带有明显得异味，经分析表明，自来水中的污染物主要是直链烷烃和芳烃。本研究的目的是建立合适的处理工艺，去除自来水中的低分子有机物，使饮用水达到国家标准，研究的主要内容为：除去水中的胶体、悬浮固体和菌体，烃类等有机物降低到很低的水平，净化水无异味，尽可能保留天然水中的矿物离子。3试验装置及分析方法3.1试验装置及方法小试装置包括吸附和无机微滤膜组件两部分（实际应用时在加消毒装置），吸附柱填充14克活性炭纤维，无机膜组件长20厘米，单管，膜孔径0.3微米。3.2分析方法苯的微量分析采用上海分析仪器厂501氢火焰气相色谱法，浊度HACH2100N浊度仪，色度采用标准铂钴比色法，水质全分析方法参照国家饮用水检测标准进行。4试验结果及讨论4.1无机膜净化效果及分析水处理过程中涉及的病原微生物均在几个微米以上，如内变形虫孢囊在10～20μm，贾第虫在10～12μm，隐孢子虫在4～6μm，伤寒杆菌0.7×（2～4）μm，痢疾杆菌0.6×（1～3μm）μm，霍乱弧菌在0.5×（1～1.5）μm，大肠杆菌在（2～3）×（0.5～0.8）μm等[2]，膜分离是一种在某种推动力作用下，利用特定膜的透过性能，分离水中离子、分子和杂质的技术，研究中采用的0.3μm无机膜，其单独对地表水的净化效果见表1。无机陶瓷膜对地表水的净化效果表1细菌总数（个/毫升）总大肠杆菌数(个/升)色度(度)浑浊度（NTU）肉眼可见物地表水7400031530有陶瓷膜净化水<10<3<5<1无注：安徽省卫生防疫站检测结果表中可见无机微滤膜对细菌有显著的截留效果，对色度和浊度去除效果较好。日常检测浊度长期保持在0.1NTU左右。这主要是因为细菌及产生色度和浊度的物质都是大分子物质或颗粒，物理截留作用即可去除。无机膜对苯的净化效果见表2。原水采用自来水加苯配制，苯含量154ppm。无机膜对苯的脱除效果表2时间（分钟化水苯含量（pppm）741089667.549.1脱除率（％）5230385768可见无机膜对苯有一定的截留效果，这有两种原因，一是膜的孔径分布由小至大，有一个范围，苯通过大孔透过，而被小孔截留，二是苯可以吸附于膜的毛细孔壁，先附着的苯分子部分排斥后来通过的苯，因而表现为一定的截留效果。但单独用无机膜微滤达不到对苯的去除要求。4.2活性炭纤维吸附与无机膜微滤净化效果活性炭纤维（FAC）是一种高性能的吸附剂，与颗粒活性炭（GAC）相比具有吸附容量大，对水溶液中的有机物、无机物、贵重金属离子的吸附量比GAC高5～6倍，一般对苯系物的吸附容量可达30％（重量比）以上，对微生物和细菌有优良的吸附能力；吸附速度快，可很快达到平衡。另外，FAC再生容易，脱附速度快，用120～150○C的热空气或过热蒸汽再生10～30分钟即可再生完全，再生次数可达一万多次。采用FAC吸附低分子有机物，与无机膜微滤相结合，优势互补。组合工艺的净化效果见表3。活性炭纤维与无机膜微滤相结合的净化效果表3苯（ppm）挥发酚类（ppmm）氯仿（ppm）进水52.042.474.2净化水（FAC吸附时间110秒）3.1913.512.9截留率1（％）93.968.282.6净化水（FAC吸附时间1156秒）未检出<0.0022.04截留率2（％）100>99.99%94.6注：进水以自来水加苯、苯酚、氯仿配制，搅拌混合30分钟后使用。陶瓷膜操作压力0.175MPa，渗透通量484L/m2·hr，运行60分钟后取样送检。由于自来水中氯仿类物质一般在0.1ppm以下，因此，FAC吸附与无机膜微滤相结合的工艺对低分子有机物的去除效果是满足要求的。另外，FAC吸附还降低了膜的污染，使膜的通量不致下降很快。4.3FAC再生和膜的清洗FAC再生采用高温蒸汽，要求食品级净化度，将0.8MPa，170○C饱和蒸汽减压至0.2MPa，120○C再生1小时，吸附容量恢复大于99％。膜清洗采用酸碱交替清洗法。配制5％硝酸和5％NaOH溶液，碱洗1小时，清水漂洗5分钟，酸洗1小时，再用纯净水（过滤水）漂洗管路及膜组件40分钟。化学清洗可恢复通量到新膜纯水通量的70％，且重复性好。5实际运行效果根据以上研究结果，确定了FAC吸附与无机膜微滤组合工艺，设计建立了0.5～1.0吨/小时的净水装置投入使用，装置可以在线清洗再生。卫生防疫站的检测结果如表4所示。无机膜净水装置检测结果表4检测项目自来水净化水饮用水国标饮用净水标准评价色度（度）<5155++浑浊度（NTU）<0.131++锌（mg/L）0.230.08611.0++铜（mg/L）<0.2<0.211.0++铝（mg/L）0.0170.0150.2++镉（mg/L）<0.0005<0.00050.010.01++六价铬（mg/LL）<0.004<0.0040.050.05++铅（mg/L）<0.005<0.0050.050.01++好氧量O2（mgg/L）1.421.2742++苯（mg/L）<0.01<0.01++细菌总数（个/mml）1536610050++总大肠菌群（个//L）<3无检出<30+霉菌（个/ml）<1<1金属离子总数<0.4565<0.3105金属离子的去除率率<32％细菌截留率99.6%注：日本饮用水标准中，苯0.01mg/L。++表示优于饮用水国标和净水标准，+表示优于国标而和净水标准一致。结果表明，FAC吸附与无机膜微滤净化装置，出水满足饮用净水标准，并尽可能保留了矿物离子。可应用于直接饮用的管道供水或灌装水。6结语活性炭纤维吸附可以有效去除自来水中低分子有机物，无机膜微滤可除去悬浮物、色度、细菌等，对苯也有部分去除效果，。两者相结合的联用工艺可有效去除水中有害杂质，出水满足建设部饮用净水要求。无机膜采用化学法再生，活性炭纤维采用高温蒸汽再生。参考文献：1RemeshR.BhaveInorganicMembranesSynthesis,CharacteristicsandApplicationsV.N.R.NewYork19912GraunG。F。Isolationandidentificationofgiardiacysts,cryptosporidiumoocystsandfreelivingpathogenicamoebaeinwateretc.HMSO,UK,1989。InorganicmembranemicrofiltrationtoproducepurepotablewaterAbstract：Fibreactivatedcarbon(FAC)canadsorbsmallsizeorganicmattereffectively,whileinorganicmembranemicrifiltrationcanremovesuspendedsubstances,color,bacteriaetc.andalsobenzenetosomeextent.Theprocessthatcombinedtwoofthemcanproducepotablepurewaterthataccordwithnewnationstandardofpotablepurewater,andremoved