無機(jī)膜微濾制備飲用凈水

無機(jī)膜微濾制備飲用凈水摘要：活性炭纖維吸附可以有效去除自來水中低分子有機(jī)物；無機(jī)膜微濾可除去懸浮物、色度、細(xì)菌等，對苯也有部分去除效果，兩者相結(jié)合的聯(lián)用工藝可有效去除水中有害雜質(zhì)，出水滿足飲用凈水要求。無機(jī)膜采用化學(xué)法再生，活性炭纖維采用高溫蒸汽再生。關(guān)鍵詞：飲用凈水；活性炭纖維；無機(jī)膜1前言隨著人們生活水平的提高和健康條件的改善，對水質(zhì)的要求也越來越高，為解決目前常用的水箱供水存在二次污染問題，出現(xiàn)了變頻供水及分質(zhì)供水技術(shù)。針對當(dāng)前純凈水與天然水的爭論，上海市頒布了地方飲用凈水標(biāo)準(zhǔn)（DB31/97-1997），2000年建設(shè)部發(fā)布了飲用凈水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(CJ94-1999)，這些均反映了我國在水質(zhì)指標(biāo)方面向世界先進(jìn)水平接軌的努力。無機(jī)膜是二戰(zhàn)時期發(fā)展起來的，最初用于鈾同位素的分離，1970年后轉(zhuǎn)入工業(yè)應(yīng)用，1990年后無機(jī)膜的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大到食品工業(yè)、環(huán)境工程、生物化工、高溫氣體除塵等領(lǐng)域。自1984年以來，以無機(jī)膜為主體的過濾體系就已在水工業(yè)實(shí)踐中應(yīng)用[1]。南京工業(yè)大學(xué)膜科學(xué)與技術(shù)研究所一直致力于陶瓷微濾膜用于飲用水凈化的研究。試驗(yàn)證明，以無機(jī)膜微濾為主體的凈化設(shè)備，出水滿足飲用凈水要求，可以用于自來水的深度凈化，或作為小型水廠的替代，凈化微污染原水。2研究內(nèi)容南京某化工廠的水源受到有機(jī)物的污染，自來水帶有明顯得異味，經(jīng)分析表明，自來水中的污染物主要是直鏈烷烴和芳烴。本研究的目的是建立合適的處理工藝，去除自來水中的低分子有機(jī)物，使飲用水達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，研究的主要內(nèi)容為：除去水中的膠體、懸浮固體和菌體，烴類等有機(jī)物降低到很低的水平，凈化水無異味，盡可能保留天然水中的礦物離子。3試驗(yàn)裝置及分析方法3.1試驗(yàn)裝置及方法小試裝置包括吸附和無機(jī)微濾膜組件兩部分（實(shí)際應(yīng)用時在加消毒裝置），吸附柱填充14克活性炭纖維，無機(jī)膜組件長20厘米，單管，膜孔徑0.3微米。3.2分析方法苯的微量分析采用上海分析儀器廠501氫火焰氣相色譜法，濁度HACH2100N濁度儀，色度采用標(biāo)準(zhǔn)鉑鈷比色法，水質(zhì)全分析方法參照國家飲用水檢測標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。4試驗(yàn)結(jié)果及討論4.1無機(jī)膜凈化效果及分析水處理過程中涉及的病原微生物均在幾個微米以上，如內(nèi)變形蟲孢囊在10～20μm，賈第蟲在10～12μm，隱孢子蟲在4～6μm，傷寒桿菌0.7×（2～4）μm，痢疾桿菌0.6×（1～3μm）μm，霍亂弧菌在0.5×（1～1.5）μm，大腸桿菌在（2～3）×（0.5～0.8）μm等[2]，膜分離是一種在某種推動力作用下，利用特定膜的透過性能，分離水中離子、分子和雜質(zhì)的技術(shù)，研究中采用的0.3μm無機(jī)膜，其單獨(dú)對地表水的凈化效果見表1。無機(jī)陶瓷膜對地表水的凈化效果表1細(xì)菌總數(shù)（個/毫升）總大腸桿菌數(shù)(個/升)色度(度)渾濁度（NTU）肉眼可見物地表水7400031530有陶瓷膜凈化水<10<3<5<1無注：安徽省衛(wèi)生防疫站檢測結(jié)果表中可見無機(jī)微濾膜對細(xì)菌有顯著的截留效果，對色度和濁度去除效果較好。日常檢測濁度長期保持在0.1NTU左右。這主要是因?yàn)榧?xì)菌及產(chǎn)生色度和濁度的物質(zhì)都是大分子物質(zhì)或顆粒，物理截留作用即可去除。無機(jī)膜對苯的凈化效果見表2。原水采用自來水加苯配制，苯含量154ppm。無機(jī)膜對苯的脫除效果表2時間（分鐘化水苯含量（pppm）741089667.549.1脫除率（％）5230385768可見無機(jī)膜對苯有一定的截留效果，這有兩種原因，一是膜的孔徑分布由小至大，有一個范圍，苯通過大孔透過，而被小孔截留，二是苯可以吸附于膜的毛細(xì)孔壁，先附著的苯分子部分排斥后來通過的苯，因而表現(xiàn)為一定的截留效果。但單獨(dú)用無機(jī)膜微濾達(dá)不到對苯的去除要求。4.2活性炭纖維吸附與無機(jī)膜微濾凈化效果活性炭纖維（FAC）是一種高性能的吸附劑，與顆?；钚蕴浚℅AC）相比具有吸附容量大，對水溶液中的有機(jī)物、無機(jī)物、貴重金屬離子的吸附量比GAC高5～6倍，一般對苯系物的吸附容量可達(dá)30％（重量比）以上，對微生物和細(xì)菌有優(yōu)良的吸附能力；吸附速度快，可很快達(dá)到平衡。另外，F(xiàn)AC再生容易，脫附速度快，用120～150○C的熱空氣或過熱蒸汽再生10～30分鐘即可再生完全，再生次數(shù)可達(dá)一萬多次。采用FAC吸附低分子有機(jī)物，與無機(jī)膜微濾相結(jié)合，優(yōu)勢互補(bǔ)。組合工藝的凈化效果見表3?；钚蕴坷w維與無機(jī)膜微濾相結(jié)合的凈化效果表3苯（ppm）揮發(fā)酚類（ppmm）氯仿（ppm）進(jìn)水52.042.474.2凈化水（FAC吸附時間110秒）3.1913.512.9截留率1（％）93.968.282.6凈化水（FAC吸附時間1156秒）未檢出<0.0022.04截留率2（％）100>99.99%94.6注：進(jìn)水以自來水加苯、苯酚、氯仿配制，攪拌混合30分鐘后使用。陶瓷膜操作壓力0.175MPa，滲透通量484L/m2·hr，運(yùn)行60分鐘后取樣送檢。由于自來水中氯仿類物質(zhì)一般在0.1ppm以下，因此，F(xiàn)AC吸附與無機(jī)膜微濾相結(jié)合的工藝對低分子有機(jī)物的去除效果是滿足要求的。另外，F(xiàn)AC吸附還降低了膜的污染，使膜的通量不致下降很快。4.3FAC再生和膜的清洗FAC再生采用高溫蒸汽，要求食品級凈化度，將0.8MPa，170○C飽和蒸汽減壓至0.2MPa，120○C再生1小時，吸附容量恢復(fù)大于99％。膜清洗采用酸堿交替清洗法。配制5％硝酸和5％NaOH溶液，堿洗1小時，清水漂洗5分鐘，酸洗1小時，再用純凈水（過濾水）漂洗管路及膜組件40分鐘?；瘜W(xué)清洗可恢復(fù)通量到新膜純水通量的70％，且重復(fù)性好。5實(shí)際運(yùn)行效果根據(jù)以上研究結(jié)果，確定了FAC吸附與無機(jī)膜微濾組合工藝，設(shè)計(jì)建立了0.5～1.0噸/小時的凈水裝置投入使用，裝置可以在線清洗再生。衛(wèi)生防疫站的檢測結(jié)果如表4所示。無機(jī)膜凈水裝置檢測結(jié)果表4檢測項(xiàng)目自來水凈化水飲用水國標(biāo)飲用凈水標(biāo)準(zhǔn)評價色度（度）<5155++渾濁度（NTU）<0.131++鋅（mg/L）0.230.08611.0++銅（mg/L）<0.2<0.211.0++鋁（mg/L）0.0170.0150.2++鎘（mg/L）<0.0005<0.00050.010.01++六價鉻（mg/LL）<0.004<0.0040.050.05++鉛（mg/L）<0.005<0.0050.050.01++好氧量O2（mgg/L）1.421.2742++苯（mg/L）<0.01<0.01++細(xì)菌總數(shù)（個/mml）1536610050++總大腸菌群（個//L）<3無檢出<30+霉菌（個/ml）<1<1金屬離子總數(shù)<0.4565<0.3105金屬離子的去除率率<32％細(xì)菌截留率99.6%注：日本飲用水標(biāo)準(zhǔn)中，苯0.01mg/L。++表示優(yōu)于飲用水國標(biāo)和凈水標(biāo)準(zhǔn)，+表示優(yōu)于國標(biāo)而和凈水標(biāo)準(zhǔn)一致。結(jié)果表明，F(xiàn)AC吸附與無機(jī)膜微濾凈化裝置，出水滿足飲用凈水標(biāo)準(zhǔn)，并盡可能保留了礦物離子?？蓱?yīng)用于直接飲用的管道供水或灌裝水。6結(jié)語活性炭纖維吸附可以有效去除自來水中低分子有機(jī)物，無機(jī)膜微濾可除去懸浮物、色度、細(xì)菌等，對苯也有部分去除效果，。兩者相結(jié)合的聯(lián)用工藝可有效去除水中有害雜質(zhì)，出水滿足建設(shè)部飲用凈水要求。無機(jī)膜采用化學(xué)法再生，活性炭纖維采用高溫蒸汽再生。參考文獻(xiàn)：1RemeshR.BhaveInorganicMembranesSynthesis,CharacteristicsandApplicationsV.N.R.NewYork19912GraunG。F。Isolationandidentificationofgiardiacysts,cryptosporidiumoocystsandfreelivingpathogenicamoebaeinwateretc.HMSO,UK,1989。InorganicmembranemicrofiltrationtoproducepurepotablewaterAbstract：Fibreactivatedcarbon(FAC)canadsorbsmallsizeorganicmattereffectively,whileinorganicmembranemicrifiltrationcanremovesuspendedsubstances,color,bacteriaetc.andalsobenzenetosomeextent.Theprocessthatcombinedtwoofthemcanproducepotablepurewaterthataccordwithnewnationstandardofpotablepurewater,andremoved