范茜超滤技术在饮用水处理行业的应用及发展展望.doc

超滤技术在饮用水处理行业的应用及发展展望 摘要：介绍了膜材料尤其是有机膜材料在饮用水领域的应用和发展，概述了超滤技术在饮用水处理行业的历史发展沿革，总结了当前超滤技术与其他技术的集成应用与研究，展望了超滤新技术在我国饮用水处理方面的应用前景和发展方向。 关键词：超滤膜 饮用水 膜材料 有机膜 水处理 1 超滤技术 超滤(Ultra Filtration,UF)是一种绿色物理分离技术,能够将溶液进行净化、分离或者浓缩的膜透过分离技术，其分离机理主要是筛分和扩散作用；过滤性能介于微滤和纳滤之间。超滤技术截留分子量的定义域为500~500 000左右，对应孔径约为0.002~0.1μm，操作静压差一般为0.1~0.5MPa，被分离组分的直径约为0.005~10μm。 超滤过程通常可以理解成与膜孔径大小相关的筛分过程，以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当水流过膜表面时，只允许水、无机盐及小分子物质透过膜，而阻止水中的悬浮物、胶体、蛋白质和微生物等大分子物质通过[1,2]。超滤膜多为不对称结构，由一层极薄(通常小于1μm)具有一定尺寸孔径的表皮层和一层较厚( 通常为125μm左右)具有海绵状或指状结构的多孔层组成，前者起分离作用，后者起支撑作用[3]。 2 超滤膜材料的发展 超滤膜制膜材料可分为有机材料和无机材料两种。无机膜材料有陶瓷、沸石、玻璃等，其中陶瓷膜较为常见；目前国内外市场也是陶瓷无机超滤膜居多，常用的陶瓷膜可分为Al2O3、ZrO2和TiO2膜等[4]。有机膜材料主要有聚砜(PSF)、聚丙烯腈(PAN)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚砜(PES)，此外还有聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯乙烯( PVC)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)等。 尽管自1906年，Bechold等首次提出“超滤”术语，至今已有100多年了，但第一张真正意义上的超滤膜的诞生始于20 世纪60年代初[5]。我国超滤膜技术起步较晚，20世纪70年代才开始有关超滤膜的研究, 70年代研制出醋酸纤维管式超滤膜，80年代研制出聚砜( PS) 卷式超滤组件、聚砜( PS) 中空纤维超滤组件、聚丙烯腈( PAN) 中空纤维组件、聚氯乙烯( PVC) 中空纤维组件[6-8]。目前我国已有PS、PAN、PSA、PP、PE、PVDF 等十余个品种的超滤膜，用于水处理行业的超滤膜材质主要有聚偏氟乙烯( PVDF)、聚醚砜( PES) 和聚氯乙烯( PVC)等。PVC 材料价格较低，建设成本相对低廉；PES 亲水性能较强，抗氧化能力较强，运行电耗相对较低；PVDF强度较好、韧性高、耐氧化性能优良、耐污染程度高，可应用于污水处理领域[4,9]。 由于膜材料的化学性质、亲水性或疏水性、荷电性、极性或非极性等都会影响膜的分离性能，而单一的膜材料很难同时具有良好的亲水性、化学稳定性、成膜性、热稳定性、较低的操作压力、较好的水通量以及耐酸碱性耐氧化性和机械强度等优点[10,11]，因此目前研究焦点已转向对各种材料进行改性处理提高其物理化学性能，以增强其处理效果，改进由膜污染而引起的渗透通量下降和寿命缩短等问题；改性方法有多种, 有物理共混改性、表面化学改性[12]、等离子体改性[13，14]、溶剂预处理等方法。这些方法都能在膜表而引入极性基团或亲水性大分子链, 使膜的亲水性得到改善,而不影响膜本身的性能。 目前国内新型的超滤膜材料有新型材料有PVC合金（PVC与其他材料通过采用了接枝共聚、嵌段共聚和物理共混的方法进行改性混合而成的材料）超滤膜、多通道中空纤维超滤膜等。 3 　超滤膜在饮用水处理领域应用的历史沿革 上世纪80年代：1987年，美国科罗拉多州的Keystone建成了世界上第一座膜分离水厂，处理水量105m3/d，采用孔径为0.2μm的聚丙烯中空纤维微滤膜；1988年，法国建成的Amoncourt水厂是世界上第一座采用超滤工艺的给水厂，日处理水量为240m3，采用0.01μm醋酸纤维素中空纤维超滤膜[15]；1989年，荷兰建成了处理水量为1200m3/d的超滤膜水厂，用以去除浊度并且达到消毒作用。 上世纪90年代：1998年，加拿大安大略省Collingwood水厂采用0.035μm的浸没式超滤膜过滤技术建成超滤水厂并投产，日处理水量为2.8万m3[16]；1997年，法国Essonne建立了Vigneux超滤膜过滤水厂，处理Seine河水，处理能力达5.5万m3/d。1998 年德国TNA公司以Nonnweiler水库水为水源饮用水，试验证明超滤和微滤膜法处理的出水水质都能很好的满足德国饮用水标准[17]。截止1999年全世界采用超滤技术的水厂已经达到50家[18]。 本世纪：2009年新加坡建成目前世界上最大的浸没式超滤饮用水厂——Chest