納濾可有效去除水中的有機(jī)物，同時保留對人體有益的礦物質(zhì)，因而是制取高品質(zhì)水理想的膜技術(shù)。納濾組合工藝的核心問題是如何防止納濾膜的污染，從而決定納濾的預(yù)處理以及組合工藝的組成。納濾進(jìn)水的水質(zhì)有行業(yè)的SDI標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)低于3。但是，SDI僅表征進(jìn)水的懸浮固體和膠體，滿足了SDI僅是防止膜進(jìn)水通道的堵塞，而納濾膜的污染，特別是有機(jī)污染如何造成，目前尚不清楚。雖然有許多的小試研究，但這些結(jié)果對實際的生產(chǎn)應(yīng)用沒有多少的參考價值，真正能說明問題的還應(yīng)該是長期的中試。

 

納濾的可能組合工藝如圖7所示。常規(guī)-納濾似乎是較為理想的組合，臭氧活性炭后面設(shè)置納濾也是可能的組合工藝。法國的Mery-sur-Oise水廠是采用納濾工藝的典型代表，該水廠雖然采用了臭氧以及孔徑6 μm的微濾作為預(yù)處理，但納濾膜仍然季節(jié)性的發(fā)生嚴(yán)重污染。蘇州的中試研究表明，大分子的親水性有機(jī)物是造成納濾膜污染的主要因素，常規(guī)和臭氧活性炭深度工藝都無法完全去除這類有機(jī)物，因而不適合作為納濾的預(yù)處理。超濾可完全截留大分子，因而最為適宜作為納濾的預(yù)處理。

 

 

圖7 納濾膜深度工藝

 

4 臭氧生物活性炭和納濾出水水質(zhì)

臭氧生物活性炭是實現(xiàn)高品質(zhì)飲用水的主流處理工藝，但隨著運行時間，活性炭吸附的逐漸飽和，出水的有機(jī)物也逐漸上升。了解生物活性炭出水有機(jī)物的變化規(guī)律，可為高品質(zhì)飲用水標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)指標(biāo)的制定提供依據(jù)。為此蘇州課題組詳細(xì)調(diào)查和分析了蘇州不同運行年限的生物活性炭出水水質(zhì)，如圖8所示。由圖8可見，隨著運行時間，活性炭出水的TOC逐漸增加，對于NBDOC，在某個運行時間，出水的NBDOC與進(jìn)水的幾乎相同，說明活性炭的吸附作用幾近喪失，而對于BDOC，活性炭依然保持一定的去除效果，說明后期的生物活性炭去除主要依靠微生物降解的作用?？v觀活性炭長期運行的TOC變化，它是呈逐漸增加的趨勢，因此，臭氧活性炭在長期運行過程是否一直滿足高品質(zhì)水的要求，存在不確定性。

 

 

圖8 臭氧生物活性炭長期運行的有機(jī)物變化

 

納濾去除有機(jī)物的效果如圖9所示。由圖9可見，納濾出水的TOC穩(wěn)定在05 mg/L以下，不隨原水有機(jī)物的變化而變化，遠(yuǎn)優(yōu)于臭氧生物活性炭。納濾還可有效去除嗅味，如圖10所示。兩種典型的嗅味2-MIB和GSM，進(jìn)納濾的濃度變化在500~50 ng/L范圍，出水的濃度均可低于5 ng/L。因此，納濾可為我們穩(wěn)定提供高品質(zhì)飲用水。

 

 
 

圖9 納濾去除有機(jī)物的效果

 

 

圖10 納濾去除嗅味物質(zhì)的效果
 

 

納濾雖然能有效去除有機(jī)物，但它同時也會截留無機(jī)離子。納濾出水的無機(jī)離子含量也是受到關(guān)注的。納濾一般有兩種類型，高脫鹽和低脫鹽。高脫鹽納濾膜對有機(jī)物和無機(jī)物，均有優(yōu)異的去除效果，低脫鹽的納濾膜對無機(jī)物有較低的截留率，但仍保持較好的有機(jī)物的去除效果。圖11為這兩種納濾膜去除無機(jī)離子的比較。由圖11可見，高脫鹽的納濾膜對無機(jī)離子有很好的去除效果，無論一價還是二價離子，去除率均在90%左右，低脫鹽的納濾膜，除了硫酸根去除在90%，其余離子的去除均低于30%。不僅如此，低脫鹽的納濾膜僅需較低的驅(qū)動力，就可獲得較高的通量，如圖12所示。

 

 

 
 

圖11 兩種納濾膜去除無機(jī)離子的比較

 

 

圖12 兩種納濾膜驅(qū)動壓力的比較

 

圖12為兩種納濾膜在通量25 L/（m²·h）時的驅(qū)動壓力情況，高脫鹽的驅(qū)動壓力基本在5 bar，而低脫鹽的僅在2~3 bar。因此低脫鹽的納濾膜非常適合作為高品質(zhì)水的制取。

 

為了盡量去除有機(jī)物同時保障水中存在一定的礦物質(zhì)，可采用將超濾出水與納濾出水混合的方式，混合的比例視所需的礦物質(zhì)確定，如圖13所示。

 

 圖13 納濾工藝出水的混合方式

 

5 二次供水模式下的高品質(zhì)水

5.1 處理工藝的選擇

二次供水保持水質(zhì)模式是指自來水經(jīng)過管網(wǎng)后，水質(zhì)產(chǎn)生了變化，通過在二次供水設(shè)施內(nèi)設(shè)置處理裝置，將水質(zhì)恢復(fù)至出廠時的狀態(tài)甚至略有提升。膜無疑是最適合作為技術(shù)選擇的。對于納濾或超濾，由于納濾膜會產(chǎn)生一定量的濃水，且驅(qū)動壓力較大，還需要必要的預(yù)處理，雖然水質(zhì)好，但并不適宜。超濾膜無需預(yù)處理，回收率高，產(chǎn)生的額外費用較低，因而非常適合作為二次供水的處理。圖14為蘇州某小區(qū)的二次供水處理裝置。膜進(jìn)水的壓力驅(qū)動依靠市政管網(wǎng)的壓力即可，膜出水后進(jìn)入二次供水水箱，經(jīng)紫外消毒后供水給小區(qū)居民。

 

 圖14 二次供水超濾處理工藝

 

5.2 管網(wǎng)的水質(zhì)變化

出廠水經(jīng)過管網(wǎng)，水質(zhì)會有一定程度的變化，了解這種變化規(guī)律，可為我們二次供水處理提供依據(jù)。從水廠到示范小區(qū)間隔一定距離設(shè)置若干取樣點，取樣分析水質(zhì)隨管道距離的變化情況。圖15為消毒副產(chǎn)物和余氯隨管道距離的變化，由此可知，消毒副產(chǎn)物隨管道距離呈增加趨勢，而余氯呈下降趨勢。這表明余氯在管道中還繼續(xù)與有機(jī)物反應(yīng)，產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物。圖16為可生物降解有機(jī)物隨管道距離的變化，同樣表明與消毒副產(chǎn)物相似的變化情況。

 

 

 圖15 消毒副產(chǎn)物和余氯隨管道長度的變化

  

 

 

圖16 可生物降解有機(jī)物隨管道長度的變化

 

5.3 處理效果

圖17為蘇州兩個小區(qū)（A小區(qū)和B小區(qū)）二次供水超濾工藝去除消毒副產(chǎn)物的效果。B小區(qū)距離水廠遠(yuǎn)于A小區(qū)，因而管網(wǎng)水的消毒副產(chǎn)物含量高于A小區(qū)。A小區(qū)去除三氯甲烷，二氯一溴甲烷，一溴二氯甲烷和三溴甲烷的效果分別為8%，22.2%，34.6%和45.2%，B小區(qū)分別為34%，58.2%，52.4%和61.4%。三鹵甲烷的去除率分別為A小區(qū)的31.16%和B小區(qū)的64.54%。

 
 

 

圖17 示范工程去除消毒副產(chǎn)物的效果

 

圖18為示范工程去除濁度和TOC的效果。濁度的去除效果最為顯著，分別為A小區(qū)的42.6%和49.2%，對TOC也有一定的去除效果，分別為A小區(qū)的11.8%和10.6%。

 

 

圖18 示范工程去除各種污染物的效果

 

5.4 紫外消毒效果

對于二次供水處理，為了保障居民水龍頭的飲水安全，采用紫外消毒。圖19為紫外消毒的效果。對于有否紫外消毒，整個流程均未檢出細(xì)菌和微生物。由圖19可見，當(dāng)未開啟紫外僅有余氯時，從市政進(jìn)水到居民龍頭，余氯持續(xù)下降；TOC經(jīng)膜過濾后呈略增加趨勢，三鹵甲烷也呈相似的情況。當(dāng)開啟紫外時，經(jīng)過水箱的TOC增加，但經(jīng)紫外后明顯下降。同時的余氯也明顯下降。三鹵甲烷在僅有余氯消毒時，水箱出水呈上升趨勢；當(dāng)開啟紫外時，水箱出水的三鹵甲烷下降。由此可見，紫外可有效去除TOC和抑制消毒副產(chǎn)物的增加。這是由于紫外和余氯的結(jié)合，產(chǎn)生高級氧化效果，增加了氫氧自由基，從而強(qiáng)化了有機(jī)物的去除。在二次供水中，紫外消毒可降低居民水龍頭的有機(jī)物和消毒副產(chǎn)物，從而進(jìn)一步保障居民的飲水安全。