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图 4 法国Jarny水厂运行工艺流程图
目前美国已有超过100万m3/d规模的NF软化水装置在运转,1992年~1996年美国的NF装置以500%的速度增长。以Florida州为例,由于饮用水源多为表层含水层地下水,普遍存在盐度、硬度和金属离子以及有机物含量大幅度超标的问题。为了更好地满足日益严格的饮用水水质要求,目前已有多座城市水处理厂采用NF和RO工艺逐步代替现用的石灰软化水处理工艺。处理量4.2 MGD(1.59万m3/d)美国科罗拉多Clefton水厂于1996年投运,采用NF膜过滤系统对地表水进行深度处理,出水显示,NF膜对TDS、硬度、硫酸盐、消毒副产物和总磷的脱除率分别为50%、80%、98%、95%以上和97%。美国Florida州下属的Deerfiled Beach市和Boca Raton市分别于2003年和2004年建成投产4.0万m3/d和15.2万m3/d(当时最大的NF脱盐软化装置)的饮用水NF膜处理系统,主要用于原水中硬度、色度和消毒副产物(三卤甲烷、卤乙酸等)生成潜势的去除,满足了当地饮用水水质标准的要求。两水厂的NF膜工艺运行稳定,运行两年内未进行化学清洗。与之相似,位于Fort Lauderdale市的Peele-Dixie水处理厂和Jupiter镇水处理厂分别采用了供水量达4.5万m3/d和5.5万m3/d的NF膜工艺,NF出水水质优良。此外,我国台湾高雄地区的拷谭高级净水厂于2007年投运一套30万m3/d的NF净水系统(其工艺流程图如图5所示),以去除水中的氨氮、消毒副产物等污染物质,是目前全球最大的NF净水系统。目前为止,拷谭高级净水厂的NF膜已运行10年,NF膜对饮用水的深度处理效果显著。
图5 台湾拷谭高级净水厂工艺流程图
我国中西部地区水源具有的普遍问题是盐度(硫酸盐等)、硬度(钙镁含量高)、金属离子和有机物含量超标,国内一些市政水厂已开始使用纳滤法处理高盐原水。山西省吕梁市六壁头水厂(运行流程如图6所示),针对硫酸盐、硬度高、处理水量大的实际情况,通过方案比选,采用一级两段式纳滤膜处理工艺,处理部分原水再与原水混合的方案,该系统运行情况良好,出水水质较好。由流程图6可以看出,原水取自原水收集池,经原水泵升压后,进入三级过滤器去除大部分悬浮物和胶体,再送入NF系统处理。经NF处理后的脱盐水,部分与剩余原水按一定比例进入勾兑水箱,消毒后加压外输至城南;部分脱盐水通过原输水管道重力自流至一水厂。
图6 六壁头水厂一级两段式NF处理工艺
与六壁头水厂类似,山西临汾二水厂鉴于原水盐度、硬度超标等问题(原水TDS为845 mg/L),也选用NF膜对饮用水进行深度处理。临汾二水厂选用NF而非RO的原因如表3所示,表中的数据获取途径是采用ROSA模拟计算数据(依据:临汾二水厂总产水量为2 500 m3/h)。模拟结果显示,NF出水+滤池出水勾兑产水与RO出水+滤池产水勾兑产水的水质完全相同(两个产水体系的膜系统回收率都为80%),但NF出水+滤池出水勾兑产水系统的能耗比后者可节约50%。临汾二水厂的工艺流程如图 7所示,由于NF出水水质极其优良,最终水厂出水由NF产水与滤池出水勾兑混合后外送,水质仍然达标(原水水温为17 ℃)。
表3 山西临汾二水厂采用NF原因分析
图7 山西临汾二水厂工艺流程图
3 总结
随着水体污染日益严重,传统意义上采用的“混凝—沉淀—过滤—消毒”等常规处理工艺对受污染水源中溶解性有机物的去除能力明显不足,尤其是加氯消毒后形成的“三致”物质及其前驱物更是常规处理方法所难以解决的。NF作为膜科学中的一种新型分离膜,其截留分子质量介于UF与RO之间,实现了纳米技术和膜技术的有机结合。NF具有操作压力低、选择性分离低分子质量有机物和盐等显著特点。NF在饮用水深度处理等诸多领域也得以越来越广泛的应用。在饮用水常规处理工艺基础上出现的NF深度处理技术,以去除水中溶解性有机物和消毒副产物为目的的各工艺单元优化组合,有效提高和保证了饮用水水质。但NF膜实际应用中还存在着膜易受污染、耐用性差等问题。这些是目前膜分离技术的基本问题,也是NF膜法饮用水深度处理技术应用受限的主要原因。目前,通过对原水进行预处理,优化工艺设计和运行条件等,可以有效减轻膜污染,延长膜的使用寿命。另外,NF膜的截留机理仍在探索阶段,这也影响着纳滤膜材料选择和性能优化。未来随着NF的产业化推广和饮用水深度处理相应工艺技术的逐步成熟和规模化工程应用,NF将拥有更加光明的市场应用前景。
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