活性炭和超滤膜技术的负面效应

超滤膜在水处理中的污染及其控制措施随着科学技术的发展，膜过滤技术得到较快的发展，使用膜过滤技术可以有效去除水中的微生物、细菌、无机颗粒和有机物，超滤膜水处理技术具有良好的物化性能和分析性能，能够满足环境工程水质要求。

超滤膜技术可以实现对水的净化、浓缩、分析，有效实现水体净化，并且成本低，有着较好的发展前景。

可以通过促进科技创新，逐步转变经济发展方式对超滤膜进行技术创新，促进企业健康发展，企业在获得经济效益的同时可以获得社会效益和生态效益。

1、超滤膜技术概念1.1 超滤膜技术工作原理。

超滤膜技术是在压差推动力作用下进行的筛孔分离过程，即在一定的压力作用下，当含有大、小分子物质两类溶质的溶液流过被支撑的膜表面时，溶剂和小分子溶质（如无机盐类）将透过膜，作为透过物被收集起来；大分子溶质（如有机胶体等）则被膜截留而作为浓缩液被回收，从而可以实现对水质净化和浓缩，分离出相关溶液的技术。

超滤膜技术在应用中介于微滤和纳滤之间，膜孔径范围为0.005-0.1μm，截留分子量为1000-500，000道尔顿左右。

超滤膜工作原理主要体现在一定压力下进行过滤的半透性的膜。

受到压力的作用，溶液中的溶剂和低分子量的溶质会通过超滤膜上的孔洞到达膜的另一侧。

在特定压力下进行过滤时，溶液中的无机盐和低能量分子就会通过。

大分子物质和胶体会被超滤膜截留或吸附，从而实现对水的净化。

使用超滤膜技术可以对工业废水进行有效处理。

超滤膜技术能够清除废水中的污染物。

过滤过的工业废水可以再次在工业生产中使用，从而提高水资源利用效率。

废水中过滤出来的有机物、无机物可以进行回收利用，从而减少资源的浪费，节约了企业生产成本。

在使用超滤膜技术时，要根据废水的特点采取合理的措施，提高废水处理效率。

1.2 超滤膜技术的特点。

超滤膜具有多样化的特点：第一，超滤膜技术仅以低压为推动力，设备及工艺流程简单，自动化程度较高，操作便捷，分离过程不发生相变，能耗低，运行费用较低，从而使系统的安全稳定性能较好。

各种过滤的优缺点介绍各种过滤的优缺点介绍过滤是一种常见的物理分离方法，广泛应用于各个领域，包括化工、食品、医药、水处理等。

根据过滤的原理和使用的材料，过滤可分为多种类型，以下将对几种常见的过滤类型进行优缺点介绍。

1.板框过滤器板框过滤器是一种以滤框和滤板为过滤元件的过滤器。

它的优点包括：•适用于各种悬浮物和颗粒物，能有效地去除杂质。

•结构简单，操作方便，易于维护和清洗。

•可实现多级过滤，适用于高精度过滤。

但是，板框过滤器也存在一些缺点：•过滤速度较慢，需要定期更换滤芯，维护成本较高。

•不适用于处理高温、高压、腐蚀性强的物料。

•滤芯更换过程中，可能存在滤芯堵塞或漏气的风险。

2.活性炭过滤器活性炭过滤器是一种以活性炭为过滤材料的过滤器。

它的优点包括：•能够吸附各种有害物质，如余氯、有机物、异味等。

•对于水处理和饮料制备等行业，能够有效地改善水质和口感。

•结构简单，操作方便，易于维护。

但是，活性炭过滤器也存在一些缺点：•活性炭的吸附容量有限，需要定期更换或再生。

•对于较大的颗粒物或悬浮物，活性炭过滤器的去除效果有限。

•活性炭易受温度、湿度等因素的影响，可能影响吸附效果。

3.超滤膜过滤器超滤膜过滤器是一种以超滤膜为过滤材料的过滤器。

它的优点包括：•可实现精确的分子量分离，适用于各种生化物质和蛋白质的分离纯化。

•过滤速度快，通量大，适用于大规模生产。

•对于高温、高压、酸碱等极端环境，超滤膜具有较好的稳定性和耐久性。

但是，超滤膜过滤器也存在一些缺点：•超滤膜的制造成本较高，且需要定期更换或清洗。

•对于某些特定物质的去除效果不够理想，可能需要进行后续处理。

•超滤膜的孔径大小难以控制，可能影响分离效果。

4.反渗透膜过滤器反渗透膜过滤器是一种以反渗透膜为过滤材料的过滤器。

它的优点包括：•可实现高精度的分子量分离，适用于各种无机盐和有机物的分离纯化。

•对于水的除盐效果非常好，可用于海水淡化和工业用水处理等领域。

•反渗透膜具有较高的耐压性和耐热性，可适应各种极端环境。

活性炭—超滤复合工艺去除水中典型PPCPs的效能与机理共3篇活性炭—超滤复合工艺去除水中典型PPCPs的效能与机理1活性炭—超滤复合工艺去除水中典型PPCPs的效能与机理随着社会经济的不断发展和人们生活水平的提高，医疗、兽医、农业等行业的广泛应用和滥用，使得水环境中含有的药物和个人护理用品成分（PPCPs）越来越多。

这些化合物在环境中难以降解，对水生生物和人类健康产生潜在风险。

因此，去除水中PPCPs成为当今水处理技术研究的热点之一。

目前，常用的水处理方法包括物理、化学和生物处理等。

然而，这些传统的水处理方法往往会破坏水中有机物的天然稳定性，造成二次污染。

因此，如何寻找一种有效的、经济的并非破坏水质的水处理技术是现在水处理行业所面临的重要挑战。

在此背景下，活性炭和超滤技术逐渐受到了人们的关注。

活性炭具有良好的去除水中难以分解的有机物和有害物质的能力，而超滤技术则能有效去除水中的悬浮颗粒和胶体粒子。

由此，将活性炭和超滤技术有机结合起来，形成活性炭—超滤复合工艺，成为一种理想的水处理工艺。

PPCPs是包括药物、个人护理用品、残留农药等在内的复杂有机污染物的总称。

这些化合物在环境中难以降解，对人类健康产生着不可忽视的风险。

那么，活性炭—超滤复合工艺去除水中PPCPs的效能和机理是怎样的呢？对于水中的药物，活性炭具有很好的吸附作用。

溶液中通过活性炭时，药物分子得到吸附，从而实现去除作用。

活性炭-超滤复合工艺并没有破坏或改变药物的结构，从而不会产生二次污染和新的环境风险。

对于个人护理用品成分，超滤技术能有效去除水环境中的有机颗粒、细菌和病毒等富集物，同时保留了水的营养成分，即通过超滤技术去除污染物的同时，又保持了水的良好品质，具有较好的经济性和可行性。

除了PPCPs以外，活性炭—超滤复合工艺还能去除水中的其他有机污染物和有毒元素，如石油污染物、氨氮、镉等。

它具有技术成熟、运行稳定、投资经济、适应性强等特点，是一种理想的新型水处理技术。

活性炭技术与超滤膜技术有何区别活性炭技术和超滤膜技术，本质上是物理过滤，所以，会成为微生物的温床，卫生系统专家支出，在使用没有抑菌(杀菌)装置的净水机时，经过7天左右的时间，微生物指标会大大增高，无论对超滤膜采用正冲或者反冲的清洗手段，效果都不甚理想，再说7天冲一次，消费者不嫌烦吗?亚硝酸盐浓度偏高。

活性炭和超滤膜技术是处理有机污染和余氯的最佳方案，但凡事都有两面性，在有机污染严重、浑浊度明显的地区，这一技术会导致微生物指标增高，从而导致亚硝酸盐浓度增加，其最直接的表现是净水机用一段时间，水质会变咸!不但影响口感，而且严重威胁人体健康。

尽管净水器产业发展缓慢，尽管净水器产品问题多多，但，是太阳终究会从东方升起，并如日中天的，净水器会不会是下个1000亿产业?让我们拭目以待!净水器的原理就是把水进行精过滤净水器的原理就是把水进行精过滤，去除水里的杂质细菌和重金属物质，但还保留矿物质，应该说让自来水更干净了，自来水管道里的铁锈，泥沙也可以去除，经过过滤的水分子属于小分子水，比较容易被吸收，这也是优点之一。

现在城市的水管网比较陈旧，不可避免会有些杂质，净水器的价格在千元左右，一般都能承受，只是人们的观念里不认为他重要而已，现在工业污染情况愈演愈烈，净水器很快就会成为生活必需品。

主要用于滤掉自来水中的氯、毒素、漂浮物(如会致癌的石棉、会让人发胖的激素)等这些对人体有害的杂质。

是健康饮水的必要保证。

1.可以有效地去除水中的泥沙、铁锈、细菌(大肠杆菌、霍乱菌、痢疾志贺氏菌等)，并可以把对人体有害的带电荷的重金属离子(铅、汞、锌、锰等)转换成为适合人体吸收的中性矿物质。

2.可完全去除水中的氯及抑制水中菌类藻类的生长。

3.去除水中有机化学物(如农药、漂白剂、氯及三卤甲烷)并可去除异色异味，使最后出来的水能够达到生饮的标准，并保留自来水中的对人体有用的矿物质。

滤芯是净水器最核心的设备滤芯是净水器最核心的设备，相当于人们的心脏。

鉴别净水器用活性炭滤芯（活性炭滤棒）的优劣活性炭是由椰壳、果壳等为原料，经过炭化（焖烧炉）、活化（在斯列普活化炉中800℃高温水蒸气活化）、破碎、筛选、风选、水洗、烘干等工序制得。

活性炭是净水器中最主要、使用最多的吸附材料（其他吸附材料还有：中性大孔树脂、大孔阴树脂、分子筛、硅藻土等）。

早在二十世纪三十年代，人们就用活性炭从焦化厂的废水中吸附苯酚，因此，活性炭在水处理中的应用已有近八十年的历史。

有记载1862年英国采用活性炭净化饮用水。

我国现代最早的净水器（上海仙童净水科技有限公司，1986年）也是以活性炭为净水材料的。

可以说，从净水器诞生以来，活性炭一直与净水器“形影不离”，难分难解。

一、活性炭的分类……………………………..1、根据制活性炭原料的不同，活性炭可分为：①煤质炭（由无烟煤制成，以宁夏产的质量较好）。

②、骨炭（由动物骨头制成）。

③、木质炭：又可分为木炭（由木屑为原料制成）、竹炭（由竹为原料制成）、果壳炭（由核桃壳或杏核为原料制成）、椰壳炭（由椰子壳为原料制成），净水器中常用的是椰壳炭或果壳炭。

④、载银活性炭：一般以果壳活性炭为原料，以特殊工艺使之载银，含银量常为0.1—0.3%，它在水中会慢慢释放出银离子（Ag+），而银离子有杀菌作用，因此载银活性炭除了普通活性炭的吸附功能外，还具有抑制细菌繁殖的功能。

净水器一定要用优质的载银活性炭，否则，开始出水时水中银离子会超标，而使用不长时间就不再有银溶出了。

笔者曾经就如何生产载银活性炭问过某活性炭生产厂厂长，他说把活性炭洗净，浸泡在硝酸银液中，捞出后滤干，在泡入盐酸或盐水中，捞出后滤干、洗净、烘干。

我听完后告诉他说，你这是载的氯化银，氯化银在水中溶解度较大，就会出现前述情况，开始出水时水中银离子超标，饮用此水对人体有害；使用不长时间，氯化银全溶解完，就不会再有银离子溶出了，也不再有抑菌作用了。

所以这样的载银活性炭肯定不行了，建议慎用。

2、根据活性炭形态的不同，家用净水器中常用的活性炭可分为：①、粉末活性炭（PAC）。

超滤装置的异常情况分析及应对措施作者：盖婧段全让来源：《科技创新与应用》2016年第15期摘要：文章详细说明了黄陵矿业一号煤矿井下疏干水深度处理系统的超滤装置，在运行一年半之后出现跨膜压差增大，产水量急剧下降等情况。

在通过对加药量不足、膜结垢、反洗不充分等原因逐一排除后，最终确定原因为超滤前活性炭过滤器滤料出现问题，采取了相对应措施后，超滤最终恢复正常运行状态。

关键词：超滤装置；异常情况分析；排除；应对措施前言近年来，随着黄陵矿业公司煤、电、路、化、建材、果蔬等多元化发展，矿区的生产生活用水量急剧增大，为了节约用水，实现废物资源化利用，黄陵矿业在2013年建成了处理能力为320吨/时的井下疏干水深度处理系统，其主要作用就是将原本简单的混凝、沉淀处理之后达标排放的黄陵矿业一号煤矿井下疏干水进行进一步脱盐处理，随后供往煤矸石电厂二次利用。

黄陵矿业一号煤矿井下疏干水的主要特点为高硬度、高硫酸盐型矿井水，且含有少量油脂。

1 简介1.1 工艺简介根据黄陵矿业一号煤矿井下疏干水的水质特点和煤矸石电厂的工业用水要求，设计出了疏干水深度处理系统的基本工艺。

工艺流程如下所示。

1.2 设备参数该系统采用的活性炭过滤器、自清洗过滤器、超滤、反渗透均为对应4套。

活性炭过滤器每台设计处理水量为80吨/时；自清洗过滤器和超滤设计处理水量也均为每台80吨/时；超滤设计为回收率95%，产水量为每台75吨/时；反渗透设计回收率70%，脱盐率95%，产水量为每台53吨/时。

而该套系统的超滤采用的是美国陶氏膜，型号为SFP2880，每套20支。

反渗透采用的也是美国陶氏膜，型号为BW30-400FR抗污染膜，每套72支。

2 异常情况分析2.1 发现异常黄陵一号煤矿疏干水深度处理系统自2013年投运一年时间内，运行一直良好，压差和产水量均无明显变化。

在运行一年半之后，突然出现跨膜压差增高、产水量急剧下降的情况（如表1所示）。

2.2 问题分析2.2.1 超滤的基本原理。

投加粉末活性炭对膜阻力的影响研究目前，限制膜生物反应器(Membrane Bioreactor,MBR) 广泛应用的主要原因是该系统的运行费用较高，而膜折旧在运行费用中又占有相当大的比例。

降低膜折旧费用的方法有两种，其一是增加膜的工作寿命；其二是增加膜的工作通量，从而降低所需的膜面积。

采取低压操作、间歇运行、紊流曝气等措施可在一定程度上减缓膜污染和堵塞[1],在上述基础上，笔者又对在MBF系统中投加粉末活性炭(PAC)的效果进行了研究。

1 理论依据1.1 膜比通量为比较不同膜面积、不同工作压力下膜的透水特性，引入膜比通量(Specific Flux,SF)的概念。

定义SF是基于在较低压力下工作的膜出水量与膜面积和工作水位差之积的比值，用公式表示如下：SF=Q/(AH)=J/H (1)式中SF ------- 膜比通量，m/(m2• m- s )J ----- 膜通量，m/(m2• s)Q—膜组件出水量，m/sA—膜表面积，mH工作水位差，m1.2 膜通量的基本方程日本学者Shimizu Y. 等人分析了膜通量下降的因素，提出了膜通量与膜阻力的关系「2 ]:J= △ P/(「R) (2)式中△ P ---- 作用于膜两侧的压差，Pa卩一一渗透液的粘度，Pa - sRt ――膜的总阻力，m-1膜的总阻力可以表示为：Rt二Rm+Rp+Rc (3)式中Rm ----- 纯膜阻力，m-1Rp膜污染阻力，m-1Rc滤饼层阻力，m-12 试验方法2.1 小试小试历时4个月，试验装置如图1所示为方便比较，进水水质与运行方式均与不投加PAC的试验基本相同。

采用间歇出水的方式，出水时间与空曝时间之比为7 : 3,其他主要控制参数：水温为18〜28C；曝气量为0.2〜0.27 m3/h ;膜上作用水头为7kPa; PAC投加浓度为2000 mg/L ; 平均进水COD=250 mg/L（其中BOD： N： P按100 : 5 : 1 计）;MLSS=8000ng/L; SRT=100d2.2 中试在原有的中试装置⑶运转近5个月时取出膜组件，将膜表面的泥饼清洗干净后放回。

活性炭在注射剂生产中的潜在风险分析活性炭作为常用的吸附剂，具有物理吸附和化学吸附的双重特性[1]，在众多行业和领域中得到广泛应用。

国内制药行业在注射剂的生产中，常使用活性炭对药液中的热原等进行吸附，以满足产品质量控制要求。

中国药典2015年版定义活性炭（供注射用）为以木炭、各种果壳和优质煤等作为原料，通过物理和化学方法对原料进行破碎、过筛、催化剂活化、漂洗、烘干和筛选等一系列工序加工制造而成具有很强吸附能力的多孔疏松物质[2]。

截至目前，国内共有1家企业获批生产药用炭原料药，1家企业获批生产纳米炭原料药，4家企业获批生产药用炭片，1家企业获批生产药用炭胶囊，未查询到活性炭（供注射用）获批。

活性炭在国内注射剂领域已应用多年，但针对活性炭给注射剂带来的潜在风险报道较少，本文主要针对活性炭在注射剂生产过程中的潜在风险进行探讨。

活性炭质量标准概述中国药典2010年版未收录活性炭，国内多数企业过去一般采用“针剂用活性炭”（如767型等）用于注射剂的生产应用，此类“针剂用活性炭”依据国家标准《GB/T 13803.4-1999 针剂用活性炭》生产[3]。

中国药典2015年版（以下简称ChP2015）二部收录了“药用炭”，四部收录了药用辅料“活性炭（供注射用）”[2]。

USP41、BP2018、EP9.0均收载了“活性炭”（Activated Charcoal）[4-5]。

各国药典相关标准对比见表1。

表1 活性炭各国药典标准对比“药用炭”与“活性炭（供注射用）”名称类似，在使用中易发生混淆。

中国药典中收录的药用炭为原料药，类别为吸附药，具有特定的剂型（如片剂和胶囊）和用途，其质量指标的关注点也与活性炭（供注射用）不同。

从表1中可以看出，ChP2015中药用炭比活性炭（供注射用）缺少微生物限度、细菌内毒素和无菌（供无除菌工艺的无菌制剂用）等多项指标，活性炭（供注射用）的质量控制要求更加严格。

通过国内外药典对比可以看出，国外药典中未明确收录供注射剂生产使用的活性炭。

浅谈活性炭吸附工艺的十大问题环保知识点：浅谈活性炭吸附工艺的十大问题尊积环保百家号08-2116:39使用方法：通过活性炭的自然吸附能力吸附废气，当吸附饱和后，活性炭脱附再生或交给专业危废公司处理。

原理：活性炭净化空气的物理吸附，如图所示四种情况：1.分子直径大于孔的直径，由于空间位阻，分子不能入孔，因此不吸附；2.分子直径等于孔的直径，吸附剂的捕捉力很强，非常适合低浓度吸附；3.分子直径小于孔的直径，孔内发生毛细管冷凝，吸附容量大；4.分子直径远小于孔的直径，吸附分子很容易解吸，解吸速率高，低浓度下的吸附量较小。

国内运用活性炭吸附的治污工艺设备，制造其的环保公司对设备的除污参数，基本上都会提到这类设备的除污效率达到90%以上，但是事实呢?经专家和实验数据表明，在实际除污应用过程中，除污效率达到90%以上只是理论值。

但是，在不同的工作环境下，其除污效率远比这个理论数值低。

那这是什么原因呢？活性炭的吸附作用，主要是与活性炭的结构有关。

活性炭表面原子通过络合作用、氢键、离子交换等多种方式结合起作用。

活性炭虽然吸附速率快，但对有机气体吸附的选择性低，同时，活性炭对有机气体的吸附过程也受多种因素的影响，主要包括温度、工作环境湿度、水雾、酸度、灰尘及被吸附气体之间的相互作用等。

1、吸附量小物理吸附存在吸附饱和问题，随着吸附剂的消耗，吸附能力也变弱，使用一段时间后可能会出现吸附量小或失去吸附功能，不适用于高浓度废气。

吸附时，存在吸附的专一性问题，对混合气体，可吸附性会减弱，同时也存在分子直径与活性炭孔径不匹配，造成脱附现象；更为明显的是，从原理上看活性炭吸附只是将有毒害气体转移，并没有达到分解有害气体的功效。

2、温度影响在通常情况下，活性炭吸附设备在温度方面，一般要求废气的温度低于40℃，25℃的吸附条件比较好，原则上需要对VOCs气源进行冷却才能达到这个温度，而在实际的工作环境中很难做到恒温吸附VOCs,如果废气的温度超过400℃，活性炭的吸附效率就会急速下降。

增加活性碳过滤器的风险评估现计划在纯化水预处理系统软水器和RO系统之间增加活性碳过滤器。

在变更之前，需对该变更进行风险评估Risk Assessment。

从以下10个项目：1.活性碳化学性质的影响2.活性碳吸附特性的影响3.易滋生细菌的影响4.对RO进行流量的影响5.脱落颗粒的影响6.反冲时，使用旁路系统对RO进水的影响7.过滤器容器、管道及配件的材质的影响8.出水余氯的影响9.对最终纯化水质量影响10.对文件系统的影响根据风险能否量化，将风险评估分为两种类型：影响性评估Effect Assessment、失败模式及影响分析Failure Mode and Effect Assessment。

一、影响性评估Effect Assessment不能使用FMEA进行风险优先顺序量化的项目，使用影响性评估。

见下表序号项目评价措施完成情况描述直接间接无1 化学性质活性炭有较高的化学惰性，安全性高。

无无2 吸附性饮用水的除臭、去除水中重金属、除氯及液体脱色。

无无3 容器、管道及配件的材质均选用SS304及以上材料无无4 文件系统纯化水工艺变更，相关操作、监控变更，需要文件支持。

间接变更相关SOP，使之符合生产实际要求。

失败模式及影响分析Failure Mode and Effect Assessment序号项目评价措施完成情况描述严重频率可测RPN1 细菌滋生自由氯去掉之后，水中不再有杀菌剂，细菌很快就会繁殖开来3 2 1 6安装、运行确认：安装配套灭菌装置。

灭菌参数：80℃以上，1小时。

2 RO进水可能造成流量不足 2 2 1 4安装、运行确认：增加过滤前后压差表。

压差>0.5MPa3 脱落颗粒细小颗粒可能脱落进入预处理系统。

但RO系统前有保安过滤器，可以滤除上游的颗粒。

1 1 1 1 无4 出水余氯可能对RO系统造成破坏。

3 1 1 3运行确认：原水在pH7的条件下，0.1PPM余氯的ORP相当于690m。

（一）采用活性炭吸附工艺的常见问题1.活性炭使用不规范（1）活性炭未按要求足量填充，与实际污染物处理需要不匹配；（2）活性炭更换周期过长，导致活性炭吸附装置形同虚设；（3）活性炭使用存在以次充好，碘值达不到要求，或无法提供活性炭检验报告。

图28活性炭使用不规范示例图2.活性炭吸附装置不规范（1）活性炭箱存在短路，废气不经活性炭过滤，直接从排气口排放；（2）废气未经预处理直接进入活性炭箱，影响活性炭吸附效果；（3）企业配备的风机风量较大，炭箱横截面积较小，气体流速不符合设计规范要求，导致废气不能有效吸收处理；（4）部分活性炭吸附装置缺乏进气监测口或温湿度传感显示模块，无法判断活性炭吸附装置废气处理效率。

图29活性炭吸附装置不规范示例图3.活性炭存储、处置不规范（1）活性炭贮存不规范，未使用的活性炭没进行密闭贮存；（2）更换下来的废活性炭未按危废管理规定，未申报登记、存储于危废暂存处或交由具备危废处置资质的专业机构依法进行处置。

图30活性炭存储、处置不规范示例图4.活性炭管理台账不规范。

部分企业缺乏活性炭更换和处置台账，无法判断活性炭更换时间和处置情况。

图31活性炭管理台账不规范示例图（二）采用活性炭吸附工艺的处罚条款1.活性炭质量以次充好，购买使用低碘值劣质活性炭；活性炭填充量不足、未规范填充，长期不更换等。

处罚条款：依据《中华人民共和国大气污染防治法》第一百零八条之规定，产生含挥发性有机物废气的生产和服务活动，未按照规定安装、使用污染防治设施的，由县级以上人民政府生态环境主管部门责令改正，处二万元以上二十万元以下的罚款；拒不改正的，责令停产整治。

2.活性炭治理设施未正常开启、活性炭箱内未装填活性炭等。

处罚条款：依据《中华人民共和国大气污染防治法》第九十九条（三）规定，通过逃避监管的方式排放大气污染物的，由县级以上人民政府生态环境主管部门责令改正或限制生产、停产整治，处十万元以上一百万元以下的罚款；情节严重的，报经有批准权的人民政府批准，责令停业、关闭。

浅析臭氧活性炭与超滤组合工艺对饮用水深度处理效果作者：龙文瑾来源：《中国科技博览》2017年第31期[摘要]通过对八百垧水厂深度水处理工艺近两年运行效果的分析，比较臭氧—活性炭工艺与超滤膜联用对水质处理效果，结果表明，组合工艺对浊度的去除率达到80%，对锰的去除率达到77%，对氨氮的去除率达到28%选用孔径为0.02μm的超滤膜，利用截留能去除水中99.99%细菌和致病原生动物。

[关键词]臭氧—生物活性炭；超滤膜；饮用水处理；深度水处理中图分类号：TU991.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）31-0064-02为保障油田居民饮水安全，促进社会稳定及矿区和谐发展，在大庆油田水务八百垧水厂南二水源建设深度处理工程，设计规模5.0*104m3/d，处理后达到《生活饮用水卫生标准（GB5749-2006）》。

深度处理工艺主要采用臭氧—生物活性炭与超滤膜相结合。

臭氧与活性炭滤池联用结合了臭氧和活性炭的各自性能。

在活性炭吸附前进行臭氧预氧化，首先利用臭氧的强氧化能力，初步将水中的大分子、难降解有机物分解成易于生物降解的及易于吸附的小分子有机物氧化水中的有机物和其他还原性物质，以降低活性炭滤池的有机负荷；其次，在活性炭滤池对水中有机物等进行物理化学吸附的同时，其巨大比表面积上附着的生物膜正对有机物进行着生物氧化降解作用，大大增加了活性炭对于有机物的去除能力及使用寿命]。

人们对于原水中的天然有机物日趋重视，对水质要求的日益增高，天然有机物是饮用水存在的有机物的复合母体，它对饮用水的水质有着广泛影响，如产生色度和嗅味，消毒副产物的生长，管网中的生物再生长等等，因此膜技术处理饮用水的范围已不再局限于去除原水的无机成分。

1 水厂工艺简介水厂工艺流程图如图1所示，原水来自地表水厂常规工艺处理后的出厂水和地下水源常规处理后的出厂水混合，由泵站经管道压力送至深度处理水厂进行深度处理。

2 水质处理效果及分析2.1 对浊度的去除提高水厂出水浊度是利用超滤进行深度处理改造的目的之一，目前水厂出水浊度满足现阶段水质标准，但主要得益于良好的水源水质：原水是地面水厂与地下水源混合出水，尤其以地下水源水量为主，因而水厂进水浊度相当低，运行两年浊度范围在0.2～0.8NTU之间。

粉末活性炭预沉积去除藻类有机物及其对膜污染的影响王文华;赵瑾;司晓光;姜天翔;马宇辉;王勋亮;王静【摘要】Effectiveness of PAC pre-deposition and pre-adsorption to remove the algal organic matter (AOM) extracted fromProrocentrum donghaiense was investigated. The differences in membrane flux, fouling resistance, hydrophilicity and roughness of membrane surface between direct ultrafiltration (UF), PAC pre-deposition-UF and PAC pre-adsorption-UF were analyzed. The effects of pore structure and deposition doses on AOM removal rates and membrane fouling were evaluated. It was found that DOC and UV254 removal rates could be enhanced by pre-deposition and pre-adsorption, and the former was more favorable for AOM removal than the latter. Mesoporous PAC had a better effect on the improvement of AOM removal rate than microporous PAC during pre-deposition treatment. Compared with direct UF, the removal rates of DOC and UV254 were increased by 25.1% and 33.6%, respectively, when the deposition amount of mesoporous PAC was 0.4g/L. The analysis of UV absorbance ratio index (URI) confirmed that the aromatic groups could be selectively removed over aliphatic groups using PAC pre-deposition and pre-adsorption. The cake layer resistance (Rc) and the pore resistance (Rp) were decreased by 39.6% and 81.2%, respectively, when PAC pre-deposition were used before AOM UF. Membrane fouling rate was reduced by PAC pre-deposition because a PAC cake layer was formed between UF membrane and AOM, resulting in the mitigation of irreversiblefouling.%以东海原甲藻分泌的藻类有机物(AOM)为研究对象,研究粉末活性炭预沉积和预吸附两种膜前预处理手段对海水中AOM的去除作用,对比分析AOM直接超滤、预沉积和预吸附后再超滤时膜通量、膜阻力分布、膜表面亲疏水性和粗糙度的变化,探讨粉末活性炭孔隙结构、沉积量对AOM去除效果及超滤膜污染的影响.结果表明,活性炭预沉积和预吸附能够提高超滤膜对含AOM海水中DOC和UV254的去除率,预沉积对AOM的去除作用优于预吸附,介孔活性炭较微孔活性炭的预沉积效果更好,当介孔活性炭PAC2的沉积量为0.4g/L时,DOC和UV254的去除率较直接超滤分别提高了25.1%和33.6%.紫外吸收比指数(URI)分析表明,活性炭预沉积和预吸附对有机物的去除作用具有选择性,AOM中芳香族物质较脂肪族羧基类物质更易被除去.粉末活性炭预沉积下AOM超滤时的滤饼层污染阻力(Rc)和膜孔堵塞阻力(Rp)较直接超滤分别降低了39.6%和81.2%,活性炭在超滤膜表面形成的滤饼层结构将AOM与超滤膜进行了隔离,能够减缓膜污染速率,对于控制膜的不可逆污染亦具有重要作用.【期刊名称】《中国环境科学》【年(卷),期】2018(038)006【总页数】9页(P2135-2143)【关键词】粉末活性炭(PAC);预沉积;藻类有机物;超滤;膜污染【作者】王文华;赵瑾;司晓光;姜天翔;马宇辉;王勋亮;王静【作者单位】国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所,天津 300192;国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所,天津 300192;国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所,天津 300192;国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所,天津300192;国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所,天津 300192;国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所,天津 300192;国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所,天津 300192【正文语种】中文【中图分类】X703海水淡化是解决沿海国家和地区水资源短缺的重要途径,双膜法(超滤+反渗透)海水淡化具有设备简单、操作方便、易于自动控制等突出优点,是当前主流的海水淡化工艺之一.该系统运行过程中超滤膜的有机污染和反渗透膜的生物污染是面临的主要问题,特别是在赤潮爆发时期,海洋微藻大量繁殖对双膜法海水淡化系统运行造成的重大影响已受到广泛关注[1-3].作为世界上赤潮多发国家之一,2016年我国海域共发现赤潮68起,其中东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense)引发的赤潮累计面积最大,约占五分之二[4].随着我国海水淡化规模的不断扩大,探索赤潮爆发期间海水淡化系统的稳定运行方案十分必要.藻类在生长及新陈代谢过程中释放的藻类有机物(algal organic matter,AOM)含有较高比例的亲水性多糖和蛋白质类有机物[5-6],是造成超滤膜通量衰减的主要物质[7-9].吸附预处理是缓解超滤膜有机污染的主要措施之一,粉末活性炭[10-12]、树脂[13-14]、热化氧化铝颗粒(heated aluminum oxide particles, HAOPs)[15]等吸附材料利用其发达的孔隙结构能够强化有机物的去除,减缓超滤膜的污染速率.通常吸附预处理需要设置单独的吸附处理单元,存在占地面积大、基建投资费用高等问题.近年来有研究者将吸附材料直接预沉积在超滤膜上[16-18],利用其在超滤膜表面形成的滤饼层结构不仅能强化有机物的截留作用,还能有效缓解膜污染.课题组前期探讨了粉末活性炭和硅藻土预沉积对海水中几种典型有机物的去除效果和作用机制[19].但上述研究选用的有机物为内陆湖水[16,18]或腐植酸、海藻酸钠、牛血清白蛋白等模型有机物[17,19],以中国海域赤潮藻释放AOM为目标污染物进行预沉积减缓膜污染的研究还未曾见报道.鉴于此,本文分别将微孔和介孔粉末活性炭预沉积在聚醚砜超滤膜表面,考察了其对东海原甲藻源有机物的去除作用和膜污染的影响,比较分析了预沉积和预吸附两种膜前预处理手段的差异,以期为赤潮多发地区藻类有机物控制及双膜法海水淡化预处理系统设计提供参考.1 材料与方法1.1 材料亲水性聚醚砜(PES)超滤膜购自上海摩速科学器材有限公司,截留分子量为 100kDa;木质粉末活性炭PAC1和PAC2分别购自国药集团化学试剂有限公司和河南巩义市源隆净水材料有限公司,采用Sympatec Rodos-Helos激光粒度仪和Quantachrome Autosorb-iQ比表面及孔径分布分析仪对两种粉末活性炭的粒径分布及孔隙结构进行了表征. 结果见表1.表1 实验用粉末活性炭的主要性能Table 1 Main characteristics of PAC in the experiment参数 PAC1 PAC2平均粒径(d50, µm) 26.06 29.63比表面积(m2/g) 1442 469微孔体积(cm3/g) 0.516 0.049介孔体积(cm3/g) 0.350 0.492平均孔径(nm) 2.60 4.741.2 藻类的培养与分离选取我国海域常见赤潮藻东海原甲藻为实验藻类,藻种来自上海光语生物科技有限公司,接种于含 f/2培养基的天然海水中,置于光照培养箱中在22℃下经过12h光照12h黑暗交替培养至稳定生长期.取稳定生长期的藻类培养液,用Whatman Nuclepore 5µm 聚碳酸酯玻璃膜过滤,过滤时负压维持在 20kPa以下,以避免藻细胞的破裂,过滤后的培养液用人工海水稀释至TOC为3mg/L,即为实验用含AOM 海水.1.3 膜过滤实验粉末活性炭预沉积和 AOM 超滤实验均在Millipore Amicon 8400超滤杯上进行,实验装置如图1所示.超滤杯容积为400mL,并配备容积为800mL的Millipore RC800微型储液罐;采用死端过滤方式,有效过滤面积为 41.8cm2.过滤系统压力由氮气瓶提供,通过调节减压阀使过滤过程中跨膜压差稳定在 80kPa.超滤杯过滤液收集在放置于电子天平上的烧杯中,电子天平通过数据线与电脑连接,利用软件实时记录累计出水质量.全新膜片用500mL超纯水浸泡,期间至少换水 3次,置于4℃冰箱中过夜.膜过滤实验开始前先过滤超纯水至少200mL直至通量稳定,然后过滤300mL粉末活性炭悬浮液使其预沉积在PES超滤膜表面,再进行 AOM 超滤实验,整个实验过程通过电子天平采集到的数据计算膜通量.预吸附实验则是将相同质量的粉末活性炭投加到AOM 海水中,置于恒温震荡器中于 150r/min转速下震荡2h,经5µm聚碳酸酯玻璃膜抽滤以除去粉末活性炭,然后进行后续超滤实验.图1 过滤实验装置示意Fig.1 Schematic diagram of device set-up used in the filtration experiment不同预处理条件下含AOM海水进行DOC、紫外吸收和三维荧光光谱分析,利用接触角测量仪对超滤膜片的亲疏水性变化进行分析,并通过原子力显微镜对其表面形貌结构进行观察.为了定量分析粉末活性炭预沉积对 AOM 膜污染特性的影响,利用串联阻力模型对膜过滤实验中的膜固有阻力(Rm)、滤饼层阻力(Rc)、膜孔堵塞阻力(Rp)和膜过滤总阻力(Rt)进行了分析[13,19].1.4 分析表征方法东海原甲藻源有机物的分子量分布采用高效凝胶色谱仪(HPSEC)和紫外检测器以及TOC检测仪(Sievers M9)联用进行测定,色谱柱选用TSKgelG3000PWXL.紫外吸收(UVA)采用 Hach DR5000紫外可见分光光度计测定,波长扫描范围为 200～500nm,间隔为 1nm;溶解性有机碳(DOC)采用Analytik Jena Multi N/C 3100总有机碳/总氮分析仪测定;三维荧光(Fluorescence excitation-emission matrix,FEEM)光谱采用Hitachi F-4600荧光分光光度计测定,仪器光源为150W 氙灯,光电倍增管电压为700V,扫描速度为1200nm/min,激发光波长和发射光波长扫描范围分别为200～450nm和280～550nm,间隔分别为5nm和1nm.超滤膜与纯水的接触角采用上海中晨JC2000D型接触角测量仪进行测定,液滴体积为2µL,停留时间为 5s,在同一膜片的不同位置分别测定3次,测量出的接触角以平均值±标准方差表示;膜表面形貌利用Veeco Nanoscope 3D原子力显微镜进行观察,测定过程采用轻敲模式,扫描面积为5µm×5µm,利用 NanoScope Analysis软件计算均方根粗糙度(Rq)和平均粗糙度(Ra).2 结果与分析2.1 活性炭预沉积对藻类有机物的去除2.1.1 有机碳和紫外光谱分析直接过滤和不同预处理条件下超滤膜对海水中AOM 的去除效果如图2所示.由图2可见,直接超滤对含AOM海水中DOC和UV254的去除率分别为32.2%和11.1%,东海原甲藻分泌的 AOM 在分子量 1kDa 附近含有较多组分(图 3),100kDa聚醚砜超滤膜无法对其有效截留.将粉末活性炭PAC1和PAC2预沉积在超滤膜表面能够显著提高超滤膜对东海原甲藻源有机物的截留,DOC的去除率分别为55.4%和 57.3%,UV254的去除率分别为 51.5%和44.7%.从表1中可以看出,PAC1和PAC2的平均孔径分别为2.60nm和4.74nm,PAC1的孔隙主要为微孔,而 PAC2除含有微孔外还含有较为发达的介孔孔隙结构.对于 PAC2而言,AOM 中的小分子和较大分子组分均能进入其孔隙内部,因此PAC2预沉积对DOC的去除率高于PAC1预沉积.UV254主要反映 AOM 中腐植酸类以及含C=O双键的芳香族蛋白类物质的多少,由图 3可知,UV254的响应信号多为小分子类物质,所以PAC1预沉积对 UV254的去除作用要优于 PAC2预沉积.随着粉末活性炭预沉积量的增加,超滤膜对DOC和UV254的去除率均有所增加. 实验还比较了预吸附和预沉积两种手段强化超滤膜去除有机物的效果,从图 2中可以看出,0.2g/L PAC2预吸附对DOC和UV254的去除率分别为41.9%和37.2%,而0.2g/L PAC2预沉积对 DOC和 UV254的去除率分别为 55.9%和31.4%.与预吸附相比,预沉积通过粉末活性炭在超滤膜表面形成的滤饼层结构强化了超滤膜对大分子多糖和蛋白质类有机物的截留[13,20],因此预沉积对 DOC的去除效果更好,但由于预吸附实验在恒温振荡器中进行,粉末活性炭对小分子腐植酸类物质的吸附速率高于预沉积+超滤过程,故而预吸附对 UV254的强化去除效果稍优于预沉积. 图2 不同预处理对超滤膜去除藻类有机物的影响Fig.2 Effects of different pretreatments on removal efficiencies of AOM by UF membraneA:超滤B:0.4 g/L PAC1沉积+超滤C:0.4 g/L PAC2沉积+超滤D:0.4 g/L PAC1沉积+超滤E:0.4 g/L PAC2吸附+超滤图3 含AOM海水中有机物的分子量分布Fig.3 Distribution of molecular weight in AOM-bearing seawater此外,从图2中发现,无论是直接超滤还是预沉积和预吸附再超滤,其对含AOM海水中DOC的去除率均略高于UV254,这是由于AOM中含有大量多糖类物质[6],而这类物质并没有紫外吸收.有机物在210nm处的紫外吸收来自于含苯环、羧基等不饱和化合物,但只有芳香族化合物才在254nm处有紫外吸收[18].Her等[21]提出利用紫外吸收比指数(UV absorbance ratio index,URI)分析水样中蛋白质类和腐植酸物质的相对含量[21],URI值可由式(1)计算:式中:2 1 0～215和2 5 4～259分别表示水样在 210～215nm处和254～259nm处的平均吸光度值.URI值越大,说明有机物中含羧基和氨基等的不饱和化合物组分越多,蛋白质类物质的 URI值要远大于腐植酸类物质,牛血清白蛋白的 URI值为13.50,而腐植酸的URI值仅为1.59[21].从图2中可以看出,预沉积和预吸附再超滤处理后的URI值增大率均大于直接超滤,这表明预沉积和预吸附对 AOM 中各组分的去除作用具有选择性,芳香族类物质较脂肪族羧基类物质更易于被除去.2.1.2 三维荧光光谱分析有研究者将三维荧光光谱图分为 5个区,分别代表酪氨酸类芳香族蛋白质(Ⅰ区)、色氨酸类芳香族蛋白质(Ⅱ区)、富里酸类有机物(Ⅲ区)、溶解性微生物代谢产物(Ⅳ区)和腐殖酸类有机物(Ⅴ区)[22].由图4a可知,含 AOM 海水的最主要的两个荧光峰分别出现在Ⅰ区和Ⅳ区,均属于蛋白类荧光,Ⅰ区的荧光峰强度最大,代表东海原甲藻在生长和代谢过程中分泌的胞外蛋白质类有机物,Ⅳ区出现的荧光峰则说明含AOM海水中存在酪氨酸、色氨酸等蛋白质及多糖类物质[23].直接超滤后 AOM 海水在Ⅰ区和Ⅳ区的荧光峰强度明显减弱(图 4b),说明100kDa聚醚砜超滤膜对藻类有机物中大分子蛋白质类有机物具有较好的去除效果,而在Ⅴ区仍存在腐植酸类物质的荧光峰,腐植酸类物质是分子量分布范围较宽的非均一性有机物,超滤膜无法有效截留小分子(＜100kDa)组分.将微孔粉末活性炭PAC1预沉积在超滤膜表面,图4c中没有观察到I区和Ⅳ区的荧光峰,说明微孔活性炭预沉积能够显著提高超滤膜对AOM中蛋白质及多糖类物质的去除,但Ⅴ区的荧光峰较强,这是由于微孔活性炭孔径较小,对超滤膜无法截留的相对较大分子的腐植酸类物质吸附能力有限.而通过将具有介孔孔隙结构特征(见表 1)的 PAC2预沉积在膜表面,Ⅰ区和IV区的荧光峰完全消失,V区的荧光峰强度也较PAC1预沉积显著降低,说明介孔活性炭对海水中蛋白类、多糖和腐殖酸类有机物均有非常好的去除能力,且粉末活性炭PAC2预沉积量越多,其对 AOM 的去除作用越好.图 4-f为0.2g/L PAC2预吸附再超滤后含AOM海水的三维荧光谱图,与图4-e相比,Ⅴ区腐植酸类物质的荧光峰强度有一定程度的增加,这进一步说明预沉积利用粉末活性炭在膜表面形成的滤饼层结构能够强化超滤膜对含海水中有机物的截留作用.图4 不同处理条件下藻类有机物的三维荧光光谱Fig.4 Fluorescence excitation-emission matrix (FEEM) spectra of AOM samples under different treatment conditions2.2 活性炭预沉积对超滤膜污染的控制2.2.1 膜通量变化含AOM海水在直接超滤、预沉积和预吸附再超滤过程中膜通量的变化情况如图5所示.从图5中可以看出,100kDa PES超滤膜的膜通量随着过滤体积的增加逐渐降低,过滤700mL含AOM海水后,膜通量仅为纯水通量的28.6%.预沉积和预吸附可以在一定程度上缓解膜通量的下降,在相同沉积量下PAC2预沉积减缓膜污染的效果要优于 PAC1,粉末活性炭沉积量越多,在相同过滤体积下归一化膜通量越大,当PAC2的沉积量为0.4g/L时,膜通量较直接超滤提高了10%左右.此外,从图5中可以看出,预吸附再超滤初期膜通量维持在较高水平,但随着过滤体积增加,膜通量下降十分明显,在过滤后期膜通量甚至低于直接超滤,这是由于预吸附处理能够除去 AOM 组分中小分子有机物,在过滤初期降低了这些有机物对超滤膜的污染堵塞,但过滤后期大分子有机物在膜表面的沉积及对膜孔的堵塞导致膜通量急剧降低.预沉积利用粉末活性炭在超滤膜表面形成的滤饼层结构避免了AOM与超滤膜直接接触,因此减缓膜污染效果要优于预吸附.图5 不同预处理对AOM超滤过程中膜通量的影响Fig.5 Effects of different pretreatment on membrane flux during UF of AOM solutions2.2.2 对膜阻力分布的影响实验还比较分析了不同预处理条件下含藻类有机物超滤时膜阻力的分布,从图6中可以看出,预沉积和预吸附能够在一定程度上降低AOM 超滤时的膜过滤阻力,特别是 0.4g/L PAC2预沉积再超滤时的膜过滤总阻力(Rt)仅为直接超滤时的70.8%.从具体膜阻力分布情况来看,预沉积再超滤的滤饼层阻力(Rc)和膜孔堵塞阻力(Rp)均低于直接超滤,Rc和Rp较直接超滤分别降低了39.6%和 81.2%.预沉积处理利用粉末活性炭发达的孔隙结构能够有效去除 AOM中造成膜孔堵塞的那部分有机物组分,因此 Rp较直接超滤显著降低,这一推论在预吸附再超滤时较小的 Rp得到证实.此外,由于粉末活性炭在超滤膜表面形成的滤饼层结构较为疏松[24],将 AOM 与超滤膜进行了有效“隔离”,所以预沉积再超滤时的Rc也较小.图6 不同预处理对藻类有机物超滤时膜阻力的影响Fig.6 Effects of different pretreatment on fouling resistance during UF of AOM solutionsA:超滤B:0.4 g/L PAC1沉积+超滤C:0.4 g/L PAC2沉积+超滤D:0.4 g/L PAC1沉积+超滤E:0.4 g/L PAC2吸附+超滤2.2.3 对膜粗糙度的影响利用原子力显微镜对全新膜片、AOM直接超滤、预沉积和预吸附再超滤等不同条件下聚醚砜超滤膜表面形貌的变化,图 7为轻敲模式下测得的三维结构图像.从图 7中可以看出,新膜的表面比较光滑平坦,均方根粗糙度(Rq)和平均粗糙度(Ra)分别仅为3.48nm 和 2.59nm,直接超滤后虽然经物理清洗除去了膜表面的大部分污染物,但仍有部分污染物膜吸附于膜表面,使得超滤膜表面出现凹凸不平,Rq和Ra分别增大到33.5nm和24.7nm.预沉积再超滤后膜表面粗糙度较直接超滤明显降低,0.4g/L PAC2预沉积再超滤后膜表面粗糙度Rq和 Ra分别为 4.87nm 和 3.87nm,与新膜的 Rq和 Ra较为接近,这是由于粉末活性炭预沉积在膜表面避免了超滤膜与污染物直接接触,超滤后经过简单物理清洗,膜表面污染物更容易被除去.值得注意的是,与预沉积相比,预吸附再超滤后膜表面粗糙度仍较大,Rq和 Ra分别达到了23.3nm 和 18.4nm,粉末活性炭预吸附处理尽管能除去AOM中的组分中小分子的多糖、蛋白质和腐植酸类物质,但仍有相当一部分有机物在超滤过程中吸附沉积于膜表面,由于 AOM 中的多糖类物质粘性较大[25],简单的物理清洗无法将其完全脱除,导致预吸附再超滤后膜表面仍残存一部分AOM组分. 图7 不同预处理下PES膜过滤藻类有机物后的AFM三维图像(Z轴刻度: a,c,d,e: -20nm～20nm,b,f: -80nm～80nm)Fig.7 The 3-dimensional AFM images ofPES membrane after AOM filtration under different pretreatment conditions2.2.4 对膜表面亲疏水性的影响膜的亲疏水性影响着膜的分离性能,一般而言,膜的亲水性越强,膜的渗透性、稳定性和抗污染能力越好[26-27].实验测定了全新膜片、AOM直接超滤、预沉积和预吸附再超滤等不同条件下膜片表面亲疏水性的变化,为了分析预沉积和预吸附对减缓超滤膜不可逆污染的作用,超滤后膜片经物理清洗除去了膜表面的滤饼层结构.从表 2中可以看出,全新聚醚砜超滤膜的接触角为53.0°,说明新膜具有较好的亲水性,直接超滤含 AOM 海水后,虽然经过物理清洗除去了膜表面沉积的AOM滤饼层,但AOM中的疏水性组分对膜孔的吸附堵塞导致接触角较新膜明显增大,直接触角增大到69.0°.从 SEC-UV254-DOC分析(图3)和FEEM三维荧光光谱图(图4)可以看出,实验使用的东海原甲藻源有机物含有腐植酸类物质的分子量分布范围较宽,该部分组分是造成超滤膜不可逆污染和膜表面接触角增大的主要物质[28-29].预沉积和预吸附再超滤后膜表面接触角增大的幅度要小于直接超滤,特别是 0.4g/L PAC2预沉积再超滤后膜表面接触角为 56.0,该数值与新膜接触角较为接近,这说明预沉积和预吸附能够在一定程度上缓解超滤膜的不可逆污染,且预沉积的效果要优于预吸附,两种粉末活性炭中含有介孔孔隙结构的 PAC2效果更好,这一实验结果与AOM 去除效果及膜阻力分布分析的结果一致.表2 不同条件下PES膜过滤AOM后的接触角Table 2 Contact angle of PES membranes after AOM filtration under different conditionsPES超滤膜接触角(°)新膜53.0±0.5直接超滤69.0±1.5 0.4g/L PAC1预沉积62.5±1.0 0.4g/L PAC2预沉积56.0±1.0 0.2g/L PAC2预沉积57.5±1.5 0.2g/L PAC2预吸附60.5±2.0在 AOM 超滤工艺中,利用膜前预沉积手段能够强化超滤膜对AOM中多糖、蛋白质和腐植酸类物质的去除,利用粉末活性炭在超滤膜表面形成的疏松滤饼层结构将超滤膜与 AOM 进行了有效“隔离”,避免了超滤膜与污染物直接接触,能够在一定程度上降低超滤过程中膜污染速率.粉末活性炭沉积层对 AOM 中腐植酸类物质的截留和去除作用减少了其膜孔内的吸附堵塞几率,能够有效缓解超滤膜不可逆污染.对于双膜法海水淡化系统,赤潮爆发期间利用粉末活性炭预沉积技术能够有效控制AOM 引起的超滤膜有机污染和反渗透膜生物污染问题,对于维持反渗透膜产水率和脱盐率,保障系统稳定运行具有重要意义.3 结论3.1 与预吸附相比,预沉积更有利于强化超滤膜对藻类有机物(AOM)的去除,介孔粉末活性炭PAC2预沉积效果优于微孔粉末活性炭PAC1,0.4g/L PAC2预沉积后超滤膜对 DOC和UV254的去除率较直接超滤分别提高了25.1%和33.6%.3.2 活性炭预沉积可在一定程度上减缓 AOM超滤过程中膜污染速率,滤饼层阻力(Rc)和膜孔堵塞阻力(Rp)较直接超滤分别降低了 39.6%和81.2%.3.3 活性炭预沉积提高了超滤膜过滤 AOM 后膜表面的亲水性,膜的粗糙度也更小,利用粉末活性炭在超滤膜表面形成的滤饼层结构避免了AOM 与超滤膜直接接触,有效减缓超滤膜不可逆污染,活性炭预沉积使超滤膜表面污染物更易于清洗.参考文献：[1]Richlen M L, Morton S L, Jamali E A, et al. 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冯荣芬（张家口市煤气总公司，河北张家口 075000）摘要：超滤作为一种安全、高效的膜分离技术，在净水行业的应用日趋广泛。

但是膜污染是超滤工艺应用中的一大障碍，如何有效的预防和缓解膜污染是备受水处理研究者关注的焦点。

本文概括了超滤膜污染的主要物质，深入分析了膜前预处理技术对膜污染的缓解作用。

关键词：超滤；膜污染；膜前预处理；引言近年来水源受污染情况日趋严重，常规的水处理工艺很难去除有机污染物以及由有机污染物所引起的色度、嗅味等问题。

如何提高污染物去除率、改善出水水质是现阶段需解决的首要问题。

超滤技术以优越的去浊、除藻及病原性微生物等性能使其成为饮用水安全保障的重要技术之一。

但是，膜污染却是超滤膜工艺推广应用中的障碍，由于膜前预处理技术对膜污染有一定的缓解作用，于是超滤膜前预处理技术的研究和开发备受人们关注。

一、膜污染主要物质1.颗粒物：Turdaud等发现快速引起膜污染的颗粒粒径在2μm 左右，粒径大于3μm 的颗粒很少引起膜污染。

Jermann等在试验中发现直接过滤高岭土溶液时，膜运行通量下降缓慢，但在高岭土溶液中增加有机物后，运行通量迅速下降，膜污染严重，由此可知，单纯的颗粒污染物不易引起超滤膜污染，但可以和有机物相互作用，加重膜污染情况。

2.有机物：有机物包括天然有机物（腐殖酸）和内源性的有机物污染物（藻类和微生物）。

Yuan等在研究腐殖酸对亲水性膜污染的影响时发现腐殖酸可吸附和沉积在膜表面，从而引起严重的膜污染，而且相对分子量较大的有机物引起的膜污染更为严重。

Lin等在研究腐殖酸不同成分对憎水性膜污染的影响时发现腐植酸中亲水性成分是导致膜污染的主要物质。

近年来，越来越多的试验研究证明，大分子亲水性有机物可导致严重的膜污染，藻类及其释放物也同样会引起超滤膜的污染。

Chiou等对藻细胞的官能团进行了深入分析，发现多糖浓度的大小显著影响着膜运行通量，从而说明藻类的多糖成分是导致膜污染的主要物质。

活性炭的三⼤负⾯影响
万物都有双⾯性，活性炭也⼀样，众所周知活性炭可以吸附甲醛等有害⽓体，但且很少⼈知道活性炭的⼀些负⾯影响。

(1)活性炭吸附了⼤量的有机物，这些有机物会成为细菌等微⽣物的营养，细菌会在活性炭的微孔中⼤量繁殖增⽣，并可能导致出⽔中菌落总数超标。

(2)净⽔器中的活性炭在微⽣物催化作⽤下，把⽔中氨氮转化为亚硝酸盐氮，常出现净⽔器出⽔中的亚硝酸盐⽐进⽔⾼出很多倍。

亚硝酸盐本⾝不是致癌物质，但它与⽔中胺类物质反应⽣成的亚硝胺是强致癌物质。

(3)在活性炭吸附过滤的出⽔加溴树脂(溴代聚苯⼄烯海因)过滤或UV杀菌是解决⽔中微⽣物超标的好⽅法。

快活林饮⽤净⽔炭
品名：饮⽤⽔净⽔炭
净重：500克
包装：双层⽆纺布包装
成分：椰壳活性炭
功　效：快活林净⽔炭能有效去处⾃来⽔中的氯、杂质、铁锈、重⾦属等对⼈体有害的物质及异味，过滤细菌、病毒、胶体等。

保留有益矿物质和微量元素，提⾼⽔质，增加⽔的⼝感。

⽤　途：饮⽔机、净⽔器活性炭更换、过滤器碳棒新旧替换、家庭⾃来⽔深度净化。

安全性：物理净化，⽆任何毒性和副作⽤。

使⽤⽅法：拆开纸盒从密封塑料袋中取出相应量活性炭替换饮⽔机、净⽔器、过滤器中旧的已饱和的活性炭。

活性炭量可根据当地⽔质和⼝感合理添加数量。

试论活性炭过滤器运行问题随着材料化学的发展，膜材料已经是水深度处理的主要工艺。

超滤是一种加压膜分离技术，也就是在压力作用下将大分子与小分子物质分离的技术，允许清水通过膜，而污染物则截留在膜面上，通过后续的气洗-水洗将污染物清除，但是超滤对小分子有机物无明显的去除效果[1]。

活性炭过滤器则对有机物等有较好的去除效果。

超滤与活性炭组合运用在水处理中已经有较好的处理效果[2]。

结合两者的特点考虑，我厂采用活性炭过滤器与超滤组合运行。

1.水处理工艺与存在的问题1.1水处理工艺水处理工艺流程为：湍流絮凝斜管沉淀池→PCF过滤器→活性炭过滤器→超滤→反渗透→离子交换除盐，此工艺流程中湍流絮凝斜管沉淀池中使用ClO2杀菌和反渗透使用非氧化杀菌剂冲击式杀菌。

超滤采用“制水-空气擦洗”1.2存在的问题a.运行过程中反复出现反渗透入口SDI突然变高b.超滤运行过程中压差升高过快2.原因分析与结果讨论2.1反滲透入口SDI高分析微孔滤膜上截留物主要为微生物，并且对超滤水池池底池壁进行检查发现：壁面上粘滑，明显为微生物附着现象。

超滤运行过程中，压差升速较快，但是当压力升高至0.136MPa时，采取维护性清洗后（加次氯酸钠）压差会恢复至之前的压差值。

2.2处理方式与效果针对上述情况采取两种处理措施，即超滤运行过程中连续投加NaClO2和冲击时投加NaClO2，并且对上述两种处理措施的措施对比。

连续投加浓度为0.2ppm，冲击式投加为0.3ppm每3个反洗周期并且反洗前半小时进行一次。

运行水温25℃情况，图1为三种不同处理方式下超滤运行时间与压差的变化关系，图2是三种不同处理方式下运行时间与反渗透入口SDI的关系。

图1 不同处理方式下超滤运行时间与压差的变化关系由图1可以看出：超滤运行过程中未使用杀菌剂时，超滤运行压差变化速度较快，上升斜率为0.0038，运行10个制水-反洗周期就必须进行化学加强洗，平均制水量145t/h；超滤运行过程中冲击式使用杀菌剂时，超滤运行压差上升斜率为0.0006，完全满足正常运行20个制水-反洗周期，平均制水量152t/h；超滤运行过程中冲击式使用杀菌剂时，超滤运行压差上升斜率为0.0018，运行过程中压差变化较小，设备运行可靠性高。

超滤与活性炭的比较一．活性炭的吸附性能及有机物吸附的一般概念活性炭的强吸附性能除与它的孔隙结构和巨大的比表面积有关外（其比表面积可达500-1700m2/g），还与细孔的行状和分布以及表面化学性质有关。

活性炭的细孔一般为1～10nm，其中半径在2n m以下的微孔占95％以上，对吸附量影响最大；过渡孔半径一般为10～100n m，占5％以下，它为吸附物质提供扩散通道，影响扩散速度；半径大于100n m、所占比例不足1％的大孔也是作为提供扩散通道的。

活性炭的吸附通道决定影响吸附分子的大小，这是因为孔道大小影响吸附的动力学过程。

有报道认为，吸附通道直径是吸附分子直径的1.7～21倍，最佳范围是 1.7～6倍，一般认为孔道应为吸附分子的3倍。

活性炭表面化学性质可以说其本身是非极性的，但由于制造过程中处于微晶体边缘的碳原子共价键不饱和而易与其他元素（如H、O）结合成各种含氧官能团，如羟基、羧基、羰基等，以致活性炭又具有微弱的极性，并具有一定的化学和物理吸附能力。

这些官能团在水中发生离解，使活性炭表面具有某些阴离子特性，极性增强。

为此，活性炭不仅可以除去水中的非极性物质，还可吸附极性物质，优先吸附水中极性小的有机物，含碳越高范德华力越大，溶解度越小的脂肪酸愈易吸附，甚至微量的金属离子及其化合物。

活性炭过滤用以脱除水中的微量污染物和对反渗透膜产生损害的游离氯。

因为活性炭是一种非极性吸附剂，外观为暗黑色，粒状。

主要成分碳、氧、硫、氢，具有良好的吸附性能和稳定的化学性质，可以耐强酸、强碱，能经受水浸、高温、高压作用，不易破碎。

活性炭是用动植物、煤、石油及其它有机物作原料，经加热脱水、炭化、活化制成的。

具有巨大的比表面积和发达的微孔，微孔直径为20~30埃。

此外，活性炭的表面有大量的羟基和羧基官能团，可以对各种性质的有机物进行化学吸附、以及静电引力作用。

因此，可以脱色，除臭味，脱除重金属、各种溶解性有机物、放射性元素、胶体及游离氯等。