王如華

(上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院<集團(tuán)>有限公司，上海 200092)

王如華，上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司副總工程師，正高級(jí)工程師，享受?chē)?guó)務(wù)院政府特殊津貼專(zhuān)家，上海市領(lǐng)軍人才。主持完成數(shù)十項(xiàng)重大工程的設(shè)計(jì)、咨詢(xún)和技術(shù)研發(fā)工作，參與2項(xiàng)國(guó)家“863”和3項(xiàng)“水專(zhuān)項(xiàng)”重大課題研究。主編國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《室外給水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50013—2018)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)給水微污染水預(yù)處理技術(shù)規(guī)程》(CJJ/T 229—2015)和《城鎮(zhèn)給水膜處理技術(shù)規(guī)程》(CJJ/T 251—2017)；主編《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)(第三冊(cè) 城鎮(zhèn)給水)》(第三版)；中國(guó)土木工程獲詹天佑創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)獎(jiǎng)、黑龍江省技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、上?？萍歼M(jìn)步一等和二等獎(jiǎng)3項(xiàng)、大禹科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、全國(guó)和上海市優(yōu)秀工程咨詢(xún)成果和勘察設(shè)計(jì)獎(jiǎng)數(shù)十項(xiàng)。

近10年來(lái)，水質(zhì)提升成為我國(guó)公共供水事業(yè)的重大任務(wù)之一，其中先進(jìn)、可靠和經(jīng)濟(jì)可承受的新興水處理技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)實(shí)現(xiàn)水質(zhì)提升起到了關(guān)鍵的支撐作用。始于20世50年代并在20世80年代才開(kāi)始在家庭和公共供水系統(tǒng)應(yīng)用的膜分離技術(shù)，目前已被業(yè)內(nèi)廣泛認(rèn)同為21世紀(jì)飲用水處理的新技術(shù)。20世紀(jì)初我國(guó)家庭和商用小型飲用水處理系統(tǒng)開(kāi)始采用膜分離技術(shù)以來(lái)，隨著市場(chǎng)需求的不斷增加，其中膜過(guò)濾技術(shù)的應(yīng)用得到了快速發(fā)展，先后經(jīng)歷了全進(jìn)口產(chǎn)品、全進(jìn)口產(chǎn)品為主與國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品為輔、國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品為主與進(jìn)口產(chǎn)品為輔的應(yīng)用歷程。在我國(guó)公共供水系統(tǒng)中目前已建成的膜過(guò)濾項(xiàng)目規(guī)模約為800萬(wàn)m3/d，其中還包括了個(gè)別除膜過(guò)濾技術(shù)外的探索性膜分離技術(shù)應(yīng)用案例，如納濾和低壓納濾技術(shù)；在建的膜過(guò)濾項(xiàng)目規(guī)模約為200萬(wàn)m3/d，已建和在建的規(guī)模約占我國(guó)現(xiàn)有城市供水能力的5%。此外，已計(jì)劃或規(guī)劃將來(lái)建設(shè)的膜過(guò)濾項(xiàng)目規(guī)模也接近500萬(wàn)m3/d。因此，保障供水安全和提供優(yōu)質(zhì)飲用水成為我國(guó)公共供水的一項(xiàng)持續(xù)的重要任務(wù)，以及隨著我國(guó)膜工業(yè)水平的不斷提高，未來(lái)膜過(guò)濾技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用規(guī)模仍將有較大的發(fā)展空間。

雖然目前我國(guó)公共供水系統(tǒng)中膜分離技術(shù)的應(yīng)用已達(dá)到了一定的規(guī)模，且未來(lái)仍將有較大的發(fā)展空間，但是，在對(duì)各類(lèi)膜分離技術(shù)特征和及其應(yīng)用場(chǎng)景的認(rèn)識(shí)上，尚存在一些誤區(qū)，致使其在一些公共供水系統(tǒng)中的應(yīng)用不盡合理。比如將膜分離技術(shù)中的膜過(guò)濾工藝作為一種傳統(tǒng)常規(guī)處理工藝基礎(chǔ)上的疊加工藝來(lái)應(yīng)用，甚至作為去除水中溶解性污染物為目標(biāo)的深度處理工藝來(lái)應(yīng)用。這些做法雖然對(duì)水質(zhì)無(wú)負(fù)面影響，卻仍無(wú)法去除水中溶解性污染物，并造成了一定程度的功能和公共資源的浪費(fèi)，導(dǎo)致不必要的公共供水成本的增加。因此，有必要從替代傳統(tǒng)飲用水處理工藝的角度出發(fā)，根據(jù)公共供水的基本要求，結(jié)合各類(lèi)膜分離技術(shù)的特征以及膜過(guò)濾工藝的技術(shù)特點(diǎn)和適用性分析，對(duì)膜過(guò)濾工藝替代傳統(tǒng)飲用水處理工藝的可行性進(jìn)行研判。

1 公共供水發(fā)展與水處理技術(shù)的關(guān)系

公共供水的基本任務(wù)應(yīng)包括制訂基于健康結(jié)果與公眾可接受性、技術(shù)可達(dá)性和經(jīng)濟(jì)可承受性的供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，掌握供水項(xiàng)目安全、穩(wěn)定、可靠建設(shè)與運(yùn)行的成熟工程技術(shù)與管理技術(shù)，以及擁有可持續(xù)支撐項(xiàng)目建設(shè)與運(yùn)營(yíng)的資金與水價(jià)政策。公共供水的發(fā)展歷史表明，水處理技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步在應(yīng)對(duì)各種涉水健康風(fēng)險(xiǎn)中具有舉足輕重的作用，如化學(xué)消毒技術(shù)控制致病菌風(fēng)險(xiǎn)、臭氧生物活性炭技術(shù)控制長(zhǎng)期化學(xué)風(fēng)險(xiǎn)，以及膜分離技術(shù)控制特定致病微生物(如兩蟲(chóng))風(fēng)險(xiǎn)等。同時(shí)，對(duì)公共供水水平的不斷提高也有著重要影響，如與慢速過(guò)濾相比，快速過(guò)濾使得在相同土地條件下的水處理能力得以百倍的增加，對(duì)擴(kuò)大公共供水的規(guī)模和服務(wù)范圍起到了積極的推動(dòng)作用[1]。

水處理的基本方法是通過(guò)一系列的物理、化學(xué)和生物過(guò)程將水中目標(biāo)污染物轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)化結(jié)合轉(zhuǎn)移這3種基本方法。在傳統(tǒng)的飲用水處理技術(shù)中，通常這3種方法都會(huì)采用。如地表水水源取水設(shè)施中圍油欄、攔藻網(wǎng)、格柵與格網(wǎng)就是通過(guò)吸附、攔截的方法將水中目標(biāo)污染物(水草、樹(shù)葉、編織物、浮油和水藻)從水中轉(zhuǎn)移。水廠水處理過(guò)程中的混凝、沉淀(澄清)與快速顆粒過(guò)濾，則是采用轉(zhuǎn)化后再進(jìn)行轉(zhuǎn)移的方法，即先將水中膠體(包括附著在膠體上的致病微生物)脫穩(wěn)和凝聚，使其易于沉淀或在過(guò)濾介質(zhì)顆粒表面附著，然后通過(guò)沉淀(澄清)與過(guò)濾予以去除。同樣，目前被普遍采用的臭氧生物活性炭技術(shù)也包含了轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)化結(jié)合轉(zhuǎn)移這2種方法，即通過(guò)臭氧的氧化能力把可以氧化成無(wú)機(jī)物的小分子有機(jī)物直接氧化成二氧化碳(礦化)，把大分子有機(jī)物分解成易于活性炭吸附的小分子有機(jī)物，再通過(guò)活性炭中的好氧微生物將吸附在活性炭上的可生化有機(jī)物分解成二氧化碳。

膜分離作為現(xiàn)代水處理的新型技術(shù)，是通過(guò)半透膜對(duì)水溶液中不同組分進(jìn)行選擇性透過(guò)(分離)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)水的凈化。因此，從水處理的基本方法角度看，膜分離就是采用純粹轉(zhuǎn)移的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)水的凈化，即通過(guò)選擇合適的膜分離過(guò)程去除水中特定的目標(biāo)污染物。

2 飲用水處理中膜分離技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

膜分離技術(shù)始于20世紀(jì)50年代，早期主要是用于工業(yè)領(lǐng)域的澄清、濃縮、提純、消毒、廢水處理和廢水液回收的膜過(guò)濾技術(shù)，到20世紀(jì)80年代開(kāi)始逐漸在家庭和小型公共供水系統(tǒng)中得以應(yīng)用。始于20世紀(jì)60年代中期的反滲透技術(shù)(包括20世紀(jì)80年代中期開(kāi)發(fā)的納濾)也開(kāi)始在以海水、苦咸水和水質(zhì)特殊的地下水(高硬度、高色度和有機(jī)物)為水源的水處理中得以應(yīng)用，主要用于除鹽、軟化和脫色。

2.1 飲用水處理中的膜分離類(lèi)型

按驅(qū)動(dòng)力不同，水處理用的膜分離可分為壓力驅(qū)動(dòng)和電力驅(qū)動(dòng)兩類(lèi)，用于公共飲用水處理的則主要為壓力驅(qū)動(dòng)膜分離。

按壓力驅(qū)動(dòng)膜分離不同的物理化學(xué)過(guò)程，膜分離可分為膜過(guò)濾和反滲透(含納濾)兩大類(lèi)。同時(shí)，按照其孔徑或截留溶質(zhì)的大小不同又可分為四小類(lèi)，如表1所示。

表1 壓力驅(qū)動(dòng)膜分離分類(lèi)

膜過(guò)濾(微濾、超濾)和反滲透(含納濾)對(duì)水中目標(biāo)污染物的去除機(jī)理有很大不同。膜過(guò)濾的進(jìn)水是懸浮液或兩相系統(tǒng)，分離的對(duì)象是懸浮液中的固相物，包括沉淀物、懸浮物(膠體)和各類(lèi)微生物(藻類(lèi)、原生動(dòng)物、細(xì)菌、病毒)等。反滲透(含納濾)的進(jìn)水則是溶液或單相系統(tǒng)，分離的對(duì)象是溶液中的溶質(zhì)，包括各種陰陽(yáng)離子和溶解性有機(jī)物。

2.2 膜過(guò)濾的主要工藝特征

(1)膜過(guò)濾影響因素

膜過(guò)濾中的微濾和超濾是根據(jù)擬去除的目標(biāo)污染物尺寸來(lái)選擇相應(yīng)截留性能的膜產(chǎn)品，在膜未破損(完整性)的前提下，對(duì)目標(biāo)污染物去除率幾乎達(dá)100%，且無(wú)論進(jìn)水水質(zhì)如何變化均不影響其出水水質(zhì)。膜過(guò)濾水通量由膜進(jìn)出水的壓力梯度所決定，影響其水通量的主要因素有驅(qū)動(dòng)壓力、水溫和膜污堵。水通量隨驅(qū)動(dòng)壓力的增減而增減。當(dāng)以20 ℃為標(biāo)準(zhǔn)溫度時(shí)，在水溫為1～28 ℃，水溫每增減1 ℃，水通量相應(yīng)增減2.5%～3%。同樣，膜污堵會(huì)降低水通量。因此，要消除水溫和膜污堵對(duì)水通量的影響，必須調(diào)整驅(qū)動(dòng)壓力。影響膜過(guò)濾水回收率的主要因素是進(jìn)水水質(zhì)、清洗與維護(hù)方式。進(jìn)水中污染物濃度越高則膜污堵越快，膜污堵越快則膜清洗和維護(hù)越頻繁，膜清洗和維護(hù)越頻繁則水回收率越低。但是，合理的清洗和維護(hù)方式有助于水回收率的提高。

(2)常用的膜過(guò)濾形式及驅(qū)動(dòng)方式

目前，最常用的中空纖維微濾、超濾膜按其驅(qū)動(dòng)壓力不同可分為壓力式[2]和浸沒(méi)式兩種工藝形式。其中壓力式是通過(guò)對(duì)膜進(jìn)水施加壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)過(guò)濾；浸沒(méi)式是通過(guò)對(duì)膜出水施加負(fù)壓來(lái)驅(qū)動(dòng)過(guò)濾。

(3)常用膜的膜結(jié)構(gòu)及過(guò)濾精度

微濾和超濾雖然凈水機(jī)理相同，且作用相似，但最常用的有機(jī)中空纖維微濾膜和超濾膜在膜結(jié)構(gòu)、過(guò)濾(截留)精度表征和微生物截留對(duì)象上仍有明顯差異。通常微濾膜為對(duì)稱(chēng)膜結(jié)構(gòu)，超濾膜為非對(duì)稱(chēng)膜膜結(jié)構(gòu)。

在過(guò)濾(截留)精度上，微濾以篩分尺寸(額定孔徑)表征，篩分尺寸(額定孔徑)通常為0.1～1 μm，也有把上限放大成10 μm的。超濾則既有采用篩分尺寸定義的，也有采用截留分子量(MWCO)來(lái)表征。篩分尺寸(額定孔徑)通常為0.01～0.04 μm，在一定條件下超濾膜對(duì)某一已知分子量物質(zhì)的截留率達(dá)到90%時(shí)為膜的MWCO，并給出該已知分子量物質(zhì)與篩分尺寸的近似計(jì)算公式。如表2所示，美國(guó)材料協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)推薦采用葡聚糖來(lái)測(cè)定超濾膜的截留分子量，同時(shí)給出了篩分尺寸(額定孔徑)與截留分子量近似計(jì)算公式。我國(guó)膜工業(yè)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)超濾膜的過(guò)濾(截留)精度表征基本采用美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，而國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《飲用水處理用浸沒(méi)式中空纖維超濾膜組件及裝置》(CJ/T 530—2018)則推薦采用聚乙二醇(PEG)測(cè)定超濾膜MWCO，給出的篩分尺寸(額定孔徑)與MWCO近似計(jì)算公式(表2)和常見(jiàn)PEG MWCO與孔徑關(guān)系(表3)。在實(shí)際應(yīng)用中，微濾、超濾均以其額定孔徑(篩分尺寸)來(lái)表示其過(guò)濾(截留)精度。

表2 分子量與篩分尺寸的近似計(jì)算公式

表3 常見(jiàn)PEG MWCO與孔徑關(guān)系

飲用水處理中目標(biāo)微生物主要為原生動(dòng)物(兩蟲(chóng))、細(xì)菌和病毒，其體型尺寸相差較大，其中原生動(dòng)物(兩蟲(chóng))體型尺寸均超過(guò)了1 μm，細(xì)菌因形態(tài)不同尺寸差異大，大的可超過(guò)10 μm，小的可至0.2 μm，病毒的尺寸則在0.02～0.2 μm。因此，按照微濾和超濾截留精度不同，當(dāng)以原生動(dòng)物(兩蟲(chóng))為目標(biāo)污染物時(shí)，采用具有合適篩分尺寸的微濾，理論上可完全去除。細(xì)菌則應(yīng)根據(jù)具體對(duì)象既可采用微濾，也可采用超濾。而病毒若要達(dá)大于log6的去除率，則應(yīng)該采用超濾。

由于膜的實(shí)際孔徑沿膜厚度方向不是一成不變和筆直的，且孔徑分布也不是完全均勻的，實(shí)際應(yīng)用中有發(fā)現(xiàn)少量大于膜額定孔徑的顆粒物未被截留的現(xiàn)象。因此，針對(duì)特定致病微生物的去除，僅用膜制造商產(chǎn)品標(biāo)識(shí)的額定孔徑來(lái)選擇膜是不安全的。為保障飲用水生物安全，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的相關(guān)技術(shù)法規(guī)規(guī)定，對(duì)用于去除特定致病微生物(如兩蟲(chóng))的微濾、超濾膜，應(yīng)通過(guò)模型微生物挑戰(zhàn)試驗(yàn)并獲得信譽(yù)認(rèn)證后，才能進(jìn)入應(yīng)用市場(chǎng)。我國(guó)目前尚未有類(lèi)似的技術(shù)法規(guī)和進(jìn)行挑戰(zhàn)試驗(yàn)的認(rèn)證機(jī)構(gòu)。

2.3 膜過(guò)濾技術(shù)的應(yīng)用

相對(duì)于傳統(tǒng)快速顆粒過(guò)濾出水水質(zhì)依賴(lài)于運(yùn)行人員應(yīng)對(duì)原水水質(zhì)變化的經(jīng)驗(yàn)，以及控制顆粒過(guò)濾之前的混凝沉淀(澄清)工藝穩(wěn)定運(yùn)行的能力，膜過(guò)濾由于能有界限地篩分顆粒物，可使有明確尺寸的目標(biāo)顆粒物(包括特定的致病微生物)完全去除(膜未破損時(shí))，出水水質(zhì)不受進(jìn)水水質(zhì)條件影響，運(yùn)行過(guò)程受人為因素影響少，自動(dòng)操作運(yùn)行程度高。因此，20世紀(jì)80年代在美國(guó)、法國(guó)等歐美國(guó)家的小型公共供水系統(tǒng)中開(kāi)始應(yīng)用。但由于設(shè)備價(jià)格較高，較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)市場(chǎng)應(yīng)用規(guī)模相對(duì)較小。21世紀(jì)以來(lái)，隨著技術(shù)進(jìn)步、大量成熟產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)和膜產(chǎn)品成本的顯著下降，在任何規(guī)模的地表水處理中，膜過(guò)濾技術(shù)已被認(rèn)為是能與傳統(tǒng)的顆粒過(guò)濾進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的技術(shù)。

我國(guó)膜過(guò)濾在以地表水為水源的公共供水中進(jìn)行規(guī)?；瘧?yīng)用始于2010年左右，粗率估計(jì)，目前已建或在建的膜過(guò)濾系統(tǒng)規(guī)模接近1 000萬(wàn)m3/d。主要用于替代傳統(tǒng)的顆粒過(guò)濾和在臭氧生物活性炭工藝后增加保安過(guò)濾[3]。例如，山東泰安某12萬(wàn)m3/d規(guī)模水廠中采用浸沒(méi)式中空纖維超濾膜工藝作為過(guò)濾工藝；杭州某30萬(wàn)m3/d規(guī)模水廠中采用壓力式中空纖維微濾膜工藝作為臭氧生物活性炭后的保安過(guò)濾工藝。此外，也有少量用于納濾或反滲透前的預(yù)處理。例如，青島某10萬(wàn)m3/d規(guī)模海水淡化廠中采用壓力式中空纖維超濾膜工藝作為反滲透脫鹽工藝前的預(yù)處理工藝，預(yù)處理規(guī)模為27萬(wàn)m3/d。

已建成項(xiàng)目的運(yùn)行效果表明，膜過(guò)濾作為過(guò)濾時(shí)，與傳統(tǒng)快速顆粒過(guò)濾相比，出水渾濁度和微小顆粒數(shù)含量可實(shí)現(xiàn)數(shù)量級(jí)的提升。作為臭氧生物活性炭后的保安工藝時(shí)，可有效去除臭氧生物活性炭出水中的極微小顆粒(≤2 μm)，消除臭氧生物活性炭工藝的生物泄漏風(fēng)險(xiǎn)。作為納濾或反滲透的預(yù)處理時(shí)，可穩(wěn)定保障進(jìn)入納濾、反滲透水的淤泥密度指數(shù)(SDI)小于3，有效減緩了納濾或反滲透膜的污堵。表4列出了國(guó)內(nèi)其他一些應(yīng)用案例。

表4 國(guó)內(nèi)部分典型膜過(guò)濾工藝應(yīng)用案例

3 中空纖維微濾、超濾與傳統(tǒng)砂濾比較與分析

3.1 凈水效果比較

傳統(tǒng)的快速砂濾通常只對(duì)尺寸>80 μm的顆粒物有直接篩分截留的作用，其他尺寸更小的顆粒物捕獲主要通過(guò)與濾床內(nèi)自上而下的眾多濾料表面數(shù)千次的沉淀、貼近吸附和擴(kuò)散吸附機(jī)會(huì)來(lái)捕獲去除。這也可以解釋尺寸遠(yuǎn)小于80 μm的顆粒、原生動(dòng)物、細(xì)菌和病毒在砂濾過(guò)程中能夠得到一定去除的現(xiàn)象。但是，混凝不完善或原水水質(zhì)變化(有機(jī)污染、水溫、pH和堿度等)會(huì)引起濾前水處理效果不穩(wěn)定，使進(jìn)入濾池的部分微小顆粒物脫穩(wěn)不充分，最終導(dǎo)致濾池出水不穩(wěn)定。如原水出現(xiàn)季節(jié)性污染或水溫低時(shí)，通常會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象，生產(chǎn)運(yùn)行中習(xí)慣上把這種進(jìn)入濾池的水質(zhì)差異現(xiàn)象稱(chēng)為“可過(guò)濾性差異”，可過(guò)濾性高則濾后水好，低則濾后水差。以上海的長(zhǎng)江與黃浦江兩種水源為例，據(jù)了解，冬季水溫低時(shí)，濾后水渾濁度要穩(wěn)定達(dá)到≤0.1 NTU的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)較好的長(zhǎng)江水源沉后水渾濁度只要控制在2～3 NTU即可，而有機(jī)污染較重的黃浦江水源的沉后水渾濁度則需要控制在1 NTU以下。此外，低溫引起顆粒物在水中的擴(kuò)散速度降低，減少其被濾料表面擴(kuò)散吸附捕獲的機(jī)會(huì)，也會(huì)導(dǎo)致濾后水渾濁度升高。有時(shí)即使渾濁度沒(méi)變化，但出水中無(wú)法通過(guò)渾濁度反映出來(lái)的極微小顆粒數(shù)卻會(huì)顯著增加。因此，一旦因各種自然或人為因素?zé)o法保障沉后水渾濁度小于既定值時(shí)，濾后水的渾濁度就難以持續(xù)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

如前所述，無(wú)論水中顆粒物的物理化學(xué)性質(zhì)如何，通過(guò)選擇篩分尺寸合適的微濾、超濾膜均可以對(duì)水中相應(yīng)尺寸的目標(biāo)顆粒物進(jìn)行幾乎完全攔截，水溫與水質(zhì)變化不會(huì)對(duì)膜后水質(zhì)產(chǎn)生影響，僅對(duì)水量和水回收率產(chǎn)生影響，這些影響因素均可在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段綜合考慮后通過(guò)合理的系統(tǒng)配置予以解決。國(guó)內(nèi)外已有應(yīng)用表明[4]，膜過(guò)濾出水渾濁度和菌落總數(shù)與傳統(tǒng)的快速砂過(guò)濾相比，均可以提高一個(gè)數(shù)量等級(jí)，如出水渾濁度可穩(wěn)定保持在0.05～0.08 NTU。因此，膜過(guò)濾在保障渾濁度穩(wěn)定和生物安全方面具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。

3.2 工程要素比較

表5為微濾、超濾與傳統(tǒng)砂濾在用地、能耗和運(yùn)行控制等主要工程要素的比較。

3.3 綜合分析

由上述凈水效果比較和表5可知，從凈水效果看，膜過(guò)濾的出水水質(zhì)較傳統(tǒng)過(guò)濾更優(yōu)，且出水水質(zhì)不受進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)的影響，能穩(wěn)定地保持優(yōu)異的出水水質(zhì)。其具有的對(duì)水中顆粒物進(jìn)行明確尺寸篩除的能力，可實(shí)現(xiàn)對(duì)特定致病微生物的高效去除，大大提高了飲用水的衛(wèi)生安全。

表5 微濾、超濾與傳統(tǒng)砂濾主要工程要素比較

從工程建設(shè)效益看，雖然其單位水量造價(jià)是傳統(tǒng)砂濾的2～3倍，但過(guò)濾設(shè)施單位面積可處理水量卻是傳統(tǒng)砂濾的1.5～4倍，用地成本上的優(yōu)勢(shì)完全可以抵消造價(jià)上的劣勢(shì)。從水回收率(產(chǎn)水率)看，采用二級(jí)膜過(guò)濾已可以與傳統(tǒng)砂濾持平。

從工程運(yùn)行成本看，采用浸沒(méi)式虹吸負(fù)壓出水的膜過(guò)濾的過(guò)水能耗已與傳統(tǒng)砂濾基本相當(dāng)。即使采用浸沒(méi)式泵吸負(fù)壓出水或壓力式膜過(guò)濾，與傳統(tǒng)砂濾相比，增加的單位水量過(guò)水能耗也非常有限。

主要增加的成本是膜元件的定期更換和日常有限的化學(xué)清洗藥劑的消耗。雖然傳統(tǒng)砂濾所用的石英砂(海砂)單位水量造價(jià)遠(yuǎn)低于膜元件，但是石英砂是一種不可再生的天然資源，會(huì)越來(lái)越稀缺，近10年來(lái)的成本正逐年提高，且這種趨勢(shì)是不可逆的。國(guó)內(nèi)部分地區(qū)甚至有采用對(duì)過(guò)濾水質(zhì)產(chǎn)生不利影響的礦砂或河沙替代石英砂的做法。此外，為在原水水質(zhì)變化時(shí)保持濾池進(jìn)水水質(zhì)穩(wěn)定，傳統(tǒng)砂濾之前的混凝沉淀(澄清)處理的日常藥劑消耗會(huì)明顯高于膜過(guò)濾之前的混凝沉淀(澄清)處理，許多運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，冬季低溫時(shí)混凝劑的消耗通常是夏季的2～3倍，膜過(guò)濾則不需要，甚至在前序混凝沉淀(澄清)進(jìn)行超負(fù)荷運(yùn)行而出水水質(zhì)下降時(shí)，仍不會(huì)對(duì)膜過(guò)濾出水水質(zhì)帶來(lái)影響。國(guó)外有應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)顯示，對(duì)于原水常年保持總有機(jī)碳(TOC)小于2 mg/L水平的水庫(kù)水(無(wú)藻華風(fēng)險(xiǎn))或受地表影響的地下水，膜過(guò)濾之前甚至不需要進(jìn)行混凝沉淀(澄清)處理[5]。

從運(yùn)行控制難度看，膜過(guò)濾出水水質(zhì)因不受進(jìn)水水質(zhì)變化的影響，需要人為干預(yù)的因素少。傳統(tǒng)過(guò)濾則需要根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)變化，對(duì)過(guò)濾之前混凝沉淀(澄清)和自身運(yùn)行進(jìn)行人為干預(yù)，如調(diào)整混凝劑投加比例、更換混凝劑、增加助凝助濾措施、調(diào)整濾池過(guò)濾周期等。因此，在相同自動(dòng)化程度條件下，膜過(guò)濾自動(dòng)化運(yùn)行程度更高，更方便管理。

綜上，從提高水質(zhì)、保持水質(zhì)穩(wěn)定、增加供水能力和方便運(yùn)行管理角度考慮，膜過(guò)濾替代傳統(tǒng)過(guò)濾具有很高的可行性，且隨著膜產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的更完善和生產(chǎn)技術(shù)的更成熟、膜過(guò)濾在公共供水領(lǐng)域應(yīng)用市場(chǎng)的逐步擴(kuò)大以及膜產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)更充分，膜過(guò)濾的工程成本將進(jìn)一步下降，替代傳統(tǒng)過(guò)濾的可行性將更高。

4 總結(jié)與思考

公共供水水質(zhì)提高需要水處理技術(shù)的不斷發(fā)展和提高來(lái)支撐，同時(shí)也應(yīng)充分考慮各利益攸關(guān)方的經(jīng)濟(jì)承受力。相對(duì)于已經(jīng)超過(guò)百年應(yīng)用歷史的傳統(tǒng)過(guò)濾，膜過(guò)濾作為20世紀(jì)80年代中期才開(kāi)始在公共供水系統(tǒng)應(yīng)用的新技術(shù)，隨著應(yīng)用規(guī)模的逐步擴(kuò)大，其對(duì)于傳統(tǒng)過(guò)濾的優(yōu)勢(shì)已被業(yè)內(nèi)逐漸了解和認(rèn)可，應(yīng)用成本和性?xún)r(jià)比更趨合理。但是，膜過(guò)濾處理的對(duì)象是水中不溶解的顆粒物(包括微生物)，其僅是替代傳統(tǒng)過(guò)濾的新技術(shù)，而不能替代處理水中溶解性污染物的傳統(tǒng)深度處理工藝。膜過(guò)濾至少在下列場(chǎng)合替代傳統(tǒng)過(guò)濾或作為臭氧生物活性炭后的保安過(guò)濾具有很高的可行性：(1)原水常年渾濁度維持在10 NTU左右和高錳酸鹽指數(shù)小于1 mg/L的新建水廠項(xiàng)目；(2)建設(shè)用地緊張的新建和擴(kuò)建改造水廠項(xiàng)目；(3)既有水廠傳統(tǒng)老舊過(guò)濾設(shè)施改造項(xiàng)目；(4)既有水廠利用既有混凝沉淀(澄清)或過(guò)濾設(shè)施進(jìn)行水質(zhì)提升和水量增加的改造項(xiàng)目；(5)已實(shí)施了臭氧生物活性炭深度處理的既有水廠水質(zhì)生物安全保障水平提升項(xiàng)目；(6)納濾、反滲透工藝前處理項(xiàng)目。