膜過(guò)濾單元對(duì)微生物的截留性能及完整性檢測(cè)

1、給水排水Ｖｏｌ４０Ｎｏ３２０１４２７膜過(guò)濾單元對(duì)微生物的截留性能及完整性檢測(cè)概述王?。备鹈髅鳎矂⑽木睏詈陚ィ苯廛S峰１，３（１清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院環(huán)境模擬與污染控制國(guó)家重點(diǎn)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，北京１０００８４；２蘇州普濾得凈化有限公司，蘇州２１５１２９；３ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｒｏｇｒａｍ，ＰｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａＳｔａｔｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｍｉｄｄｌｅｔｏｗｎ，ＰＡ１７０５７，ＵＳＡ）摘要膜過(guò)濾在飲用水處理領(lǐng)域具有

2、廣闊的應(yīng)用前景。膜過(guò)濾單元對(duì)微生物等顆粒物質(zhì)的持續(xù)有效截留是膜過(guò)濾工藝成功應(yīng)用的關(guān)鍵。膜組件在用于實(shí)際飲用水生產(chǎn)之前，需要通過(guò)微生物負(fù)荷試驗(yàn)確定其對(duì)微生物的截留性能。膜過(guò)濾單元在運(yùn)行過(guò)程中，需要進(jìn)行例行的膜完整性檢測(cè)以保證其對(duì)微生物持續(xù)高效的截留效果。主要參考美國(guó)環(huán)保局的《膜過(guò)濾指南》，對(duì)微生物負(fù)荷試驗(yàn)、膜過(guò)濾單元的直接和間接完整性檢測(cè)進(jìn)行總結(jié)性介紹，重點(diǎn)闡明上述試驗(yàn)和檢測(cè)之間的作用、基本原理、主要方法和相互關(guān)系。以促進(jìn)制水企業(yè)和相關(guān)管

3、理部門(mén)對(duì)膜過(guò)濾工藝的了解，并幫助國(guó)內(nèi)膜生產(chǎn)企業(yè)完善其現(xiàn)有產(chǎn)品和控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞膜過(guò)濾工藝微生物負(fù)荷試驗(yàn)完整性檢測(cè)截留性能飲用水處理ＭｅｔｈｏｄｓｆｏｒｔｈｅｔｅｓｔｓｏｆｔｈｅｉｎｔｅｒｃｅｐｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍａｎｄｔｈｅｉｎｔｅｇｒｉｔｙｉｎｍｅｍｂｒａｎｅｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｕｎｉｔＷａｎｇＸｉａｏｍａｏ１，ＧｅＭｉｎｇｍｉｎｇ２，ＬｉｕＷｅｎｊｕｎ１，ＹａｎｇＨｏｎｇｗｅｉ１，ＸｉｅＹｕｅ

4、ｆｅｎｇ１，３（１ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＳｔａｔｅＫｅｙＪｏｉｎｔＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＰｏｌｌｕｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌ，ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８４，Ｃｈｉｎａ；２ＳｕｚｈｏｕＰｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｒｏｕｐＣｏ，Ｌｔｄ，Ｓｕｚｈｏｕ２１５１２９，Ｃｈｉｎａ；３ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅ

5、ｅｒｉｎｇＰｒｏｇｒａｍ，ＰｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａＳｔａｔｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｍｉｄｄｌｅｔｏｗｎ，ＰＡ１７０５７，ＵＳＡ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｍｅｍｂｒａｎｅｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｈａｓｂｅｅｎｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙｅｍｐｌｏｙｅｄｆｏｒｄｒｉｎｋｉｎｇｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｗｏｒｌｄｗｉｄｅＴｈｅｋｅｙｔｏｔｈｅｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｉｓｐｒｏｃｅｓｓｉｓｔｈｅｍｅｍｂｒａｎｅ

6、’ｓｉｎｔｅｒ－ｃｅｐｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｍｉｃｒｏｂｅｓａｎｄｏｔｈｅｒｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｍａｔｔｅｒｓｗｈｉｃｈｍｕｓｔｌａｓｔｆｏｒａｒｅａｓｏｎａｂｌｙｌｏｎｇｄｕｒａｔｉｏｎＴｈｅｍｅｍｂｒａｎｅｍｏｄｕｌｅｓｕｓｅｄｆｏｒｄｒｉｎｋｉｎｇｗａｔｅｒｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｍｕｓｔｐａｓｓｔｈｅｃｈａｌｌｅｎｇｅｔｅｓｔｃｏｎｄｕｃｔｅｄｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｉｎｔｅｒｃｅｐｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏ

7、ｆｔｈｅｃｏｎｃｅｒｎｅｄｍｉｃｒｏｂｅｓＭｅｍｂｒａｎｅｉｎｔｅｇｒｉ－ｔｙｔｅｓｔｓｍｕｓｔｂｅｒｏｕｔｉｎｅｌｙｃｏｎｄｕｃｔｅｄｔｏｓｅｃｕｒｅｔｈｅｍｅｍｂｒａｎｅ’ｓｉｎｔｅｒｃｅｐｔｉｎｇａｂｉｌｉｔｙｄｕｒｉｎｇｔｈｅｏｐｅｒ－ａｔｉｏｎＴｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｓａｓｕｍｍａｒｙｏｆｔｈｅＭｅｍｂｒａｎｅｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｇｕｉｄａｎｃｅｍａｎｕａｌｉｓｓｕｅｄｂｙｔｈｅＥｎｖｉ－ｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＡ

8、ｇｅｎｃｙｏｆｔｈｅＵｎｉｔｅｄＳｔａｔｅｓ，ｂｒｉｅｆｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅｃｈａｌｌｅｎｇｅｔｅｓｔａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｄｉｒｅｃｔａｎｄｉｎｄｉｒｅｃｔｍｅｍｂｒａｎｅｉｎｔｅｇｒｉｔｙｔｅｓｔｓ；ｗｉｔｈａｆｏｃｕｓｏｎｔｈｅｐｕｒｐｏｓｅｓ，ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ，ｔｈｅｅｍｐｌｏｙｅｄｔｅｓｔｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｔｈｅｉｎｔｅｒ－ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｅｓｔｓＴｈｉｓｐ

9、ａｐｅｒｍｉｇｈｔｂｅｈｅｌｐｆｕｌｔｏｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｔｈｅｍｅｍｂｒａｎｅｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｂｙｗａｔｅｒｕｔｉｌｉｔｉｅｓａｎｄｔｈｅａｕｔｈｏｒｉｔｉｅｓ，ａｎｄｔｏａｉｄｔｈｅｄｏｍｅｓｔｉｃｍｅｍｂｒａｎｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｉｒｐｒｏｄｕｃｔｓａｎｄｅｓｔａｂｌｉｓｈｔｈｅｒｅｊｅｃｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｇｕａｒａｎｔｅｅｓｙｓｔｅｍＫｅｙｗ

10、ｏｒｄｓ：Ｍｅｍｂｒａｎｅｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ；Ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ；Ｃｈａｌｌｅｎｇｅｔｅｓｔ；Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙｔｅｓｔ；Ｉｎｔｅｒ－ｃｅｐｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；Ｄｒｉｎｋｉｎｇｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔ國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專(zhuān)項(xiàng)（２０１２ＺＸ０７４０４００２）。給水排水Ｖｏｌ４０Ｎｏ３２０１４２９通過(guò)負(fù)荷試驗(yàn)或ＮＤＰＴ的超濾膜組件可以用于制水企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行。由于超濾膜的實(shí)際有效厚度（即過(guò)

11、濾皮層）僅在微米量級(jí)，在設(shè)備安裝、檢修或膜清洗過(guò)程中，或在待濾水中尖銳物質(zhì)的作用下，可能會(huì)發(fā)生表面破損，從而造成截留性能的下降。為了保證超濾膜截留性能的持續(xù)性，需要在膜工藝運(yùn)行過(guò)程中對(duì)膜進(jìn)行完整性測(cè)試。膜完整性測(cè)試針對(duì)的是整套膜過(guò)濾裝置，除膜組件本身以外，還可以發(fā)現(xiàn)裝置內(nèi)各管道、閥門(mén)、監(jiān)測(cè)儀表連接處可能出現(xiàn)的泄漏問(wèn)題。膜的完整性測(cè)試包括直接完整性測(cè)試（ｄｉｒｅｃｔｉｎｔｅｇｒｉｔｙｔｅｓｔ）和間接完整性監(jiān)測(cè)（ｉｎｄｉｒｅｃｔｉｎｔｅｇｒ

12、ｉｔｙｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ）（見(jiàn)圖１）。直接完整性測(cè)試的靈敏度用ＬＲＶＤＩＴ表示。靈敏度反映的是可以通過(guò)直接完整性檢測(cè)確認(rèn)的、該膜過(guò)濾單元對(duì)某微生物的最大截留能力。膜過(guò)濾單元對(duì)某微生物的最終截留性能，是（負(fù)荷試驗(yàn)得到的）ＬＲＶＣ和（直接完整性測(cè)試的靈敏度）ＬＲＶＤＩＴ?xún)烧咧械妮^低值。直接完整性測(cè)試的結(jié)果用ＬＲＶｔｅｓｔ表示。當(dāng)ＬＲＶｔｅｓｔ小于某一設(shè)定的控制限值（ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｍｉｔ）時(shí)，說(shuō)明膜的完整性可能受到破壞。此時(shí)需要找出該

13、膜過(guò)濾單元的問(wèn)題發(fā)生點(diǎn)。如果問(wèn)題得到確認(rèn)，即需對(duì)該膜過(guò)濾單元進(jìn)行維修。維修完成后需再次進(jìn)行直接完整性檢測(cè)，檢測(cè)合格后方可投入運(yùn)行。直接完整性測(cè)試的控制限值最小為制水企業(yè)或管理部門(mén)的期望值（ＬＲＶＴ）。但有時(shí)為了提高膜過(guò)濾單元的截留能力安全系數(shù)，控制限值可以設(shè)定得更高，主要起預(yù)警的作用。由于目前已開(kāi)發(fā)的所有直接完整性測(cè)試方法都需要暫停膜過(guò)濾單元的運(yùn)行，因此不能連續(xù)不間斷地進(jìn)行。美國(guó)環(huán)保局為了確保對(duì)隱孢子蟲(chóng)的去除，要求制水企業(yè)對(duì)每一個(gè)獨(dú)立的

14、膜過(guò)濾單元進(jìn)行的直接完整性檢測(cè)的頻率不小于１次／ｄ。世界其他地區(qū)的膜工藝水廠，直接完整性檢測(cè)的周期從４ｈ到１周不等。為了連續(xù)監(jiān)測(cè)膜過(guò)濾單元的完整性，保障濾后水水質(zhì)，需要進(jìn)行間接完整性監(jiān)測(cè)。間接完整性監(jiān)測(cè)是直接完整性檢測(cè)的必要補(bǔ)充。間接完整性測(cè)試的優(yōu)點(diǎn)是可以連續(xù)進(jìn)行，但其靈敏度（響應(yīng)能力）不如直接完整性檢測(cè)，因此只能起預(yù)警作用。實(shí)際操作時(shí)，制水企業(yè)可以根據(jù)自身的情況設(shè)定一個(gè)（或一些）控制限值（ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｍｉｔ），當(dāng)間接完整性監(jiān)測(cè)的

15、測(cè)定值超過(guò)控制限值時(shí)，即立刻啟動(dòng)直接完整性檢測(cè)（見(jiàn)圖１）。美國(guó)環(huán)保局要求間接完整性檢測(cè)的頻率不得小于１次／１５ｍｉｎ。在此頻率下，可以認(rèn)為是連續(xù)監(jiān)測(cè)。２負(fù)荷試驗(yàn)負(fù)荷試驗(yàn)的目的是在膜組件出廠前確定其對(duì)某微生物的截留能力（ＬＲＶＣ值）。美國(guó)環(huán)保局強(qiáng)調(diào)對(duì)隱孢子蟲(chóng)的去除，但該微生物可以是任何影響飲用水安全的微生物，包括隱孢子蟲(chóng)（粒徑３～７μｍ）、賈第鞭毛蟲(chóng)（粒徑７～１５μｍ）、糞大腸桿菌（粒徑１～４μｍ）、腸道病毒（粒徑００３～０１μｍ）等。用

16、于飲用水處理的膜組件的形式主要分為壓力容器式和浸沒(méi)式。兩種形式的膜組件都可以在死端過(guò)濾或錯(cuò)流過(guò)濾方式下運(yùn)行。雖然膜組件形式和運(yùn)行方式有所不同，但負(fù)荷試驗(yàn)的操作方法和流程基本相同（見(jiàn)圖２）。正常情況下，用于負(fù)荷試驗(yàn)的膜組件必須與用于實(shí)際工程的膜組件完全相同。負(fù)荷試驗(yàn)的水力條件也必須與實(shí)際工程相同。圖２負(fù)荷試驗(yàn)基本流程［１］進(jìn)行負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)，可使用需去除的微生物直接配置濾前水。但更多情況下是利用“替代顆粒物”（ｓｕｒｒｏｇａｔｅｐａｒｔｉｃｕ