膜過濾單元對微生物的截留性能及完整性檢測

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

2、廣闊的應用前景。膜過濾單元對微生物等顆粒物質(zhì)的持續(xù)有效截留是膜過濾工藝成功應用的關鍵。膜組件在用于實際飲用水生產(chǎn)之前，需要通過微生物負荷試驗確定其對微生物的截留性能。膜過濾單元在運行過程中，需要進行例行的膜完整性檢測以保證其對微生物持續(xù)高效的截留效果。主要參考美國環(huán)保局的《膜過濾指南》，對微生物負荷試驗、膜過濾單元的直接和間接完整性檢測進行總結性介紹，重點闡明上述試驗和檢測之間的作用、基本原理、主要方法和相互關系。以促進制水企業(yè)和相關管

3、理部門對膜過濾工藝的了解，并幫助國內(nèi)膜生產(chǎn)企業(yè)完善其現(xiàn)有產(chǎn)品和控制系統(tǒng)。關鍵詞膜過濾工藝微生物負荷試驗完整性檢測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國家水體污染控制與治理科技重大專項（２０１２ＺＸ０７４０４００２）。給水排水Ｖｏｌ４０Ｎｏ３２０１４２９通過負荷試驗或ＮＤＰＴ的超濾膜組件可以用于制水企業(yè)的實際生產(chǎn)運行。由于超濾膜的實際有效厚度（即過

11、濾皮層）僅在微米量級，在設備安裝、檢修或膜清洗過程中，或在待濾水中尖銳物質(zhì)的作用下，可能會發(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，需要在膜工藝運行過程中對膜進行完整性測試。膜完整性測試針對的是整套膜過濾裝置，除膜組件本身以外，還可以發(fā)現(xiàn)裝置內(nèi)各管道、閥門、監(jiān)測儀表連接處可能出現(xiàn)的泄漏問題。膜的完整性測試包括直接完整性測試（ｄｉｒｅｃｔｉｎｔｅｇｒｉｔｙｔｅｓｔ）和間接完整性監(jiān)測（ｉｎｄｉｒｅｃｔｉｎｔｅｇｒ

12、ｉｔｙｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ）（見圖１）。直接完整性測試的靈敏度用ＬＲＶＤＩＴ表示。靈敏度反映的是可以通過直接完整性檢測確認的、該膜過濾單元對某微生物的最大截留能力。膜過濾單元對某微生物的最終截留性能，是（負荷試驗得到的）ＬＲＶＣ和（直接完整性測試的靈敏度）ＬＲＶＤＩＴ兩者之中的較低值。直接完整性測試的結果用ＬＲＶｔｅｓｔ表示。當ＬＲＶｔｅｓｔ小于某一設定的控制限值（ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｍｉｔ）時，說明膜的完整性可能受到破壞。此時需要找出該

13、膜過濾單元的問題發(fā)生點。如果問題得到確認，即需對該膜過濾單元進行維修。維修完成后需再次進行直接完整性檢測，檢測合格后方可投入運行。直接完整性測試的控制限值最小為制水企業(yè)或管理部門的期望值（ＬＲＶＴ）。但有時為了提高膜過濾單元的截留能力安全系數(shù)，控制限值可以設定得更高，主要起預警的作用。由于目前已開發(fā)的所有直接完整性測試方法都需要暫停膜過濾單元的運行，因此不能連續(xù)不間斷地進行。美國環(huán)保局為了確保對隱孢子蟲的去除，要求制水企業(yè)對每一個獨立的

14、膜過濾單元進行的直接完整性檢測的頻率不小于１次／ｄ。世界其他地區(qū)的膜工藝水廠，直接完整性檢測的周期從４ｈ到１周不等。為了連續(xù)監(jiān)測膜過濾單元的完整性，保障濾后水水質(zhì)，需要進行間接完整性監(jiān)測。間接完整性監(jiān)測是直接完整性檢測的必要補充。間接完整性測試的優(yōu)點是可以連續(xù)進行，但其靈敏度（響應能力）不如直接完整性檢測，因此只能起預警作用。實際操作時，制水企業(yè)可以根據(jù)自身的情況設定一個（或一些）控制限值（ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｍｉｔ），當間接完整性監(jiān)測的

15、測定值超過控制限值時，即立刻啟動直接完整性檢測（見圖１）。美國環(huán)保局要求間接完整性檢測的頻率不得小于１次／１５ｍｉｎ。在此頻率下，可以認為是連續(xù)監(jiān)測。２負荷試驗負荷試驗的目的是在膜組件出廠前確定其對某微生物的截留能力（ＬＲＶＣ值）。美國環(huán)保局強調(diào)對隱孢子蟲的去除，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（粒徑３～７μｍ）、賈第鞭毛蟲（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式。兩種形式的膜組件都可以在死端過濾或錯流過濾方式下運行。雖然膜組件形式和運行方式有所不同，但負荷試驗的操作方法和流程基本相同（見圖２）。正常情況下，用于負荷試驗的膜組件必須與用于實際工程的膜組件完全相同。負荷試驗的水力條件也必須與實際工程相同。圖２負荷試驗基本流程［１］進行負荷試驗時，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