納濾的可能組合工藝如圖7所示。常規-納濾似乎是較為理想的組合，臭氧活性炭后面設置納濾也是可能的組合工藝。法國的Mery-sur-Oise水廠是采用納濾工藝的典型代表，該水廠雖然采用了臭氧以及孔徑6 μm的微濾作為預處理，但納濾膜仍然季節性的發生嚴重污染。蘇州的中試研究表明，大分子的親水性有機物是造成納濾膜污染的主要因素，常規和臭氧活性炭深度工藝都無法完全去除這類有機物，因而不適合作為納濾的預處理。超濾可完全截留大分子，因而最為適宜作為納濾的預處理。
圖7 納濾膜深度工藝
4 臭氧生物活性炭和納濾出水水質
臭氧生物活性炭是實現高品質飲用水的主流處理工藝，但隨著運行時間，活性炭吸附的逐漸飽和，出水的有機物也逐漸上升。了解生物活性炭出水有機物的變化規律，可為高品質飲用水標準相關指標的制定提供依據。為此蘇州課題組詳細調查和分析了蘇州不同運行年限的生物活性炭出水水質，如圖8所示。由圖8可見，隨著運行時間，活性炭出水的TOC逐漸增加，對于NBDOC，在某個運行時間，出水的NBDOC與進水的幾乎相同，說明活性炭的吸附作用幾近喪失，而對于BDOC，活性炭依然保持一定的去除效果，說明后期的生物活性炭去除主要依靠微生物降解的作用。縱觀活性炭長期運行的TOC變化，它是呈逐漸增加的趨勢，因此，臭氧活性炭在長期運行過程是否一直滿足高品質水的要求，存在不確定性。
圖8 臭氧生物活性炭長期運行的有機物變化
納濾去除有機物的效果如圖9所示。由圖9可見，納濾出水的TOC穩定在05 mg/L以下，不隨原水有機物的變化而變化，遠優于臭氧生物活性炭。納濾還可有效去除嗅味，如圖10所示。兩種典型的嗅味2-MIB和GSM，進納濾的濃度變化在500~50 ng/L范圍，出水的濃度均可低于5 ng/L。因此，納濾可為我們穩定提供高品質飲用水。
圖9 納濾去除有機物的效果
圖10 納濾去除嗅味物質的效果
納濾雖然能有效去除有機物，但它同時也會截留無機離子。納濾出水的無機離子含量也是受到關注的。納濾一般有兩種類型，高脫鹽和低脫鹽。高脫鹽納濾膜對有機物和無機物，均有優異的去除效果，低脫鹽的納濾膜對無機物有較低的截留率，但仍保持較好的有機物的去除效果。圖11為這兩種納濾膜去除無機離子的比較。由圖11可見，高脫鹽的納濾膜對無機離子有很好的去除效果，無論一價還是二價離子，去除率均在90%左右，低脫鹽的納濾膜，除了硫酸根去除在90%，其余離子的去除均低于30%。不僅如此，低脫鹽的納濾膜僅需較低的驅動力，就可獲得較高的通量，如圖12所示。
圖11 兩種納濾膜去除無機離子的比較
圖12 兩種納濾膜驅動壓力的比較
圖12為兩種納濾膜在通量25 L/（m²·h）時的驅動壓力情況，高脫鹽的驅動壓力基本在5 bar，而低脫鹽的僅在2~3 bar。因此低脫鹽的納濾膜非常適合作為高品質水的制取。
為了盡量去除有機物同時保障水中存在一定的礦物質，可采用將超濾出水與納濾出水混合的方式，混合的比例視所需的礦物質確定，如圖13所示。
圖13 納濾工藝出水的混合方式
5 二次供水模式下的高品質水
5.1 處理工藝的選擇
二次供水保持水質模式是指自來水經過管網后，水質產生了變化，通過在二次供水設施內設置處理裝置，將水質恢復至出廠時的狀態甚至略有提升。膜無疑是最適合作為技術選擇的。對于納濾或超濾，由于納濾膜會產生一定量的濃水，且驅動壓力較大，還需要必要的預處理，雖然水質好，但并不適宜。超濾膜無需預處理，回收率高，產生的額外費用較低，因而非常適合作為二次供水的處理。圖14為蘇州某小區的二次供水處理裝置。膜進水的壓力驅動依靠市政管網的壓力即可，膜出水后進入二次供水水箱，經紫外消毒后供水給小區居民。
圖14 二次供水超濾處理工藝
5.2 管網的水質變化
出廠水經過管網，水質會有一定程度的變化，了解這種變化規律，可為我們二次供水處理提供依據。從水廠到示范小區間隔一定距離設置若干取樣點，取樣分析水質隨管道距離的變化情況。圖15為消毒副產物和余氯隨管道距離的變化，由此可知，消毒副產物隨管道距離呈增加趨勢，而余氯呈下降趨勢。這表明余氯在管道中還繼續與有機物反應，產生消毒副產物。圖16為可生物降解有機物隨管道距離的變化，同樣表明與消毒副產物相似的變化情況。
圖15 消毒副產物和余氯隨管道長度的變化
圖16 可生物降解有機物隨管道長度的變化
5.3 處理效果
圖17為蘇州兩個小區（A小區和B小區）二次供水超濾工藝去除消毒副產物的效果。B小區距離水廠遠于A小區，因而管網水的消毒副產物含量高于A小區。A小區去除三氯甲烷，二氯一溴甲烷，一溴二氯甲烷和三溴甲烷的效果分別為8%，22.2%，34.6%和45.2%，B小區分別為34%，58.2%，52.4%和61.4%。三鹵甲烷的去除率分別為A小區的31.16%和B小區的64.54%。
圖17 示范工程去除消毒副產物的效果
圖18為示范工程去除濁度和TOC的效果。濁度的去除效果最為顯著，分別為A小區的42.6%和49.2%，對TOC也有一定的去除效果，分別為A小區的11.8%和10.6%。
圖18 示范工程去除各種污染物的效果
5.4 紫外消毒效果
對于二次供水處理，為了保障居民水龍頭的飲水安全，采用紫外消毒。圖19為紫外消毒的效果。對于有否紫外消毒，整個流程均未檢出細菌和微生物。由圖19可見，當未開啟紫外僅有余氯時，從市政進水到居民龍頭，余氯持續下降；TOC經膜過濾后呈略增加趨勢，三鹵甲烷也呈相似的情況。當開啟紫外時，經過水箱的TOC增加，但經紫外后明顯下降。同時的余氯也明顯下降。三鹵甲烷在僅有余氯消毒時，水箱出水呈上升趨勢；當開啟紫外時，水箱出水的三鹵甲烷下降。由此可見，紫外可有效去除TOC和抑制消毒副產物的增加。這是由于紫外和余氯的結合，產生高級氧化效果，增加了氫氧自由基，從而強化了有機物的去除。在二次供水中，紫外消毒可降低居民水龍頭的有機物和消毒副產物，從而進一步保障居民的飲水安全。
