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超滤技术在微污染水源水处理中的研究与应用

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     网膜处理技术与常规处理相比.出水有很好的稳定性.占地面积小.自动化程度高.维护成本低.加上近年膜造价的不断降低以及强抗污染膜材的出现.膜技术在微污染水源水领域正得到日益广泛的应用几乎能将细菌、病毒、两虫(隐孢子虫和贾第鞭毛虫)、藻类以及水生生物等全部去除,降低了后续消毒加氯量.减少了消毒副产物的生成.既保障了饮用水的微生物安全性.也提高了饮用水的化学安全性由于低压膜(超滤膜和微滤膜)的孔径较大.无法有效地截留水中溶解性有机物.许多研究表明溶解性有机物是造成膜污染的主要闪素.因此在超滤技术的实际应用中往往将超滤膜与粉末、混凝等工艺组合,形成深度处理膜工艺.

水污染

    1粉末活性炭/超滤组合工艺

    粉末活性炭因特殊的多孔隙结构.比表面积大.具有较强的吸附作用.粉末活性炭与超滤膜联用形成深度处理膜工艺.可以把活性炭对低分子有机物的吸附作用和超滤膜对大分子有机物以及细菌等病原微生物的筛分作用很好的结合.弥补超滤膜不能有效去除小分子有机污染物的缺陷.大大提高了有机物的去除率.而且大量研究表明粉末活性炭对膜污染也有一定的延缓作用。

    1.1对水中污染物的去除效果

    乔铁军等采用活性炭/超滤组合工艺处理南方微污染原水的研究表明:组合工艺出水浊度一般为0.01—0.03NTU,粒径大于2urn的颗粒数低于10个/mL,对COD~、UV和TOC的去除率分别为47%、88%和60%.其中炭吸附起主要作用,分别占39%、86%和57%:总细菌数和异养菌平板计数(HPC)在超滤出水中分别为0—5CFU/mL和0~40CFU/mL.显著提高了微生物安全保障水平。夏圣骥等以松花江水为水源,用粉末活性炭吸附作为超滤的预处理工艺。结果表明:PAC/UF工艺的出水浊度在0.15NTU左右.而且不受进水浊度的影响:原水不经过PAC吸附直接超滤时.膜出水有机物浓度和膜进水有机物浓度存在线性关系;单纯超滤对uV254的平均去除率仅为10%左右.对溶解性有机碳(DOC)的平均去除率在8%左右:加入PAC吸附后对有机物的去除有明显提高.UVz54的平均去除率达63%,PAC/UF工艺对天然水中有机物的去除特别有效。

    超滤膜工艺对水中颗粒物和胶体物质的物理筛分作用完全可以保障出水浑浊度.水中的有机物是消毒副产物的前驱物.由于粉末活性炭能有效地吸附小分子量有机物.因此粉末活性炭/超滤膜工艺能较好去除有机物和消毒副产物。

水污染

    1.2投加粉末活性炭对膜通量、膜污染的影响

    董秉直等采用粉末活性炭/超滤膜处理微污染原水试验表明:投加PAC能有效地降低膜过滤阻力.提高膜过滤通量减缓膜污染。孙治荣采用PAC/UF一体化反应器处理微污染水源水的试验表明:在UF反应器中添加PAC.COD的去除率较未添加时可提高20%30%左右.系统运行稳定后.膜比通量是不添加PAC时的2倍左右.可有效地延缓膜污染的发生在改善膜通量和防止膜污染方面众多研究表明:投加PAC可以有效地降低膜过滤阻力.提高膜过滤通量.减缓膜污染.PAC对大量小分子污染物的有效吸附去除是膜污染状况改善的重要原因.同时PAC投加量也是至关重要的参数。

    2混凝/超滤组合工艺

    混凝工艺通过电性中和、卷扫、吸附架桥等作用可改变原水中悬浮颗粒的尺寸分布.从而增强了对超滤膜不能去除的小颗粒和溶解性污染物的去除作用.混凝还可改变颗粒物的表面电性.使滤饼层不会紧密附着在膜表面采用混凝作为预处理能够缓解膜污染并改善超滤膜对有机物的去除能力.混凝/超滤膜联用处理饮用水是目前研究最为广泛的技术之一.而且逐渐得到了应用混凝/超滤组合通常有2种方式:①将混凝形成的矾花去除后进膜过滤.类似于常规处理/UF:②不去除矾花直接进膜过滤.即在线混凝(in-Iinecoagulation)/UF工艺

    2.1对水中污染物的去除效果

水污染

    李伟英等采用混凝/超滤膜联用处理长江地表原水的中试试验表明:该工艺浊度去除率达99.9%,对DOC、COD和UV的去除率分别为44.4%、21.2%和53.3%,与同期采用常规工艺相比.该工艺水质优且节约2/3..黄静等162研究了直接超滤、粉末炭/超滤、混凝/超滤3种工艺的除污特性和相应的氯}肖毒效能.结果表明:混凝/超滤能将出水浊度控制在0.1NTU以下.去除率高于99%.能在一定程度上提高对溶解性有机物、氨氮、消毒副产物前体物的去除效果,降低氯消毒副产物生成势.

    混凝/超滤组合工艺对浊度及微生物的去除效果在众多研究中都得到肯定.且能够有效提高溶解性有机物的去除率一般情况下.混凝超滤工艺出水可保持在0.2NTU以下.出水水质稳定.明显优于常规处理工艺

    2.2投加混凝剂对膜通量、膜污染的影响

    董秉直等研究发现混凝能有效提高膜过滤通量.防止膜污染。卞如林等8研究认为.膜污染是大分子的腐殖酸造成的.混凝处理能有效地去除大分子的腐殖酸.能有效地防止膜污染。但一些试验却表明,混凝非但不能提高膜通量.反而加重了膜污染Veronigue9进行了有混凝预处理和膜直接处理SeineRiver的比较试验,结果表明:尽管混凝能有效地去除DOC和降低膜过滤阻力.但无法降低膜污染的速度和程度许多研究者对天然有机物造成膜污染的机理进行了大量研究.认为有机物的特性如亲疏水性和相对分子质量的大小对膜通量的影响很大.导致膜污染的有机物并非它们的总量.而是有机物的某些特殊的组分T.Carroll的试验表明.混凝可有效去除疏水性和极性亲水性有机物.而对中性亲水性有机物的效果甚微.相对分子质量较小的中性亲水性有机物是造成膜通量下降的主要因素。而陈艳研究认为,中性亲水性有机物仅造成通量的缓慢下降.而造成通量急剧下降的主要有是疏水性有机物Kerry等发现相对分子质量越大的有机物.引起的通量下降也越大。董秉直等研究表明,相对分子质量大于1000的有机物是造成膜污染的主要因素.相对分子质量小于1000的有机物对膜污染的影响较小:混凝是否有效地防止膜污染与混凝后残留在水中相对分子质量大于1000的有机物含量有关.当这类有机物含量低于原水的50%时.则膜污染能被有效防止。

    膜与混凝相结合能有效地去除有机物.这已为许多试验所证实.尽管许多研究者对混凝能否防止膜污染进行了大量的研究.但其作用和机理尚未研究清楚水中天然有机物的相对分子质量大小和亲疏水性与膜污染有着密切的关系这已被众多试验所证实.今后对此需进一步加以研究。

    3浸没式超滤膜生物反应器工艺

    PAC/UF组合工艺对原水中有机物和病原微生物的去除效果较好,但是对氨氮的去除效果却不甚理想。在粉末活性炭/浸没式超滤膜一体式反应器中.超滤膜可以截留微生物和粉末活性炭.粉末活性炭可以作为微生物生长的良好载体.活性炭上吸附的有机物为微生物的生长提供营养,实现对氨氮的生物去除。

    3.1对水中污染物的去除效果

    高伟等研究表明:单独的超滤膜对氨氮几乎没有截留作用.挂膜后的PAC/MBR和MBR对氨氮的去除效果比较稳定.平均去除率分别为73.39%和65.01%.对浑浊度去除率保持在97%以上.以PAC为生物载体形成的活性污泥相对自然形成的活性污泥有较高的生物活性、较好的过滤特性.对膜污染具有一定的延缓作用。于明梅等在试验中投加的粉末活性炭浓度远大于常规PAC/UF工艺,该系统对UVUV和TOC的平均去除率分别为95%、96%和72%;出水中的细菌总数为零:对浊度的平均去除率>98%。出水浊度<0.1NTU:在稳定运行阶段,对氨氮的平均去除率为82%,最高时达到96%。

    3.2影响因素

    由于原水中的微生物较少.只有当粉末活性炭的浓度达到一定程度时.才可以提供给微生物生长足够的载体.对氨氮产生去除效果孙丽华等通过运行压力的变化考察浸没式膜处理地表水的膜污染影响因素。结果表明:膜通量高于临界膜通量越多.膜运行压力增长速度越快:混合液的浊度及有机物含量越高.膜运行压力增长越快.膜污染越严重:温度对膜运行压力影响较大.温度升高可以减轻膜污染。

    4结语与展望

    随着膜性能的不断改进和价格的日益降低.超滤组合工艺已显现出一定的技术和经济优势.以超滤为核心的组合技术将是微污染水源水净艺一个新的发展方向大量研究者对超滤组合工艺的处理效果。预处理对膜通量、膜污染的影响进行了多方面考察.但在以下几个方面的研究还需开展或作进一步深入分析:(1)开发高性能、高强度、耐污染、寿命长的膜材料,从根本上提高超滤性能.降低超滤工艺的投资和运行成本:(2)水中天然有机物的相对分子质量大小和亲疏水性与膜污染有着密切的关系.进一步探讨天然有机物造成污染的机理:(3)对原水预处理方法进行深入研究,优化运行条件,提高处理效果。

责任编辑:殷莹莹

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