《絮凝-中空纤维膜微滤工艺处理微污染地表水的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《絮凝-中空纤维膜微滤工艺处理微污染地表水的研究（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1絮凝-中空纤维膜微滤工艺处理微污染地 表水的研究摘要：应用絮凝-中空纤维膜反应器对微污染地表水处理进行了研究。试验结果表明，该反应器能够对水中的浊度、有机物（CODMn）、UV254、UV410 有效去除，同时工艺流程简单，停留时间短，设备极为紧凑。文中还对向反应器中投加粉末活性炭的效果和作用机理进行了讨论。 关键词：微污染 中空纤维膜 絮凝 粉末活性炭 1 概述由于地表水的日益污染，野外作业人员很难找到不经处理即可饮用的天然地表水，应付突发的自然灾害（如地震、洪灾等）也需要效率高、机动性强的水处理设备。传统净水工艺占地面积较大，工艺流程复杂；而一些附加的深度处理工艺（如生物处理、活性炭吸附
2、、膜滤等）在改善水质的同时，使得传统工艺的缺点更为突出。若将这些单元工艺合理组合，则能取长补短，达到更佳的处理效果。本试验根据絮凝、活性炭吸附和中空纤维微滤膜各自的优缺点，设计运行了投加粉末活性炭（Powdered Activated Carbon，PAC）的膜絮凝反应器（Membrane Flocculation Reactor，MFR）。PAC-MFR 可将去除大分子有机物的絮凝单元与去除小分子有机物的活性炭吸附单元相结合，最后通过微滤（Micro-Filtration，MF）膜实现液固分离，以获得良好的出水水质。PAC-MFR 与传统工艺相比具有机动灵活、2处理效果好、体积小、构造简单、
3、运行方便的特点。2 试验材料与方法 2.1 试验设备与材料设备的工艺流程如图 1 所示。PAC-MFR 设备总体积约为 1.65 m3，分为絮凝反应器与膜分离器两个部分，其体积大致相同。膜分离器内置膜组件 12 只，共 72 m2，材质为聚偏氟乙烯（PVDF），膜孔径为 0.22 m，膜组件通过集水管连接，由出水泵抽吸出水。整个反应器的运行由可编程序逻辑控制器（Programmable Logical Controller，PLC）控制。PAC-MFR 自备发电机，结构紧凑，可以放置在吉普车上运输。2.2 试验装置的运行2.2.1 原水水质本试验原水取自天津大学青年湖湖水，该水混浊，呈绿色，有
4、腥臭味，可见大量滋生的藻类，试验期间主要水质参数见表 1：表 1 原水水质水质指标范围平均值CODMn，mg/L313.9531.77 19.89NH3-N，mg/L 0.1612.840 0.921UV254，cm-1 0.1830.361 0.247UV410，cm-1 0.0100.037 0.020浊度，NTU7.560.4 29.9水温， 20.227.0 24.1pH 9.289.87 9.542.2.2 PAC-MFR 的运行参数表 2 PAC-MFR 的运行参数试验阶段运行时间(d)MFR 总有效容积(m3)膜分离器排泥量(L/d) 气水比 PAC 消耗量(mg/L)4出水流量
5、(m3/h)1 111 1.54 5080 131 57 0.650.722 1227 500600 30 0.680.80整个试验根据 PAC 消耗量及排泥量分为两个阶段。PAC-MFR 采用间歇进水、连续出水（每 8 min 出水有 1 min 间歇）的运行方式。原水进入 MFR 后，在絮凝反应器的进水管中投加 2030 mg/L 絮凝剂（FeCl3），经微絮凝后进入膜分离器，在膜分离器中投入 2040 mg/L PAC，吸附后通过微滤膜经泵抽吸出水。2.2.3 水质分析项目及方法本试验所采用的水质分析方法遵循国家环境保护局的标准方法1，见表 3。表 3 水质分析项目及方法水质分析项目水质
6、分析方法仪器CODMn5酸性高锰酸钾法NH3-N纳氏试剂比色法722 可见分光光度计UV254仪器法754 紫外分光光度计UV410仪器法722 可见分光光度计浊度仪器法GDS-3B 光电式浊度计pH仪器法PHS-3C 型精密 pH 计水温直读法普通水银温度计63 试验结果及讨论3.1 对水质感官性状指标的改善PAC-MFR 由于其膜截留作用，出水晶莹剔透，无色无嗅无味，感官性状良好。该装置对浊度的去除率平均为 94.03%，出水平均浊度为 0.9 NTU，远低于国家饮用水卫生标准规定的 3 NTU2，图 2 为 PAC-MFR 进出水的浊度及去除率。3.2 对 CODMn 的去除PAC-MF
7、R 中原水、出水、絮凝反应器及膜分离器混合液的 CODMn 变化如图3 及表 4 所示。在第一个阶段，将 500 g PAC 一次性投入膜分离器中，其在膜分离器混合液中的浓度为 0.75 g/L，之后每天排出膜分离器混合液 5080 L，同时适量投加 PAC，维持膜分离器中 PAC 浓度恒定。这一阶段中原水 CODMn 应等于出水 CODMn 与被絮凝去除的 CODMn 及 PAC 吸附的 CODMn 的代数和。在该阶段前 5 天混合液和出水的 CODMn 值均较低，但从第 5 天起呈上升趋势，造成该现象的原因是：一次性投入大量 PAC，吸附了水中的有机物，因此 CODMn 值较低；以及在该阶
8、段排泥量较少，造成了有机物在膜分离器中的累积，从而使CODMn 值呈上升趋势。此运行方式表明，有机物在膜分离器中呈累积趋势。表 4 各阶段 PAC-MFR 中 CODMn 的平均值CODMn(mg/L) 原水絮凝反应器混合液7膜分离器混合液 出水第 1 阶段18.28 16.80 21.38 5.98第 2 阶段21.00 23.59 24.06 6.85在第二阶段，采取每天排空膜分离器的方法，这样使膜分离器混合液 CODMn值有所降低；同时降低 PAC 投量，其出水 CODMn 的平均值仍较上一阶段后期低（第一阶段第 611 天出水 CODMn 平均值为 7.57 mg/L）。表 4 中絮凝
9、反应器混合液的 CODMn 是将该混合液用定性滤纸过滤后测得的，与原水比较，其两个阶段的去除率分别为 8.0%和-12.3%。有试验证明，絮凝对于分子量低于 1000 的有机物没有去除效果，反而会引起增加3，其原因可能是部分被大分子有机物或其他无机胶体吸附的小分子有机物在絮凝过程中由于这些大分子有机物或胶体与金属离子络合而释放出来所致。在运行期间，曾试图加大 PAC投量以改善出水水质，当将 PAC 投量由 30 mg/L 增加到 60 mg/L 时，膜分离器混合液 CODMn 降低 412 mg/L。在整个运行过程中，出水 CODMn 值除前 5 天较低，其后一直维持在 67 mg/L 左右。
10、出水水质不理想的主要原因是原水水质太差，其 CODMn 劣于国家地面水环境质量标准（GB3838-88）中的类标准（CODMn10 mg/L）4；在第 25天，曾经测定原水的 CODCr，其数值高达 57.28 mg/L。如果原水水质的 CODMn8能够优于上述标准中的类标准，则出水 CODMn 应能够低于 5 mg/L。3.3 对 UV254 的去除芳香族化合物或具有共轭双键的化合物在波长 254 nm 处有吸收峰4。UV254对于测量水中天然有机物（如腐殖酸等）有重要意义，可作为总有机碳（TOC）及总三氯甲烷生成能（T-THMFP）的代用参数。图 4 是 PAC-MFR 运行过程中原水、出
11、水及去除率的变化情况。运行期间出水平均值及去除率分别为 0.109 cm-1 和58.13%。由图中可见，UV254 的变化情况与 CODMn 类似但波动较大：在第一阶段前期出水 UV254 较低，去除率总体呈下降趋势且后期波动很大；第二阶段出水 UV254降低，去除率也趋于稳定。3.4 对 UV410 的去除UV410 主要反映水中具有较大共扼体系的有机化合物，如天然水体中的大分子腐殖质等，它们是地表水中的主要成色物质，因此 UV410 与水体色度有良好的相关性5。图 5 是 PAC-MFR 进出水 UV410 的变化情况，可以看出，虽然原水UV410 波动很大，絮凝混合液与膜分离器混合液
12、UV410 值也较高（分别为 0.013 cm-1 和 0.018 cm-1），但出水的 UV410 始终保持在一个较低的水平（平均值及去除率分别为 0.003 cm-1 和 85.81%）。这说明 UV410 主要是靠膜截留作用去除的，并且 PAC-MFR 对水中的成色物质有很好的去除效果。3.5 对 NH3-N 的去除由于 PAC-MFR 中的生物量很少，而且絮凝和 PAC 吸附对的 NH3-N 的去除能力有限，所以 PAC-MFR 对 NH3-N 的去除率波动很大，尤其是在第一个阶段后9期，这是由于吸附 NH3-N 的颗粒性物质被膜截留，并在膜分离器中累积所造成的，见图 6。表 5 所示
13、是第二阶段不同的三个周期中出水 NH3-N 随时间的变化。由于天然水体中一些微生物在膜分离器中富集，PAC-MFR 中又一直曝气，提供了充足的溶解氧，使得膜分离器中发生了硝化作用，从而出水的 NH3-N 值随时间而降低。表 5 PAC-MFR 出水 NH3-N 随时间的变化时间，minNH3-N(mg/L) 0 30 50 60 90 110 120 150第 13 天0.3220.2140.054第 16 天 2.1430.643100.268第 23 天 0.5890.3750.1613.6 PAC-MFR 的处理效果在整个运行期间，除原水水质太差而导致出水中 CODMn 略高外，PAC-
14、MFR运行正常，出水水质基本达到设计要求，表 6 是整个运行期间出水的水质情况。PAC-MFR 对有机物的去除率平均在 60以上，高于传统工艺的去除率；对氨氮的去除率不太理想，其值波动较大。表 6 出水水质及去除率水质指标范围平均值平均去除率，CODMn，mg/L 2.949.10 6.49 65.9711NH3-N，mg/L 00.750 0.391 50.78UV254，cm-1 0.0290.140 0.109 59.13UV410，cm-1 00.011 0.003 85.81浊度，NTU0.13.2 0.9 94.034 PAC 在 MFR 中的作用机理4.1 与絮凝剂（FeCl3）
15、协同作用，去除有机物。有研究认为1，PAC 吸附主要去除分子量为 5003000 的有机物。在本试验中，当一次性投入 PAC 500 g 时，对 CODMn、UV254 及 UV410 的去除均很明显。4.2 维持膜通量，减缓膜污染的过程。在累计处理 43.24 m3 湖水后，出水流量未下降，见图 7；将一个膜组件取出，清洗后做清水试验，其比通量也未见下降。这说明投加 PAC 对于维持膜通量有很好的效果。 4.3 有效去除 TOC 及 T-THMPF。在试验中发现，投加 PAC 对于 UV254 的去除最为明显：絮凝反应器混合液中12UV254 平均值为 0.313 cm-1，膜分离器中 UV
16、254 平均值为 0.283 cm-1，尽管在膜分离器中有机物呈累积趋势，其混合液仍比絮凝反应器低 0.030 cm-1；而原水与出水 UV254 值相比也仅相差 0.150 cm-1，可见 PAC 吸附对于 UV254 的去除是非常有效的。5 结论1 本试验研制的 PAC-MFR，采用 PLC 自动控制系统，运行操作简单，易于管理和控制；其运行情况稳定，对于快速高效处理地表水是可行的。2 PAC-MFR 完全适用于对微污染地表水的处理。对 CODMn、UV254、UV410及 NH3-N 的平均去除率为 65.97%、59.13%、85.81%和 50.78%，出水浊度3 NTU。3 在原水水质极为恶劣的情况下，本试验仍取得了较好的效果，若原水水质能达到国家地面水环境质量标准（GB3838-88）中的类标准，处理后的出水能达到国家饮用水卫生标准。4 投加 PAC 在该工艺中发挥了重要作用，尤其是在去除有机物及减缓膜污染方面。5 MF 膜在处理 43.24 m3 水后膜通量及出水流量均
