DQZHAN技術(shù)訊：超濾技術(shù)在微污染水源水處理中的研究與應(yīng)用

膜處理技術(shù)與常規(guī)處理相比.出水有很好的穩(wěn)定性.占地面積小.自動(dòng)化程度高.維護(hù)成本低.加上近年膜造價(jià)的不斷降低以及強(qiáng)抗污染膜材的出現(xiàn).膜技術(shù)在微污染水源水領(lǐng)域正得到日益廣泛的應(yīng)用超濾膜幾乎能將**、病毒、兩蟲(隱孢子蟲和賈第鞭毛蟲)、藻類以及水生生物等全部去除，降低了后續(xù)**加氯量.減少了**副產(chǎn)物的生成.既保障了飲用水的微生物**性.也提高了飲用水的化學(xué)**性由于低壓膜(超濾膜和微濾膜)的孔徑較大.無(wú)法有效地截留水中溶解性有機(jī)物.許多研究表明溶解性有機(jī)物是造成膜污染的主要閃素.因此在超濾技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中往往將超濾膜與粉末活性炭、混凝等工藝組合，形成深度處理膜工藝.

超濾技術(shù)在微污染水源水處理中的研究與應(yīng)用

1 粉末活性炭/超濾組合工藝

粉末活性炭因特殊的多孔隙結(jié)構(gòu).比表面積大.具有較強(qiáng)的吸附作用.粉末活性炭與超濾膜聯(lián)用形成深度處理膜工藝.可以把活性炭對(duì)低分子有機(jī)物的吸附作用和超濾膜對(duì)大分子有機(jī)物以及**等病原微生物的篩分作用很好的結(jié)合.彌補(bǔ)超濾膜不能有效去除小分子有機(jī)污染物的缺陷.大大提高了有機(jī)物的去除率.而且大量研究表明粉末活性炭對(duì)膜污染也有一定的延緩作用。

1.1 對(duì)水中污染物的去除效果

喬鐵軍等采用活性炭/超濾組合工藝處理南方微污染原水的研究表明：組合工藝出水濁度一般為0.01—0.03NTU，粒徑大于2urn 的顆粒數(shù)低于10個(gè)/mL，對(duì)COD~、UV 和TOC的去除率分別為47%、88%和60% .其中炭吸附起主要作用，分別占39%、86%和57%：總**數(shù)和異養(yǎng)菌平板計(jì)數(shù)(HPC)在超濾出水中分別為0—5CFU/mL和0～40CFU/mL.顯著提高了微生物**保障水平。夏圣驥等以松花江水為水源，用粉末活性炭吸附作為超濾的預(yù)處理工藝。結(jié)果表明：PAC/UF工藝的出水濁度在0.15NTU左右.而且不受進(jìn)水濁度的影響：原水不經(jīng)過(guò)PAC吸附直接超濾時(shí).膜出水有機(jī)物濃度和膜進(jìn)水有機(jī)物濃度存在線性關(guān)系;單純超濾對(duì)uV254的平均去除率僅為10%左右.對(duì)溶解性有機(jī)碳(DOC)的平均去除率在8%左右：加入PAC吸附后對(duì)有機(jī)物的去除有明顯提高.UVz54的平均去除率達(dá)63% ，PAC/UF工藝對(duì)天然水中有機(jī)物的去除特別有效。

超濾膜工藝對(duì)水中顆粒物和膠體物質(zhì)的物理篩分作用完全可以保障出水渾濁度.水中的有機(jī)物是**副產(chǎn)物的前驅(qū)物.由于粉末活性炭能有效地吸附小分子量有機(jī)物.因此粉末活性炭/超濾膜工藝能較好去除有機(jī)物和**副產(chǎn)物。

超濾技術(shù)在微污染水源水處理中的研究與應(yīng)用

1.2 投加粉末活性炭對(duì)膜通量、膜污染的影響

董秉直等采用粉末活性炭/超濾膜處理微污染原水試驗(yàn)表明：投加PAC能有效地降低膜過(guò)濾阻力.提高膜過(guò)濾通量減緩膜污染 。孫治榮采用PAC/UF一體化反應(yīng)器處理微污染水源水的試驗(yàn)表明：在UF反應(yīng)器中添加PAC.COD 的去除率較未添加時(shí)可提高20% 30%左右.系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后.膜比通量是不添加PAC時(shí)的2倍左右.可有效地延緩膜污染的發(fā)生在改善膜通量和防止膜污染方面眾多研究表明：投加PAC可以有效地降低膜過(guò)濾阻力.提高膜過(guò)濾通量.減緩膜污染.PAC對(duì)大量小分子污染物的有效吸附去除是膜污染狀況改善的重要原因.同時(shí)PAC投加量也是至關(guān)重要的參數(shù)。

2 混凝/超濾組合工藝

混凝工藝通過(guò)電性中和、卷掃、吸附架橋等作用可改變?cè)袘腋☆w粒的尺寸分布.從而增強(qiáng)了對(duì)超濾膜不能去除的小顆粒和溶解性污染物的去除作用.混凝還可改變顆粒物的表面電性.使濾餅層不會(huì)緊密附著在膜表面 采用混凝作為預(yù)處理能夠緩解膜污染并改善超濾膜對(duì)有機(jī)物的去除能力.混凝/超濾膜聯(lián)用處理飲用水是目前研究*為廣泛的技術(shù)之一.而且逐漸得到了應(yīng)用 混凝/超濾組合通常有2種方式：① 將混凝形成的礬花去除后進(jìn)膜過(guò)濾.類似于常規(guī)處理/UF：② 不去除礬花直接進(jìn)膜過(guò)濾.即在線混凝(in-Iine coagulation)/UF工藝

2.1 對(duì)水中污染物的去除效果

超濾技術(shù)在微污染水源水處理中的研究與應(yīng)用

李偉英等采用混凝/超濾膜聯(lián)用處理長(zhǎng)江地表原水的中試試驗(yàn)表明：該工藝濁度去除率達(dá)99.9%，對(duì)DOC、COD和UV 的去除率分別為44.4% 、21.2%和53.3%，與同期采用常規(guī)工藝相比.該工藝水質(zhì)優(yōu)且節(jié)約2/3混凝劑..黃靜等16 2研究了直接超濾、粉末炭/超濾、混凝/超濾3種工藝的除污特性和相應(yīng)的氯}肖毒效能.結(jié)果表明：混凝/超濾能將出水濁度控制在0.1NTU以下.去除率高于99% .能在一定程度上提高對(duì)溶解性有機(jī)物、氨氮、**副產(chǎn)物前體物的去除效果，降低氯**副產(chǎn)物生成勢(shì).

混凝/超濾組合工藝對(duì)濁度及微生物的去除效果在眾多研究中都得到肯定.且能夠有效提高溶解性有機(jī)物的去除率 一般情況下.混凝超濾工藝出水可保持在0.2NTU以下.出水水質(zhì)穩(wěn)定.明顯優(yōu)于常規(guī)處理工藝

2.2 投加混凝劑對(duì)膜通量、膜污染的影響

董秉直等研究發(fā)現(xiàn)混凝能有效提高膜過(guò)濾通量.防止膜污染。卞如林等8研究認(rèn)為.膜污染是大分子的腐殖酸造成的.混凝處理能有效地去除大分子的腐殖酸.能有效地防止膜污染。但一些試驗(yàn)卻表明，混凝非但不能提高膜通量.反而加重了膜污染 Veronigue9進(jìn)行了有混凝預(yù)處理和膜直接處理Seine River的比較試驗(yàn)，結(jié)果表明：盡管混凝能有效地去除DOC和降低膜過(guò)濾阻力.但無(wú)法降低膜污染的速度和程度許多研究者對(duì)天然有機(jī)物造成膜污染的機(jī)理進(jìn)行了大量研究.認(rèn)為有機(jī)物的特性如親疏水性和相對(duì)分子質(zhì)量的大小對(duì)膜通量的影響很大.導(dǎo)致膜污染的有機(jī)物并非它們的總量.而是有機(jī)物的某些特殊的組分 T.Carroll的試驗(yàn)表明.混凝可有效去除疏水性和極性親水性有機(jī)物.而對(duì)中性親水性有機(jī)物的效果甚微.相對(duì)分子質(zhì)量較小的中性親水性有機(jī)物是造成膜通量下降的主要因素。而陳艷研究認(rèn)為，中性親水性有機(jī)物僅造成通量的緩慢下降.而造成通量急劇下降的主要有是疏水性有機(jī)物 Kerry等發(fā)現(xiàn)相對(duì)分子質(zhì)量越大的有機(jī)物.引起的通量下降也越大。董秉直等研究表明，相對(duì)分子質(zhì)量大于1000的有機(jī)物是造成膜污染的主要因素.相對(duì)分子質(zhì)量小于1000的有機(jī)物對(duì)膜污染的影響較?。夯炷欠裼行У胤乐鼓の廴九c混凝后殘留在水中相對(duì)分子質(zhì)量大于1000的有機(jī)物含量有關(guān).當(dāng)這類有機(jī)物含量低于原水的50%時(shí).則膜污染能被有效防止。

膜與混凝相結(jié)合能有效地去除有機(jī)物.這已為許多試驗(yàn)所證實(shí).盡管許多研究者對(duì)混凝能否防止膜污染進(jìn)行了大量的研究.但其作用和機(jī)理尚未研究清楚 水中天然有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量大小和親疏水性與膜污染有著密切的關(guān)系這已被眾多試驗(yàn)所證實(shí).今后對(duì)此需進(jìn)一步加以研究。

3 浸沒(méi)式超濾膜生物反應(yīng)器工藝

PAC/UF組合工藝對(duì)原水中有機(jī)物和病原微生物的去除效果較好，但是對(duì)氨氮的去除效果卻不甚理想。在粉末活性炭/浸沒(méi)式超濾膜一體式反應(yīng)器中.超濾膜可以截留微生物和粉末活性炭.粉末活性炭可以作為微生物生長(zhǎng)的良好載體.活性炭上吸附的有機(jī)物為微生物的生長(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)氨氮的生物去除。

3.1 對(duì)水中污染物的去除效果

高偉等研究表明：?jiǎn)为?dú)的超濾膜對(duì)氨氮幾乎沒(méi)有截留作用.掛膜后的PAC/MBR和MBR對(duì)氨氮的去除效果比較穩(wěn)定.平均去除率分別為73.39%和65.01%.對(duì)渾濁度去除率保持在97%以上.以PAC為生物載體形成的活性污泥相對(duì)自然形成的活性污泥有較高的生物活性、較好的過(guò)濾特性.對(duì)膜污染具有一定的延緩作用。于明梅等在試驗(yàn)中投加的粉末活性炭濃度遠(yuǎn)大于常規(guī)PAC/UF工藝，該系統(tǒng)對(duì)UVUV 和TOC的平均去除率分別為95%、96%和72%;出水中的**總數(shù)為零：對(duì)濁度的平均去除率>98% 。出水濁度<0.1NTU：在穩(wěn)定運(yùn)行階段，對(duì)氨氮的平均去除率為82%，*高時(shí)達(dá)到96%。

3.2 影響因素

由于原水中的微生物較少.只有當(dāng)粉末活性炭的濃度達(dá)到一定程度時(shí).才可以提供給微生物生長(zhǎng)足夠的載體.對(duì)氨氮產(chǎn)生去除效果孫麗華等通過(guò)運(yùn)行壓力的變化考察浸沒(méi)式膜處理地表水的膜污染影響因素。結(jié)果表明：膜通量高于臨界膜通量越多.膜運(yùn)行壓力增長(zhǎng)速度越快：混合液的濁度及有機(jī)物含量越高.膜運(yùn)行壓力增長(zhǎng)越快.膜污染越嚴(yán)重：溫度對(duì)膜運(yùn)行壓力影響較大.溫度升高可以減輕膜污染。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

隨著膜性能的不斷改進(jìn)和價(jià)格的日益降低.超濾組合工藝已顯現(xiàn)出一定的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì).以超濾為核心的組合技術(shù)將是微污染水源水凈化工藝一個(gè)新的發(fā)展方向 大量研究者對(duì)超濾組合工藝的處理效果。預(yù)處理對(duì)膜通量、膜污染的影響進(jìn)行了多方面考察.但在以下幾個(gè)方面的研究還需開(kāi)展或作進(jìn)一步深入分析：(1)開(kāi)發(fā)高性能、高強(qiáng)度、耐污染、壽命長(zhǎng)的膜材料，從根本上提高超濾性能.降低超濾工藝的投資和運(yùn)行成本：(2)水中天然有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量大小和親疏水性與膜污染有著密切的關(guān)系.進(jìn)一步探討天然有機(jī)物造成膜污染的機(jī)理：(3)對(duì)原水預(yù)處理方法進(jìn)行深入研究，優(yōu)化運(yùn)行條件，提高處理效果。