長江原水混凝—超濾處理技術的試驗研究
人們賴以生存的飲用水源在世界范圍內(nèi)均受到了程度不一的多種污染源污染[1]，嚴重降低了水資源的利用價值。由于傳統(tǒng)處理工藝已經(jīng)很難滿足日益嚴格的飲用水水質要求，為確保人類生活健康和生產(chǎn)安全，迫切需要將新的處理工藝來補充甚至替代現(xiàn)有處理工藝。
膜分離的主要作用原理是以壓力梯度為驅動力、利用特定膜的透過性能分離水中離子、分子和雜質而進行的濾膜機械篩分作用。原水凈化采用膜分離技術是膜技術由化工領域向水處理技術發(fā)展的結果。在我國，膜技術用于飲用水處理工藝是近十年來最重要的技術突破，它被譽為21世紀水處理領域的關鍵技術，是替代傳統(tǒng)處理工藝的最佳選擇。
2 試驗裝置及其方法
混凝-超濾處理試驗在鎮(zhèn)江自來水公司金西水廠進行。試驗由中試與小試兩個部分組成，試驗工藝流程見圖1。
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原水為長江鎮(zhèn)江段地表水，試驗期間原水水質見表1。混凝劑為聚合硫酸鐵。試驗采用日本東麗公司生產(chǎn)的中空纖維超濾膜，膜材質為PAN，截留分子量為100kDaltons，孔徑0.01μm，過濾面積0.437m2，純水通量106.2L/m2·h(0.05MPa，25℃)，過濾方式為終端過濾。
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試驗過程中檢測的指標包括：
THMFP的測定方法[2]：按DOC:Cl2=1：5的比例將次氯酸鈉投加到水樣中，然后用磷酸緩沖溶液調節(jié)PH至7。將水樣充滿管瓶后用內(nèi)襯聚四氟乙烯的螺旋蓋密閉，置于TF-A型恒溫生化培養(yǎng)箱中，在25℃下反應7d后測定余氯在3～５mg/L，再投加過量的亞硫酸鈉消氯，最后測定三氯甲烷。
TOC采用Phoennix 8000-UV persulfate TOC Anlyzer測定；UV254代表在紫外光在波長254nm下的吸光度，比色皿光程長度為lcm，紫外分光光度計為UV751GD型紫外/可見分光光度計；CODMn采用標準方法測定；THMFP采用HP6890型氣相色譜儀測定，附配HP7694頂空自動進樣器；濁度采用HACH-2100N型濁度儀測定。
3 試驗結果與分析
3.1小試試驗
將不同劑量的聚合硫酸鐵投加到原水中，通過攪拌機以r=300r/min轉速快速攪拌30S，隨后中速r=150～200r/min攪拌5min，經(jīng)砂過濾后進入超濾膜，膜壓差為0.03Mpa。
膜通量采用體積法測定。通量恢復率是指在每進行一個工藝之前，均測定清洗干凈的膜純水通量Qi；當該工藝結束將膜清洗干凈后再測定一個純水通量Qi’，則通量恢復率λ=(Qi‘/Qi)*100。它可以作為膜在不同工藝下抗污染能力的一個判斷指標。
通過燒杯攪拌試驗確定出直接過濾系統(tǒng)的最佳加藥量范圍在8mg幾左右。試驗為得到本工藝的最佳加藥量值，選擇加藥量在2-12mg/L之間進行相關試驗和分析。
由圖2知，先測膜的純水通量為200.02L/m2·h；投入運行后，系統(tǒng)加藥量為6mg/L時，膜過濾通量為200.0L/m2·h，將膜通過人工清洗后測純水通量為201.5L/m2·h。此加藥點膜出水通量最大，膜恢復率λ高達100.4%。
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由圖3知，原水中的濁度大部分在混凝砂濾過程中去除。經(jīng)過超濾膜處理后，水的濁度維持在0.08NTU以下，系統(tǒng)加藥量在8mg/L時，膜過濾水濁度在0.024NTU左右，濁度去除率為99.98%。
DOC代表水中溶解性有機化合物含量；腐殖質是天然水中存在的主要有機物，是產(chǎn)生色度的主要原因[3]。而波長254nm的紫外線吸光度UV254則代表水中腐殖酸等有機污染物濃度大小的表征值。由圖4和圖5可知，當加藥量為6mg/L時，膜濾去賒有機物效率最高，膜濾水DOC為1.1429mg/L，去除率為14.39%，系統(tǒng)總去除率為34.87%。而UV254則在加藥量為6mg/L時，膜濾水為0.015/cm，但系統(tǒng)在加藥量4mg/L時總去除率最高，達58.85%。
系統(tǒng)加藥量在6mg/L時，砂濾與膜濾去除水中THMFP的效果最顯著，去除率分別為25.16%和26.74%，系統(tǒng)總THMFP去除率達51.90%，見圖6。去除水中CODMn的最佳加藥量為6mg/L和8mg/L。在這兩個加藥量下，膜濾水CODMn分別為1.1mg/L和0.96mg/L，系統(tǒng)總去除率分別為59.15%和62.53%：見圖7。
由此確定出本處理工藝最佳加藥量為6mg/L。此時，水中雜質與混凝劑能有效地結成恰當尺寸的礬化絮體通過砂過濾后大部分被去除，膜能有效地截留砂濾后尚存在于水中的絮體且不被污染。
3.2中試試驗
中試試驗加藥量采用由小試試驗確定的最佳加藥量6mg/L，工藝流程與小試相同，見圖1。試驗結果見圖8～圖12。
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中試處理系統(tǒng)亦表現(xiàn)出高效去除濁度的能力，水中約98%左右的濁度由砂過濾去除，系統(tǒng)總濁度去除率接近100%，膜濾水濁度平均在0.05NTU左右，細菌、大腸桿菌去除率為100%，見圖8。中試膜處理工藝對CODMn、DOC、UV254的平均去除率分別為30%、50.8%、54.3%，與小試結論相似。見圖9～11。
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中試系統(tǒng)全自動化連續(xù)運行７個月以來，試驗系統(tǒng)出水量為500m3/h，出水水質穩(wěn)定。運行期間，除采用膜濾出水反洗膜組件外，沒有采用化學藥劑進行清洗。膜壓差由初始的0.02MPa，增加至0.048MPa。見圖12。此點說明膜系統(tǒng)運行阻力增加緩慢。
4 結論
混凝一超濾聯(lián)用技術處理長江地表原水的小試試驗結果表明：混凝劑投加量為6mg/L、膜壓差為0.03Mpa時，細菌、大腸桿菌去除率為100%：濁度、DOC、THMFP、UV254去除率高，膜通量最大，通量恢復情況最好。中試采用小試試驗的相關參數(shù)，其結果與小試試驗存在著很好的再現(xiàn)性和相似性，這也表明膜處理技術與合適的預處理工藝相結合可有效地降低膜過濾阻力。系統(tǒng)運行7個月以來，膜壓差低且出水水質優(yōu)。
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