凝-中空纤维膜微滤工艺处理微污染地表水的研究.docVIP

凝-中空纤维膜微滤工艺处理微污染地表水的研究　 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、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、处理效果好、体积小、构造简单、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 μm，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 范围 平均值 CODMn，mg/L 13.95～31.77 19.89 NH3-N，mg/L 0.161～2.840 0.921 UV254，cm-1 0.183～0.361 0.247 UV410，cm-1 0.010～0.037 0.020 浊度，NTU 7.5～60.4 29.9 水温，℃ 20.2～27.0 24.1 pH 9.28～9.87 9.54 2.2.2 PAC-MFR的运行参数 表2 PAC-MFR的运行参数 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) 出水流量(m3/h) 1 1～11 1.54 50～80 13∶1 57 0.65～0.72 2 12～27 500～600 30 0.68～0.80 　　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20～30 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20～40 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 水质分析方法 仪器 CODMn 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 　 　 　 3 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 NTU[2]，图2为PAC-MFR进出水的浊度及去除率。 3.2 对CODMn的去除　　PAC-MFR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50～80 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；以及在该阶段排泥量较少，造成了有机