微絮凝-膜过滤工艺去除地表水中有机污染物的试验研究

　　1、 概述
　　以加药混凝-沉淀-过滤-消毒为主的传统工艺，主要以去除浊度（悬浮物、胶体等）和杀灭病原微生物为目的，目前已很难适应受有机物污染的水源水处理，存在出水浊度和有机物浓度超标等问题。
　　膜组合工艺指膜分离技术与其它水处理单元的有机组合，因可以利用各个单元工艺的特点、优势及各个单元工艺之间的协同作用，取得满意的处理效果，而备受研究者瞩目，其研究和应用方兴未艾。
　　膜分离与絮凝沉淀处理相结合的工艺称为膜混凝反应器（MCR），如果在此基础上进一步投加粉末活性炭（PAC），可形成PAC-MCR组合工艺。该工艺集加药絮凝沉淀、活性炭物理吸附和膜的高效分离作用为一体，可提高对微污染水中污染物的去除效果，保证出水水质的优良和稳定。
　　考虑到当前野外地表水的污染最主要、最普遍的是有机物污染，因此在整个试验阶段把对有机物的去除作为重点来研究。
　　2、试验装置与方法
　　2.1 试验装置
　　本实验所采用的工艺流程如图1所示。
　　膜组件内置一中空纤维微滤膜，材质为聚偏氟乙烯，孔径为0.22μm，膜有效面积为0.5m2。
　　原水经水泵提升进入反应器，与此同时将絮凝剂加入反应器中，同时在膜组件中加入粉末活性炭。反应器到达高水位时停止进水，絮凝10min，而后在抽吸泵作用下膜组件开始出水。在反应器液位降至最低水位时，进水泵重新开始工作，开始下一个周期。为减缓膜污染，出水方式采用出水数分钟、停水1～2分钟、连续曝气的方式。
　　2.2 分析项目、方法
　　所采用的水质分析方法及使用仪器见表1。

分析项目	分析方法	仪器
浊度	仪器法	GDS-3B型光电式浊度计
pH值	仪器法	PHS-3C型精密pH计
CODMn	酸性高锰酸钾法	--
UV254	比色法	8500型紫外可见分光光度计
UV410	比色法	8500型紫外可见分光光度计

　　UV254可作为总有机碳（TOC）及总三氯甲烷生成能（T-THMFP）的代用参数，并且还与水中的三致物质（致癌、致畸、致突变）和形成三卤甲烷的前驱物（THMs）有良好的相关性，是考察水中小分子有机物的去除情况的重要参考指标。 UV410主要反映水中具有较大共轭体系的有机化合物，如水中的大分子腐殖酸等，他们是地表水中主要的成色物质，是考察水中大分子有机物的去除情况的重要参考指标。通过分光光度计对UV254 、UV410的观测，可快速了解水质处理情况。
　　 2.3 原水水质参数
　　原水取自天津某湖水,试验期间主要水质参数见表2。

水质指标	浊 度 NTU	CODMn mg/L	UV254 cm-1	UV410 cm-1	pH
范围 平均	7.5~60.4 29.9	7.8~13.08 10.30	0.183~0.41 0.247	0.010~0.037 0.020	9.28~9.87 9.54

　　3、 结果与讨论
　　3.1 絮凝剂种类和投加量的确定
　　无机絮凝剂因无毒或低毒、价廉、原料易得而被广泛应用。目前由于铝与人体健康的关系存在许多不确定性，加上铁盐形成的矾花大且沉降性能好，因此本实验选用三氯化铁做絮凝剂。通过六联搅拌实验及浊度测量结果，得出本实验处理原水所需的最佳投药量的为15～30mg/L。
　　3.2 对浊度的去除
　　PAC-MCR由于其膜截留作用，出水透明、无色无味，感官性状良好。尽管进水波动较大，但出水平均浊度为0.1NTU，对浊度的平均去除率为99.03%，图2为PAC-MCR进出水的浊度变化。
　　3.3 对CODMn的去除
　　图3反映了该工艺对天津某池塘水CODMn的去除效果，从该图可以看出，进水CODMn在7.8 mg/l～13.08 mg/l之间波动，而出水CODMn基本上维持在4.0 mg/l左右，满足国家《生活饮用水卫规范》（2001）要求所规定CODMn≤５mg/l的要求，CODMn去除率达到69.7％以上。
　　3.4 对UV254（TOC、THMS）的去除
　　检测絮凝反应器中混合液的平均值为0.313 cm-1，膜组件中混合液的平均值为0.283 cm-1，原水和出水的UV254分别为0.247cm-1和0.109cm-1，可见该工艺对UV254的去除是非常有效的。从图中还可以看出，由于PAC对腐殖质类物质的吸附作用，使运行初期系统对UV254就具有较高的去除率，之后维持在一个很平稳的水平，在整个运行期间去除率为58.13%。
　　3.5 对UV410（色度）的去除
　　图5是原水、出水UV410的变化情况。运行期间出水平均值及去除率分别为0.003cm-1和83.81%。说明PAC-PCR对水中的大分子有机物质，尤其是形成色度的有机物质，有很好的去除作用。
　　3.6 PAC投加频率与去除效果的关系
　　图6表明了两种投炭频率对处理效果的影响。第一种为6个周期的投炭总量在第一周开始时按30mg/L一次性投入，第二种为6个周期的同样的投炭总量
　　分两次（即分别在第一、第四周期开始时按30mg/L）投加，ΔCODMn表示某周期出水CODMn相对于原水CODMn的去除量。ΔCODMn越大，表明CODMn去除效果越好。从图6可知，当六个周期的PAC一次性投入反应器后，由于絮凝体对它的吸附包裹等作用，PAC吸附能力下降很快，表现为ΔCODMn很快减小。而同样的投炭量分两次投加则效果明显好得多。
　　4、结论
　　（1） 该工艺对水质感观性状指标有显著的改善。
　　（2） 该工艺对于有机物有良好的去除效果。对CODMn、UV254、UV410的去除率分别为68.78%、56.13%和83.81%，而且运行稳定，无明显波动。
　　（3）加快PAC的投加频率，将能取得更佳的出水水质。