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常用超滤膜组合工艺在饮用水处理中的研究进展及工程应用_水利论文

发布时间:2016-11-19编辑:毕业论文

论文导读::介绍了三种常用超滤膜组合工艺的特点和处理效果,并分类整理了进几年超滤膜组合工艺在饮用水处理中的研究进展以及相应的成功建设实例,以供参考。
论文关键词:超滤膜,组合工艺,饮用水处理

  与常规处理工艺相比,超滤具有出水水质稳定,占地面积小,能耗及维护成本相对较低等优点,加之膜造价的不断降低,超滤技术已成为替代传统处理工艺的适宜选择。但是,由于超滤膜的截留相对分子质量较大,单纯超滤工艺去除溶解性有机物的效果不佳,易造成膜污染、膜通量降低等问题。因此,超滤膜常与其他工艺组合,组成超滤膜组合工艺,以提高对溶解性有机物的去处效果。混凝/超滤、常规处理/超滤和活性炭/超滤等工艺是最为常用的超滤膜组合工艺,在饮用水处理领域得到广泛应用。
  1混凝/超滤组合工艺
  混凝工艺通过电性中和、卷扫、吸附架桥等作用可改变原水中悬浮颗粒的尺寸分布,从而增强了超滤膜不能去除的小颗粒和溶解性污染物的去除作用。此外混凝还可改变颗粒物的表面电性,使滤饼层不会紧密附着在膜表面。因此,采用混凝作为预处理,可与超滤工艺形成互补,降低膜过滤阻力,提高对低分子有机物、无机物和无机离子等污染物的去除率[1,2]。
  混凝/超滤组合工艺一般可分为两类,一是将混凝形成的矾花去除后进膜过滤,二是不去除矾花直接过滤,即在线混凝/过滤工艺。比较而言,后者的预处理流程较为简单,且基建费用较低,具有良好的应用前景[1,3]。
  1.1混凝/超滤工艺的处理效果
  1)对浊度及微生物的去除
  混凝/超滤组合工艺对浊度及微生物的去除效果在众多研究中都予以了肯定。一般情况下,混凝/超滤工艺出水可保持在0.1NTU以下,且出水水质稳定,出水水质明显优于常规处理工艺。
  从表1中可以看到,不同水质的原水,不同的混凝剂,经过混凝/超滤工艺后的出水浊度都能稳定在一个较低的水平。
  表1 混凝/超滤工艺对浊度的去除效果
  

序号

原水浊度(NTU)

出水浊度(NTU)

混凝剂

参考文献

1

12.3~26.9

<0.1

聚合氯化铝

[1]

2

16.3~75.5

<0.1

聚合氯化铝/硫酸铝

[4]

3

3.0~18.0

0.057~0.13

氯化铁

[5]

4

6.17~8.54

<0.3

聚合氯化铝

[6]

Removal of turbidity by coagulation/ultrafiltrationprocess
  table1由于超滤膜装置形成了悬浮固体和胶体杂质的绝对屏障, 其优越的截留性能保证了超滤膜工艺对浊度的高效去除。此外,表现为浊度的胶体本身不仅是污染物,也是水中细菌、病毒的重要附着载体。因此在超滤膜去除浊度的同时,水中贾第虫和隐孢子虫等病原微生物也被有效去除,大大提高了饮用水的微生物安全性[4,6,7]。
  2)对有机物的去处
  超滤是一种加压膜分离技术,其对大分子物质的节流效果较好,但对小分子有机物去除效果较差。 大量研究表明,与单纯的超滤工艺相比,混凝/超滤工艺可有效提高对小分子有机物的去除效率。
  王晓昌[8]等人,在PH=7 条件下,采用截留分子质量为100k 的超滤膜进行混凝/超滤处理后发现,其对进水DOC 和UV254 的去除率分别可达到53%和78%。
  李伟英[9]等人采用混凝和超滤膜联用技术处理长江地表原水的中试试验表明,该工艺对DOC、CODMn 和UV254 的去除率分别达到44.4%、21.2%、53.3%
  但也有学者的研究结果表明水利论文,混凝/超滤工艺对UV254的去除效果不佳。
  董秉直[4]等人采用聚合氯化铝及氯化铝作为混凝剂,对黄浦江原水进行中试试验,结果表明2种混凝剂对CODMn的去除率可以达到45%左右,但对UV254和TOC的去除率分别只有21%和29%,去除率较低。在另一个研究中,董[1]采用混凝/超滤工艺对微污染水源进行实验研究时,发现投加聚合氯化铝可提高对原水中有机物的去除率,但该工艺对UV254和TOC的去除率仍然不高。当混凝剂投加量为4mgAl/L时,UV254和TOC的去除率约为20%,当混凝剂投加量为24mgAl/L时,去除率也仅提升到约40%。董认为超滤膜去除UV254 和DOC 的效果与超滤膜的截留分子量和水中有机物的分子量分布有关。由于超滤膜孔径大于水中部分有机物的表观尺寸,从而造成了有机物去除效果较差。
  综上所述,混凝/超滤工艺对于原水浊度有较好的除去效果,而对原水中有机物的去除效果与以下几个方面有关:①原水水质,包括原水中悬浮和溶解性物质的比例、粒径分布、颗粒的电性等;②混凝剂的种类及投加量;③膜材料,包括膜的孔径,带电性等。
  1.2混凝/超滤工艺在工程中的应用
  混凝/超滤工艺不仅是近年来的研究热点,在实际工程中也得到了广泛应用。
  位于天津市西青区的杨柳青水厂采用的即是混凝超滤工艺。该厂供水规模5000m3/d,原水在夏季出现高藻期,采用混凝/超滤工艺的主要目的是去除原水中的浊度、有机物及藻类。当原水水质恶化时,除絮凝剂外再加入高锰酸钾和粉末活性炭,以保证出水质量。该厂出水浊度小于0.1NTU,对的去除率在30%~50%之间,并能完全除去藻类[10]。
  饮用水处理
  图1 杨柳青水厂工艺流程图
  Fig.1 Flow chart ofYangliuqing waterworks
  位于新加坡的Chestnut Avenue水厂的工艺流程与杨柳青水厂相似,其水厂一期供水规模达27.3万m3/d,超滤出水采用倒虹吸工艺,有效降低了制水成本。该套工艺能有效控制当地原水中的浊度、色度及有机物。
  在加拿大的Cityof Kamloops水厂在普通混凝/超滤工艺的基础上,增加二级超滤,将一级超滤的反冲洗废水收集回用,使该套工艺的产水率提高至99%以上。不但有效控制了原水中的浊度、两虫和嗅味,也节约了原水,提高了生产率,该厂工艺流程图如图2所示[10]。
  饮用水处理
  图2 City of Kamloops水厂工艺流程图
  Fig.2 Flow chart of Cityof Kamloops waterworks
  混凝/超滤工艺在欧美等国均有广泛运用,表2列出了该工艺在北美地区的部分应用情况[11,12]。
  表2 混凝/超滤工艺在北美的应用[12,13]
  Table 2 Application of coagulation/ultrafiltration processin North America
  

地点

处理能力(103m3/d)

原水特点

混凝剂

Sioux Lookout, Out

5.2

高色度

Al

Parry Sound, Out

10

高浊度、色度

Al

Clovis, Calif

51

浊度、色度、TOC

FeCl3

Scottsdale, Ariz

113

砷化合物、不适味觉

FeCl3

Kerrville, Tex

19

TOC

FeCl3

Kamloops, B.C

159

浊度、藻类、TOC

2常规处理/超滤工艺
  随着饮用水水质标准的提高以及原水的微污染趋势日渐显现,一些水厂原有的常规处理工艺已无法满足生产需要杂志网。在原有常规处理工艺之后增加超滤膜组件,可有效提高出水水质,确保出水的微生物安全性。
  2.1常规处理/超滤工艺的处理效果
  1)对浊度及微生物的去除
  由于常规处理/超滤工艺在混凝/超滤工艺的基础上增加了沉淀及过滤工艺,使得该工艺对浊度的去除效果更优。
  数位学者对常规工艺与超滤工艺做了不同的组合,不论是混凝/沉淀/过滤/超滤,还是混凝/沉淀/超滤和混凝/过滤/超滤工艺,都能将出水浊度控制在0.1NTU以下的水平[14-18]。
  2)对有机物的去处
  由于超滤膜对小分子污染物的去除效果较差,在常规处理/超滤工艺中,有机物主要是在混凝、沉淀和砂滤段被去除的,膜表面形成的滤饼层虽对有机物有一定的截留和吸附作用,但去除效果不明显。
  针对南方河网地区的湖泊水,许航[15]等人采用常规/超滤组合工艺进行了中试研究。试验数据显示,该组工艺对CODMn的总去出去为39.61%,对DOC 和UV254的去除率分别为23.59%和39.66%。但对有机物的去除主要是在常规处理段完成的。其研究结果表明,常规处理/超滤组合工艺,既弥补了单纯超滤对有机物去除率低的缺陷,又提高了超滤膜进水的水质,有效降低跨膜压差,延长过滤周期,提高了产水率。
  董秉直[17,18]等人对长江水进行混凝/砂滤/超滤处理后发现,混凝和砂滤对CODMn的平均去除率为14.6%,膜为10%,混凝和砂滤对DOC的去除率为22.6%,膜为5.5%。在用同样工艺处理淮河水时发现,当碱式氯化铝投加量为12mg/L时,混凝、砂滤去除CODMn效果为51%,而膜处理仅为4.7%;混凝、砂滤对DOC 和UV254的去除率分别为31.12%和27.59%,而超滤膜对DOC的去除率仅为7.06%,对UV254则没有去除效果。
  张艳,李圭白[16]等人在混凝/沉淀/超滤工艺处理东江水的中试研究中也发现,该工艺对有机物的去除主要由混凝沉淀完成,膜面上形成的滤饼层对有机物也有一定的吸附作用。
  综上所述,常规处理工艺与超滤工艺相互弥补了对方的不足,该组合工艺具有出水水质较好,生产运行稳定,出水微生物安全性高的优点,尤其适合老水厂改造时采用。根据技术经济分析,与沉后水处理相比滤后水水质较优,设计膜通量可增大,其节省的工程投资和运行费用大于滤池的运行费用,因此在建设用地满足需要的情况下,宜保留原滤池,在滤池后增设膜处理单元[11]。
  2.2常规处理/超滤工艺在工程中的应用
  常规处理/超滤工艺在实际应用中,一般有两种组合,即混凝/沉淀/过滤/超滤和混凝/沉淀/超滤组合工艺,如图3,4。
  饮用水处理
  图3混凝/沉淀/超滤组合工艺流程图
  Fig.3Flow chart of coagulation/sedimentation/ultrafiltration process

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