加载絮凝–超滤联用工艺除Sb(Ⅲ)效能及其膜污染研究

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近年来,随着锑工业不断发展,我国已成为世界上最大的锑生产国,同时发生的地表水源锑污染问题亦较为突出。在水环境中锑通常以正三价和正五价的形式存在,Sb(Ⅲ)较Sb(Ⅴ)具有更大的溶解性、流动性和毒性。本文利用加载絮凝–超滤联用工艺处理腐殖酸–Sb(Ⅲ)复合污染的模拟水样,对该联用工艺的处理效果及膜污染控制进行了深入的研究和分析。研究考察混凝剂的投量、助凝剂的投量、pH值和微砂投量等因素对该联用工艺处理效果的影响,并从絮体形态的角度对膜污染进行了分析。结果表明,加载絮凝–超滤联用工艺的最佳混凝条件为聚合硫酸铁(PFS)投量30.0mg/L、阳离子型聚丙烯酰胺(PAM)投量0.3mg/L、pH=7.0、微砂投量3.0g/L,此时超滤出水的浊度去除率为99.24%,腐殖酸去除率为96.13%、超滤后剩余锑浓度为4.26μg/L(满足饮用水水质标准?5μg/L)。进一步研究发现:PFS投量较低时的腐殖酸(HA)去除效果较差,PFS投量过高时,HA–PFS体系发生再稳,其去除率同样有所下降;加载絮凝和超滤出水中的剩余Sb(Ⅲ)浓度均随着PFS投量增大而降低,PAM和微砂对除锑效果没有直接影响,主要通过影响悬浮颗粒的去除效果间接影响加载絮凝除锑效果,推断该联用工艺的除锑机理为PFS水解产物与Sb(Ⅲ)发生吸附共沉淀作用,进而通过超滤膜被截留去除;加载絮凝过程中,PAM促使污染物胶粒与微砂颗粒通过吸附架桥作用形成絮体,PAM投量越大,絮体平均粒径越大,结构越疏松,但投加过量的PAM会使超滤膜通量明显降低,加剧膜的不可逆污染;在pH=4.0–9.0范围内,对超滤后剩余Sb(Ⅲ)浓度影响不大,而加载絮凝后剩余Sb(Ⅲ)浓度主要与上清液浊度呈正相关;微砂投量较少时,加载絮凝载体介质不足,絮凝效果较差,絮体平均粒径较小,不利于缓解膜通量的衰减,而微砂投量过大时,絮体密实度增大,粒径减小,不利于缓解膜污染,其原因可能是富余的微砂对成熟絮体产生破坏作用使絮体平均粒径减小,也可能为载体介质较多时,形成的絮体数量多且粒径小,最终造成膜通量衰减幅度变大。研究还表明,膜污染大小受絮体形态特征的影响,当絮体平均粒径较大、结构疏松时,超滤过程中有利于形成结构松散,孔隙率大的滤饼层,使得膜通量衰减幅度通常较小,膜不可逆污染较轻。采用酸、碱、氧化剂等不同类型的清洗剂对超滤膜进行化学清洗,结果表明,碱性溶液能够较好地去除膜表面及膜孔中的腐殖酸,有效缓解膜的不可逆污染。各种类型清洗剂对膜污染的恢复效果为:NaOH>NaClO>柠檬酸>H 2 O2
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