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超滤膜在地表水处理中已得到越来越多的应用,对出水水质的保障得到一致认同。目前,在净水过程中,膜自身会不可避免地受到污染。一方面,膜压差增加,提高了制水成本;另一方面,不可逆污染严重,可能导致更换膜组件。如何在保证水质的前提下降低膜污染,是水处理领域研究的重点和难点。预处理能有效防止膜污染,本研究选取了具代表性、可操作性的预处理方式——混凝、粉末活性炭吸附以及混凝活性炭吸附,考察了采用不同预处理方式及不同投加量,分别与超滤膜联用时的处理效果,重点研究了预处理方式防止膜污染的特性及其机理。论文所得结论如下:(1)采用超滤膜直接过滤不同浊度的原水,在原水浊度的试验范围内,研究发现对有机物的去除主要集中在非溶解性有机物上,对溶解性有机物的去除较少。与错流相比,死端流方式直接处理不同浊度的原水,通量能改善明显。过滤第八个周期时,错流方式的通量能恢复到68.2%,而死端流通量却能恢复到91.5%。同时,直接过滤浊度较高与浊度较低原水相比较,前者过滤初期,通过反冲洗,通量能得到完全的恢复;后者尽管初期反冲洗后的通量能得到恢复,但随着过滤的进行,呈明显下降的趋势。其原因,可能是死端流方式下,且较高浊度,可形成较厚且松散的滤饼层,从而吸附拦截了部分易污染的物质,特别是胶体和细小悬浮物。直接过滤原水的0.45μm微滤膜滤后液,发现小于1kDa的有机物易被膜孔吸附。虽然直接过滤较高浊度原水,能在膜表面形成有效的松散滤饼层,但经过长期运行,胶体、非溶解性有机物残留在膜表面,同时小于1k Da的有机物也随着过滤进行,长期积累在膜孔,水力冲洗难以恢复,是造成膜污染的主要物质。(2)采用粉末活性炭预处理方式,试验发现,溶解性有机物的去除率随粉末活性炭投加量增大而提高。粉末活性炭吸附的DOC主要集中在小于10kDa的分子量区间,而被吸附的UV254主要集中在30kDa~1kDa的分子量区间,其中10kDa~1kDa区间的UV254去除最多。粉末活性炭与超滤联用处理水样时,原水浊度较低时,粉末活性炭预处理对初始通量基本没有提高,但膜通量有明显改善。反之,原水浊度较高时,能提高初始通量,但不能有效改善膜通量。同时,粉末活性炭投加量相同情况下,含非溶解性物质较少的进膜水对超滤膜表面的亲水改性更加明显。进一步说明,胶体是造成膜污染的主要物质。(3)采用混凝预处理方式,试验发现,混凝去除的DOC主要集中在大于30kDa和小于1kDa的分子量区间,同时投加粉末活性炭与混凝剂(先投加粉末活性炭)的工况下,此时混凝对DOC在大于30kDa、10kDa~1kDa和小于1kDa的分子量区间的去除量基本相同,与单独投加混凝剂的情况相似,混凝后超滤主要增加了分子量小于1kDa的DOC去除率;在30kDa~10kDa、10kDa~1kDa和小于1kDa的分子量区间UV254的去除率基本相同。混凝与膜联用,可有效减缓膜通量的下降趋势。同时,混凝预处理对膜通量的影响与原水浊度之间存在一定的相关性,原水浊度较小时,混凝预处理能更加有效的减缓膜通量的衰减。而且混凝液对膜比通量的改善明显优于上清液。单独投加Fecl3混凝剂的工况下,混凝预处理提高了膜通量的恢复程度,但膜通量的下降趋势并未的得到明显的改善;粉末活性炭与混凝剂投加时,两者的投加顺序对膜通量也有影响,先投加粉末活性炭的工况下,膜通量衰减更加缓慢。(4)对原水直接膜过滤、混凝-膜、粉末活性炭-膜、混凝粉末活性炭-膜这几种工况比较,去除非溶解性物质的干扰后,直接过滤原水0.45μm膜滤后液时的膜比通量恢复最好,对膜的亲水改性现象最为明显,其次依次是单独投加混凝剂工况、粉末活性炭吸附工况。得出,非溶解性有机物较小分子有机物,更易导致膜污染。综上所述,考虑出水水质的前提下,黄河上游兰州段原水,采用“预沉—粉末活性炭吸附—混凝”预处理工艺能有效防止超滤膜污染。