超滤-纳滤双膜组合工艺在高品质饮用水处理中的研究

来源 :兰州交通大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:xiaoyao2000
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近几年来,随着我国经济实力的不断增长,人民生活水平也得到了巨大的改善。国家在供水基础设施上的大规模高强度投入,化解了供水水量不足的问题。供水行业中的主要矛盾已经从供水匮乏的矛盾转向如何进一步提高水质的矛盾。量质并举,质量优先已经成为水行业研究者以及各地水务部门的共识。现行工艺在应对微生物、有机污染物等问题时,一贯采取的手段是投加混凝剂并附以氧化和消毒过程。尽管出厂水符合国家饮用水卫生标准,而氧化消毒所产生消毒副产物以及现行工艺对微量有机物去除能力较差的问题在生产高品质饮用水上面亟待解决。超滤—纳滤组合工艺作为纯粹的物理性工艺,大大减少了消毒剂的剂量,在一定程度上解决了氯化消毒副产物的问题。在水质化学安全性方面有了更大幅度的保障。此外,超滤—纳滤组合工艺在对水中致病微生物、微量有机物的去除方面,较常规工艺也有显著提高。因此,基于高品质饮用水的需求,本文开展了超滤—纳滤双膜组合工艺直接处理东太湖水的中试研究,并进行了嗅味物质(二甲基异莰醇(2-MIB)和土臭素(GSM))在原水中的投加实验。本试验的主要研究结果如下:(1)东太湖水年均浊度为55.73NTU,年均CODMn为4.24mg/L,年均UV254为0.1015cm-1,年均DOC为2.69mg/L。从以上数据可以看出,东太湖水中有机物含量较高,属于典型的Ⅲ类水体。水中的有机物分子量分布主要集中在1k-3kDa,其次是小于1kDa以及3k-10kDa两个区域;有机物主要以强疏性组分和极亲性组分构成,强疏性组分以腐殖质类有机物为代表,极性亲水性组分以芳香族蛋白质为代表;结合对原水三维荧光的分析可知水中既存在由藻类和生物分解造成的物质,同时也存在由生产生活而造成的蛋白质类有机物的污染。(2)原水经过5mm的细格栅过滤后直接进入超滤—纳滤组合工艺,组合工艺产水量为5.57m3/d。通过长达13个月的不间断现场中试,证明超滤—纳滤双膜组合工艺可以稳定的运行。超滤系统每30min进行一次水力反冲洗,冲洗时间为30秒;每24h进行一次化学强化反冲洗。这样的清洗频率降低了超滤膜的污染速率,为纳滤系统创造了良好的进水条件。纳滤在运行过程中会定期(夏季60ml/3-4天;冬季60ml/7天)投加杀菌剂,杀菌剂的投加可以缓解纳滤膜的污染速率,延长双膜工艺的运行周期,为双膜工艺的稳定运行提供了保障。(3)原水经过超滤膜后,出水浊度平均值为0.12NTU,出水CODMn平均值为2.39mg/L,出水UV254平均值为0.0509cm-1,出水DOC平均值为2.47mg/L。超滤对原水浊度的高去除率为纳滤创造了良好的进水条件。超滤—纳滤组合工艺最终出水浊度在0.05NTU以下,出水CODMn平均值为0.58mg/L,出水UV254平均值为0.0057cm-1,出水DOC平均值为0.38mg/L。超滤—纳滤组合工艺对有机物指标CODMn和DOC的去除率均在80%以上,对UV254的去除在90%以上。这说明组合工艺对于水中的有机物有着良好的去除效果。(4)对超滤—纳滤组合工艺产水有机物特性的分析表明,超滤主要去除水中大分子蛋白质类物质和中分子的强疏水性组分和弱疏水性组分,去除率分别是72.4%和26.8%。最终组合工艺去除了水中绝大多数的大分子和中分子物质,仅有部分小分子腐殖酸和微生物代谢产物有所剩余,对于各分子量区间的去除率分别为96.7%,84.2%和71.4%。同时,三维荧光及亲疏水性分离结果也表明超滤对于代表亲水性蛋白质类荧光峰B峰和代表疏水性荧光物质的C峰去除效果较好,去除率分别为24.4%和25.3%。最终组合工艺将90%以上的亲水性蛋白质类荧光物质去除,而对于疏水性的富里酸类荧光和腐殖酸类荧光物质的去除也在70%以上。最终工艺产水已经符合瓶(桶)装饮用纯净水卫生标准(GB17324-2003),最大程度的保证了产水的生物安全性和化学安全性。(5)原水的年平均溶解性固体总量(TDS)为205.24mg/L,经过超滤膜后,水中溶解性固体总量(TDS)平均值198.11mg/L,超滤对水中溶解性固体总量的去除率为4.5%。超滤—纳滤组合工艺最终产水的平均溶解性固体总量(TDS)为129.29mg/L,对于水中TDS的去除率在35%左右。这说明组合工艺去除水中溶解性固体总量主要依靠纳滤膜。将原水、超滤产水和纳滤产水进行离子检测后发现,纳滤膜对于水中二价阴阳离子均有较好的去除效果。水中Ca2+、Mg2+、SO42-的含量分别为38.1mg/L、8.6mg/L和50.8mg/L,经过纳滤膜后分别降至26.6mg/L、5.9mg/L和5.7mg/L。去除率分别为30.1%,31.4%和88.7%。而超滤对于水中的例子几乎没有去除效果。组合工艺对SO42-的高去除率以及对Ca2+、Mg2+有所保留的去除既可以降低了纳滤膜表面结垢的风险,又满足了人们对于水质和口感的双重要求。(6)为了研究组合工艺对于水中致嗅物质的去除效果,本实验将原水中臭素、二甲基异莰醇的浓度分别调配为55.3ng/L、76.3ng/L、98.2ng/L、150.2ng/L和191.7ng/L。经过超滤—纳滤组合工艺后出水浓度分别为8.96 ng/L、18.97 ng/L、21.72 ng/L、35.37 ng/L和42.54 ng/L。最终结论表明组合工艺对于两种致嗅物质的去除率均在70%80%之间。组合工艺对于嗅味物质的去除主要依靠纳滤膜,纳滤对于土臭素和二甲基异莰醇的平均去除率分别为70.6%和77.2%。而原水经过超滤后二甲基异莰醇和土臭素的浓度分别降低1.6%和5.47%,这说明超滤对于水中的嗅味物质的去除能力较弱。
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