1、超濾膜沖洗廢水回用強(qiáng)化處理低溫低濁水試驗(yàn)研究論文摘要：通過(guò)試驗(yàn)考察了超濾膜沖洗廢水回用對(duì)混凝-沉淀-超濾組合工藝處理低溫低濁原水的影響。試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，膜沖洗廢水回用對(duì)處理效果有著明顯的強(qiáng)化作用，同時(shí)可延緩超濾膜污染速度。當(dāng)回用比例為8%時(shí)，組合工藝出水中濁度和消毒副產(chǎn)物前質(zhì)與不回用時(shí)根本相當(dāng)，TOC和剩余鋁那么分別降低了0.34mg -L 和0.023mg -L ；單位過(guò)濾周期內(nèi)跨膜壓差平均增幅為不回用時(shí)的56.78%，同時(shí)水力清洗效率可提高到84.18%。通過(guò)計(jì)算，沖洗廢水回用可使超濾工藝產(chǎn)水率從89.73%提高到97.30%論文關(guān)鍵詞：超濾,低溫低濁水,沖洗廢水,回用,膜污染我國(guó)北方地區(qū)地

2、表水每年大約有4-5個(gè)月處于冰凍期。此期間水質(zhì)呈現(xiàn)明顯的低溫低濁特征，水溫降為04，濁度一般為530NTU。溫度的降低使水的粘度增大，會(huì)影響絮凝劑的水解和絮凝過(guò)程的速度；而濁度的降低，水中的顆粒物減少，那么使絮凝過(guò)程中效率降低，從而使所產(chǎn)生的絮體細(xì)小松散，不利于后續(xù)工藝的去除。因此，低溫低濁水的凈化多年來(lái)一直是一個(gè)未能得到很好解決的難題。近年來(lái)，新型處理工藝被應(yīng)用于低溫低濁水的處理，取得了較好處理效果。超濾技術(shù)被譽(yù)為二十一世紀(jì)水處理技術(shù)和第三代飲用水凈化工藝的核心,有著廣闊的開(kāi)展空間。用超濾工藝處理低溫低濁水的處理具有出水濁度低、操作簡(jiǎn)便和可長(zhǎng)期使用等優(yōu)點(diǎn)。然而由于低溫水粘度較大，超濾膜阻力隨

3、之增加，在實(shí)際運(yùn)行中主要通過(guò)降低通量和縮短過(guò)濾周期來(lái)維持超濾工藝的穩(wěn)定運(yùn)行，這樣必然會(huì)降低產(chǎn)水率。因此，如何提過(guò)超濾工藝的產(chǎn)水率是將超濾膜應(yīng)用于低溫低濁水處理必須面對(duì)的問(wèn)題。在常規(guī)水處理中，生產(chǎn)廢水回用強(qiáng)化處理低溫低濁水和超濾工藝應(yīng)用于生產(chǎn)廢水的處理均取得了良好的效果。因此，本試驗(yàn)以冬季黃河水庫(kù)水為研究對(duì)象，在混凝-沉淀-超濾工藝中將超濾膜沖洗水的回收利用，考察其對(duì)低溫低濁水處理效果的影響，從而研究通過(guò)將超濾膜反沖洗水回用來(lái)強(qiáng)化處理低溫低濁水和提高超濾工藝產(chǎn)水率的可能性。1試驗(yàn)材料與方法1.1工藝流程與試驗(yàn)方法本項(xiàng)試驗(yàn)工藝流程如圖1所示，試驗(yàn)采用混凝-沉淀-超濾組合工藝，系統(tǒng)產(chǎn)水量為2.0m-

4、h，原水為黃河下游冬季水庫(kù)水。原水經(jīng)過(guò)混合后進(jìn)入機(jī)械絮凝池和斜管沉淀池，沉淀池出水通過(guò)膜進(jìn)水泵加壓后經(jīng)100mm疊片過(guò)濾器進(jìn)入超濾膜過(guò)濾。當(dāng)過(guò)濾時(shí)間到達(dá)30min時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入水力清洗階段，其沖洗過(guò)程為正向沖洗10s，反向沖洗40s，然后再次正向沖洗20s。正向沖洗流量為5.0m-h，反向沖洗流量為7.0m-h。超濾膜經(jīng)過(guò)物理清洗后重新進(jìn)入過(guò)濾階段，以上所有過(guò)程由PLC控制。超濾膜沖洗廢水收集于調(diào)節(jié)水箱，沖洗廢水在其中經(jīng)均質(zhì)調(diào)節(jié)后經(jīng)回流泵進(jìn)入混合池重新利用。圖1試驗(yàn)工藝流程示意圖Fig.1Schematicdiagramoftheexperimentprocess試驗(yàn)中所采用的混凝劑為當(dāng)?shù)禺a(chǎn)

5、液態(tài)聚合氯化鋁，其有效含量為10%，投加量按前期試驗(yàn)所得為15mg-L。1.2膜組件特性試驗(yàn)中所采用超濾膜為海南立升公司提供的LG1060X1-E型內(nèi)壓式中空纖維膜，膜的材料改性PVC合金。試驗(yàn)過(guò)程中，超濾膜通量為50L-m-h.表1膜組件主要性能參數(shù)Tab.1Performanceparametersofthemembranemodule 參數(shù) 數(shù)值 參數(shù) 數(shù)值 有效膜面積 40m 截留分子量 50kDalton 膜內(nèi)徑 1.0 膜外徑 1.5m 設(shè)計(jì)產(chǎn)水量 40120 m -d 最大跨膜壓差 0.2MPa 推薦工作壓力 0.050.15 MPa 推薦進(jìn)水濁度 10 NTU 工作溫度 538

6、 進(jìn)水pH值 2.013.0 1.3分析方法試驗(yàn)中濁度檢測(cè)采用HACH2100在線濁度儀，pH值采用意大利哈納公司產(chǎn)pH211型pH計(jì)測(cè)度測(cè)定，TOC采用德國(guó)元素公司生產(chǎn)的LiquiTOC總有機(jī)碳分析儀測(cè)定，UV采用北京普析公司TU1810SPC型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)分析；THMs采用安捷倫GC6890N氣相色譜儀頂空氣相色譜法按UFC方法測(cè)定；2結(jié)果及討論2.1沖洗廢水水質(zhì)分析試驗(yàn)中所用原水和超濾膜沖洗廢水水質(zhì)比擬如表2所示。超濾膜沖洗廢水中主要含有引起膜可逆污染的無(wú)機(jī)礦物顆粒，混凝劑的水解產(chǎn)物以及局部有機(jī)物和微生物等，因此，沖洗廢水的濁度明顯高于水庫(kù)原水。TOC反映了水中有機(jī)物的總體含量，膜

7、沖洗水中的有機(jī)物濃度高于原水，其平均值約為原水的1.39倍。UV那么反映了水中芳香族化合物和具有共軛雙鍵的有機(jī)物的含量，此類物質(zhì)在地表水中主要的代表為腐殖質(zhì)。而試驗(yàn)中沖洗廢水的UV那么略低于原水，這說(shuō)明此類疏水有機(jī)物是引起超濾膜不可逆污染的主要污染物，通過(guò)簡(jiǎn)單的水力清洗不可能將其去除。表2原水及沖洗廢水水質(zhì)參數(shù)Tab.2Qualityofrawwaterandwashingwater 水質(zhì)參數(shù) 原水 膜沖洗廢水 水溫/ 2.54.2 2.54.2 濁度/NTU 2.985.34 8.5017.12 pH 7.868.67 7.748.45 TOC/(mg-L ) 2.983.59 3.545.

8、17 UV /cm 0.0470.059 0.0420.051 2.2沖洗廢水回用對(duì)出水水質(zhì)影響圖2沖洗廢水回用對(duì)出水濁度的影響Fig.2Effectofwashingwaterrecycleonturbidityremoval超濾膜沖洗水回用對(duì)沉淀池出水和超濾膜出水濁度的影響如圖2所示，沖洗廢水回用對(duì)沉后水濁度的去除有明顯的強(qiáng)化作用，當(dāng)不回用時(shí)，由于低溫低濁的影響，混凝沉淀對(duì)濁度的去除率較低，僅為27.84%，隨著回用比例的增加，沉后水濁度逐漸降低，回用比例到達(dá)8%時(shí)，沉后水濁度去除率可達(dá)56.75%。主要是由于原水濁度較低，混凝過(guò)程缺乏絮凝核心，反沖洗廢水中含有較多的微絮凝顆粒能夠?yàn)樗械?/p>

9、膠體物質(zhì)提供絮凝中心，從而使微小的顆粒物質(zhì)更易于形成較大的絮體，有利于顆粒物質(zhì)的去除。同時(shí)，沖洗廢水回流對(duì)膜出水濁度無(wú)明顯影響，膜出水濁度均在0.04NTU之下，這是由于超濾膜的物理截留作用，可以保證其對(duì)顆粒物及微生物的高效去除，從而防止沖洗廢水回流使微生物特別是兩蟲(chóng);富集的風(fēng)險(xiǎn)。圖3沖洗廢水回用對(duì)出水TOC的影響Fig.3EffectofwashingwaterrecycleonTOCremoval如圖3所示，其反映了超濾膜沖洗水回用對(duì)水中總體有機(jī)物去除情況的影響。隨著回用比例的增加，混凝沉淀工藝對(duì)TOC的去除效果有所強(qiáng)化，但TOC去除率增加并不十分顯著，回用比為8%時(shí)TOC的去除率僅比不回

10、用上升了5.87%，這可能是由于沖洗廢水中有機(jī)物含量較高所致。同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，隨著回用比例的增加，超濾工藝對(duì)TOC的去除那么呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，不回用時(shí)單獨(dú)超濾工藝對(duì)TOC的去除率僅為10.02%，當(dāng)回用比到達(dá)8%時(shí)，超濾工藝對(duì)TOC的去除率那么可達(dá)18.64%。分析認(rèn)為，通過(guò)對(duì)于混凝工藝的強(qiáng)化，從而使形成的絮體規(guī)律而均勻，局部絮體沉積在超濾膜外表，形成較為松散的濾餅層，其對(duì)水中的有機(jī)物具有一定的去除作用。飲用水消毒后產(chǎn)生三氯甲烷等消毒副產(chǎn)物一直是飲用水處理中應(yīng)用預(yù)氯化處理和液氯消毒中不可防止的問(wèn)題之一。在常規(guī)處理工藝中，有研究任務(wù)認(rèn)為，生產(chǎn)廢水回用會(huì)造成有機(jī)物的富集，從而使出水存在消毒副產(chǎn)物超標(biāo)的風(fēng)

11、險(xiǎn)。因此，本試驗(yàn)采用UFC方法分析沖洗廢水回用對(duì)超濾膜出水消毒副產(chǎn)物前質(zhì)的影響。圖4沖洗廢水回用對(duì)超濾膜出水UFCTHMs的影響Fig.4EffectofwashingwaterrecycleonUFCTHMs如圖4所示，超濾膜沖洗廢水回用并不會(huì)對(duì)工藝出水消毒副產(chǎn)物前質(zhì)產(chǎn)生較大的影響，出水三鹵甲烷總量均控制在75g-L以下，遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)回用比為5%時(shí)，THMs增加最大，僅比不回用時(shí)的增加了3.48%。由此可見(jiàn)，強(qiáng)化混凝對(duì)提高消毒副產(chǎn)物前質(zhì)的去除效果能力有限，由于本試驗(yàn)原水中消毒副產(chǎn)物前質(zhì)含量本身較低，因此不會(huì)沖洗廢水回用不會(huì)造成消毒副產(chǎn)物超標(biāo)現(xiàn)象。但對(duì)于水質(zhì)較差、消毒副產(chǎn)物前質(zhì)含量較高的

12、水體，在沖洗廢水回用時(shí)應(yīng)通過(guò)吸附和氧化等手段防止消毒副產(chǎn)物超標(biāo)。由于本試驗(yàn)采用的是鋁鹽混凝劑，沖洗廢水中會(huì)引入鋁離子，其回用不可防止的會(huì)增加水中鋁離子的含量，一方面，過(guò)量殘留鋁會(huì)對(duì)人體造成毒害作用；另一方面，水中鋁離子含量過(guò)高會(huì)增加超濾膜阻力，加速膜污染。為此，本試驗(yàn)中對(duì)超濾膜出水中的鋁離子含量進(jìn)行了檢測(cè)。圖5沖洗廢水回用對(duì)超濾膜出水剩余鋁的影響Fig.5EffectofwashingwaterrecycleonAlconcentrationintheeffluent如圖5所示，與不回用時(shí)相比，沖洗廢水回用時(shí)膜出水中鋁離子均有所降低。當(dāng)回流比為8%時(shí)，超濾膜出水中鋁的含量?jī)H為0.076mg-L

13、，低于不回用時(shí)的0.099mg-L。這是由于在低溫低濁條件下，生產(chǎn)廢水回用使水中鋁離子的增加，反而有利于促進(jìn)絮凝，其經(jīng)過(guò)絮凝形成絮體，在沉淀池中沉淀下來(lái)，通過(guò)沉淀池積泥的排出而排出，因而不會(huì)造成鋁在處理系統(tǒng)中的富集過(guò)程。2.3沖洗廢水回用對(duì)超濾膜污染的影響試驗(yàn)考察了超濾膜清洗廢水不回用時(shí)以及回用比分別為5%和8%時(shí)超濾工藝連續(xù)運(yùn)行4個(gè)周期跨膜壓差(TMP)的變化情況，如圖6所示。由圖可以看出，在每個(gè)過(guò)濾周期內(nèi)TMP隨著過(guò)濾時(shí)間的增加，但增加速率卻并不相同，隨著沖洗廢水回用比例的增高，TMP增加速率卻逐漸降低，當(dāng)回用比例為8%時(shí)，每個(gè)過(guò)濾周期的TMP平均增幅為不回用時(shí)的56.78%。這說(shuō)明通過(guò)回

14、用可有效降低超濾過(guò)程中超濾膜阻力的增長(zhǎng)，延緩膜污染。同時(shí)，分析了不同回用比例時(shí)水力清洗前后TMP的變化情況。當(dāng)不回用時(shí)，在4個(gè)過(guò)濾周期內(nèi)水力清洗TMP的平均恢復(fù)率為78.35%，而回用比為5%和8%時(shí)TMP的平均恢復(fù)率分別為80.12%和84.18%。這說(shuō)明通過(guò)沖洗廢水回用可以增加膜污染中可逆污染的比例，降低不可逆污染局部，因此，其可以提高水力清洗的效率，降低化學(xué)清洗的頻率，延長(zhǎng)膜的使用壽命。圖6沖洗廢水回用對(duì)跨膜壓差的影響Fig.6EffectofwashingwaterrecycleonTMP2.4產(chǎn)水率分析超濾系統(tǒng)產(chǎn)水率計(jì)算公式如下：由此可以計(jì)算不回用時(shí)超濾系統(tǒng)的產(chǎn)水率為89.73%，當(dāng)

15、回用比為8%時(shí)，產(chǎn)水率那么上升為97.30%。由此可見(jiàn)，沖洗廢水回用可有效提高超濾系統(tǒng)的產(chǎn)水率，節(jié)約水資源。3結(jié)論1超濾膜沖洗廢水中顆粒物和有機(jī)物總量高于原水，UV那么略低于原水，這是由水中有機(jī)物組成所決定的。2沖洗廢水的回用對(duì)混凝沉淀工藝有較為明顯的強(qiáng)化作用，可降消沉后水顆粒物及有機(jī)物的含量。同時(shí)，超濾工藝對(duì)有機(jī)物的去除也略有增加。3沖洗廢水回用不會(huì)引起消毒副產(chǎn)物前質(zhì)和鋁的富集，超濾膜出水中THMs前質(zhì)的含量比不回用時(shí)最多僅增加3.48%，同時(shí)其可有效降低出水中剩余鋁的含量。4沖洗廢水回用可顯著降低跨膜壓差的增長(zhǎng)，延緩膜污染。同時(shí)可提高水力沖洗的效率，降低超濾過(guò)程中不可逆阻力的增加。5當(dāng)回用

16、比例為8%時(shí)，超濾系統(tǒng)的產(chǎn)水率由89.73%上升為97.30%。參考文獻(xiàn)1 劉宏遠(yuǎn),張艷. 飲用水強(qiáng)化處理技術(shù)及工程實(shí)例.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005:203205.2 Hanson A T,Cleasby J L. The effects of temperature on turbulent flocculation: fluid dynamics and chemistry.Journal AWWA,1990,82(11):5673.3 霍明昕, 劉馨遠(yuǎn). 低溫低濁水質(zhì)特性的分析. 中國(guó)給水排水,1998, 14(6): 3334.4 黃廷林,欒新曉,解岳等. 增效澄清池處理低溫低濁水

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