地下水除铁除锰－超滤组合工艺的膜污染特性

北极星环保网讯:地下水是我国饮用水的主要水源，占城市供水总量的1/3。地下水的除铁除锰技术主要包括自然氧化法、接触氧化法、生物法等。采用上述处理工艺时如何保障地下水中铁锰高效、稳定地去除仍是亟需解决的关键问题。近年来超滤技术在自来水处理领域中迅速得到广泛应用，具有出水水质稳定、能耗低、安全性高和绿色环保等特点，已成为饮用水处理工艺的重要发展方向，也是当今的研究和应用热点。超滤技术在地下水除铁除锰工艺过程中的应用很少，Choo等的研究表明，超滤可以去除水中的铁，但不能有效去除锰，当投氯量达到3mg/L时，锰的去除率仅达到80%。乔铁军等研究发现，三价铁和三价铝等高价金属离子主要吸附和沉积在膜表面的凝胶层上，而二价钙和二价镁等二价离子在膜表面以及膜孔隙中都有吸附和沉积。可见，地下水除铁除锰工艺与超滤技术相结合仍需开展深入研究。本文采用地下水除铁除锰与超滤组合工艺，研究超滤的除铁除锰效果和膜污染特性，为超滤技术在地下水除铁除锰工艺中的应用提供技术支持。

1实验部分

1.1实验装置和实验水样

实验系统由3组处理工艺组成，包括直接超滤工艺(工艺1)、曝气-超滤工艺(工艺2)以及曝气-砂滤-超滤工艺(工艺3)，如图1所示，地下水原水经过提升泵进入高位水箱备用。工艺1的原水由高位水箱进入恒位水箱后直接进行超滤;工艺2的原水进行曝气后进入恒位水箱，再进行超滤;工艺3的原水进行曝气后经过砂滤池过滤，再进入恒位水箱后进行超滤。组合砂滤柱用有机玻璃制成，柱高3m，直径90mm;滤柱上部为曝气段，高度为50cm，曝气的气水体积比为60:1;滤柱下部为过滤段，滤速6m/h，滤料由上而下分别为80cm无烟煤、110cm锰砂和20cm粗砂垫层，锰砂粒径为0.80～1.47mm，K80为1.84。超滤膜组件采用外压式中空纤维膜，膜材料为聚偏氟乙烯，孔径10nm，膜丝内外径分别为1.0mm和1.6mm，膜组件的膜总面积为28.14cm2。超滤膜出水采用蠕动泵(BT100-2J)抽吸，每天校核2次流量，以确保恒定的膜通量。

实验原水为东北某市某地下水水厂的原水水质：总铁质量浓度为4.25～16.55mg/L，总锰质量浓度为0.76～0.94mg/L，pH为6.70～6.90，碱度为260～265mg/L，浊度为2.60～2.80NTU。

1.2实验方法

每种实验参数的运行周期为9d，采用恒定膜通量20L/(m2˙h)，每天测定2次超滤膜进出水的铁锰含量，同时记录跨膜压差变化;利用扫描电镜和X射线光电子能谱进行污染物分析。

1.3分析方法

水中Fe和Mg等金属离子采用全谱直读离子发射光谱仪(ICP，Optima8300)进行测定;膜表面污染物采用扫描电子显微镜(SEM-EDS，QUAN-TA200)和X射线光电子能谱(XPS)进行检测;采用真空压力表(Y100ZT-0.1-0MPA)监测超滤膜的跨膜压差(TMP)变化。

2结果与讨论

2.1组合工艺除污染效果

2.1.1 除铁效果