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随着膜材料的不断发展和膜价格的不断下降,超滤技术在饮用水深度处理中的应用也越来越广泛。相比于微滤膜,超滤膜具有更小的纳米级孔径,因此可有效去除水中的悬浮物、大分子有机物、藻类、“两虫”、细菌甚至是病毒等微生物,可有效保障饮用水的生物安全性,被认为是第三代城市饮用水净化工艺的核心。但是,超滤膜属于低压膜滤范畴,其对水中的溶解性有机物去除效果不佳;而且,超滤膜在运行的过程中将不可避免的产生膜污染,导致运行能耗增大、清洗频繁。通常需要将超滤与混凝、活性炭吸附、化学氧化等预处理工艺组合使用来克服上述问题。
混凝-沉淀-砂滤是水厂常规处理工艺的主体流程,目前超滤技术在实际饮用水处理工程中的应用也主要体现在对常规工艺的升级改造上。笔者将超滤与常规工艺的耦合段位进一步前移,考察在保证供水水质的条件下,能否进一步节省占地面积、或在同样的占地面积下进一步提高产水能力。以北江水为研究对象,分别针对沉淀池进水、沉淀池中部水样、沉淀池出水开展了超滤中试试验,研究了不同混凝沉淀段位超滤后出水水质的变化规律和超滤膜污染的情况。
1试验材料与方法
1.1试验方法与工艺流程
试验在南方某水厂进行,所用水源为北江水,水厂采用“混凝-沉淀-砂滤”工艺(以下简称D工艺)。超滤实验装置为中试级别的浸没式超滤膜系统,如图1所示。
试验用原水分别取自水厂平流沉淀池的进水端、中部和出水端,为确保所取原水水质具有代表性,均在液面以下1m处取水,自流进入管道系统,之后通过提升泵输送至超滤膜中试实验系统。超滤膜采用立升公司提供的浸没式中空纤维PVC涂覆膜,总有效膜面积为44m2,公称孔径为0.02μm。超滤膜池为耐腐蚀钢材料,有效容积约1.5m3。超滤系统的运行由PLC自动控制,试验期间相关运行参数为:膜通量50L/(m3?h),过滤周期90min,反洗时间60s,反冲洗通量80L/(m3?h),同时在膜组件底部设置曝气管,水反冲洗过程中也同时进行曝气,气洗强度25m3/(m3?h)(以膜组件底面积计算);运行16个周期(约24h)之后对超滤膜池进行排泥,排泥量约为1m3。
研究中为方便起见,以沉淀池进水为原水的超滤工艺简称为A工艺,以沉淀池中部水样为原水的超滤工艺简称为B工艺,以沉淀池出水为原水的超滤工艺简称为C工艺。各个超滤工艺均按上述参数连续运行,直至跨膜压增长到较高水平(一般为40~50kPa),之后停止运行,对超滤膜以NaOH和次氯酸钠进行化学清洗,切换至下一工艺继续运行。
1.2检测项目与分析方法
试验期间对水厂水源水、超滤进水、超滤出水以及砂滤池出水水质每天定时取样检测,检测项目包括水温、浊度、CODMn、UV254及NH4+-N等。
水温、CODMn、NH4+-N等均采用标准方法测定〔7〕,浊度采用哈希2100N台式浊度仪测定,UV254采用岛津UV-2550紫外可见分光光度计测定(水样测定前经0.45μm滤膜过滤)。试验过程中,中试系统定时对跨膜压(TMP)进行检测记录,因水温的变化将会对TMP造成影响,为此数据处理中均采用温度校准公式〔8〕将TMP统一归化为20℃下的TMP值(TMP20),以便对不同段位的超滤膜污染进行对比。
1.3试验期间源水水质
各超滤工艺运行期间北江水源水水质情况如表1所示(其中A工艺共运行4d,B、C工艺各运行14d)。
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