絮凝时间对混凝-超滤工艺的膜污染特性影响-undefined

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超滤的出水浊度低、微生物的去除效果好,被称为第三代饮用水处理技术. 混凝-超滤组合工艺是一种非常有应用前途的超滤组合技术. 膜污染控制和溶解性有机污染物质(DOC、UV254)的去除效果是影响超滤膜应用的主要问题. 混凝过程能够强化有机物的去除效果 ,改善膜通量 ,是超滤工艺的关键性预处理技术 . 混凝效果受原水水质、混凝剂种类、投加方式、絮凝时间等因素的影响,不同混凝条件下的超滤膜污染特性也有很大差异.因此,研究混凝条件对强化有机物去除效果和改善超滤膜污染特性是非常重要的.

混凝过程中的絮体特性对超滤膜污染有显著影响,Choksut 等的研究表明,在混凝-超滤工艺中,混凝产生的粒径较大的絮体能够使超滤膜维持在较高通量下运行. Waite 等认为,在混凝-超滤工艺中超滤膜的污染程度与絮体粒径和特性关系密切. Cho 等认为,随着絮凝时间的延长,滤饼层阻力和絮体的分形维数都随之减小.

本试验研究了引黄水库水处理过程中的絮凝时间对溶解性有机污染物质的去除效果和超滤膜污染特性的影响,以期为超滤技术的应用及工艺参数优化提供参考.

1 试验装置与方法

1. 1 试验材料:试验原水采用引黄水库水中添加0. 5 mg/ L 腐殖酸(津科)和5 mg/ L 高岭土(津科)配制,进行混凝-超滤处理效果试验. 高岭土颗粒平均粒径为540nm. 混凝剂为聚合氯化铝(w (Al2 O3 ) 逸10%,以Al2O3计, mg/ L). 试验采用PES 平板超滤膜(PALL),截留分子质量为100 ku. 新膜在使用前用去离子水浸泡24 h,然后用去离子水冲洗,直至进出水的DOC 相同. 超纯水由Milli-Q 纯水仪制取.

1. 2 试验过程:混凝试验采用六联搅拌机(ZR4-6),原水投加混凝剂后以300 r/ min 快速混合30 s,然后120 r/ min快速搅拌1 min,再以50 r/ min 转速进行0、5、10、15、20 min 的絮凝反应,混凝后的水移到超滤装置中进行超滤处理.超滤装置如图1 (超滤杯Millipore 8400)所示

,试验考察原水直接超滤和原水混凝后超滤的过程,混凝后的水样通过橡胶管的真空抽吸,从六联搅拌机中移到超滤杯进行超滤,超滤杯内转子的转速为40 r/ min. 超滤过程保持恒压运行,氮气瓶的压力控制在70 kPa.采用电子天平(Denver TP-2102) 计量出水质量,并连接电脑以记录电子天平数值.超滤过程分为2 个阶段,每个阶段过滤水样200 mL,第1 阶段过滤结束后将膜片用100 mL 超纯水反冲洗,反冲洗完成后继续过滤水样200 mL.。

1. 3 检测方法:DOC 采用有机碳分析仪(Vario TOC) 测定,UV254采用紫外可见分光光度计(UV2600)测定. 测定UV254 和DOC 的水样需要经过0. 45 cm 滤膜过滤.采用透光脉动絮体检测仪(iPDA-100)的絮凝指数(FI)监测絮体的形成和变化过程. 在混凝过程后取样,采用显微镜拍照和image 图像分析软件分析后得到絮体二维分形维数.絮体粒径分布采用Delsa Nano 纳米粒度分析仪(Beckman Coulter) 测定, 测定范围为0. 6 nm ~7 um.膜污染阻力采用固有阻力、膜孔阻力、滤饼层阻力和总阻力来表征. 用超滤杯在过滤水样前过滤100 mL 超纯水来测定膜的固有阻力;水样过滤完成后用超纯水测定膜总阻力;用海绵擦拭掉膜表面滤饼层后用超纯水测定固有阻力和膜孔阻力;滤饼层阻力由总阻力减去固有阻力和膜孔阻力得到. 试验中为了排除固有阻力差异对试验结果的影响,文中所有阻力都除以膜固有阻力.

2 结果与分析

2.1 有机物去除效果:原水的UV254、DOC 值分别为0. 035 cm-1、2. 705 mg/ L,有机物的去除效果如图2、3 所示.

由图2、3 可知,

原水直接超滤时UV254 和DOC 的去除率分别为2. 94%、12. 0%. 原水经过混凝后的UV254和DOC 平均去除率分别为27. 45%、18. 29%,混凝-超滤组合工艺的UV254和DOC 的平均去除率分别为32. 11%、25. 03%. 与直接超滤工艺相比,混凝-超滤组合工艺显著提高了UV254 和DOC 的去除效果.直流混凝- 超滤组合工艺中超滤单元的UV254 和DOC 平均去除率仅分别为6. 34%、8. 30%,可见,组合工艺的UV254和DOC 的去除主要在混凝过程.经过混凝后,超滤膜单元的UV254的平均去除率提高了3. 40%,但DOC 平均去除率降低了3. 70%,说明超滤膜对UV254 和DOC 的去除效果是不同的,这是由于两者代表的有机物种类不同. 从图2、3 可以看出,絮凝反应时间为0 min时,UV254 和DOC 去除率分别为23. 53% 和17. 88%,继续增加絮凝时间,有机物的去除率变化不大;可见,有机物的去除率在混凝的初期就趋于稳定,有机物的去除效果与絮凝时间关系不大. Cho 等考察了絮凝反应时间在20 min ~8 h 之间时UV254 的去除效果,结果表明UV254随着反应时间的延长变化不显著,UV254的去除作用在反应初期就已经完成. 本试验考察了絮凝时间在20 min 以内的有机物去除效果,表明有机物的去除主要取决于混凝初期的混合和凝聚过程,有机物与混凝剂的作用在絮凝反应过程前已经完成,增加絮凝反应时间对有机物的去除没有明显影响.

原标题：絮凝时间对混凝-超滤工艺的膜污染特性影响

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