超滤法处理湘江原水的试验研究柯水洲

净水技术WATERPURIFICATIONTECHNOLOGYVol.24No.52005超滤法处理湘江原水的试验研究“柯水洲文卫肖定华(湖南大学土木工程学院,湖南长沙410082)摘要研究了直接用超滤法处理湘江源水制取自来水的可行性,结果表明:超滤出水细菌去除率接近100%,出水浊度1.0NTU以下,对硝酸盐氮、CODM。有一定的去除率,但对金属离子(Fe、Mn)几乎无去除作用。混凝后可提高CO氏。的去除效果。关健词超滤湘江原水混凝中空纤维滤膜ExPerimentalStudyonTreatingofXiangJiangRiverWaterbyUltarifltrationKeShuizhouWenWeiXiaoDinhgua(CollegeofC艺v泛1Eng泛neering,HunanU刀iversit夕,Changsha410082,hC艺na)AbstraetThispapergivestheresultsofstudyonthepossibilityofgettingdrinkingwaterfrotnXiangJiangRiverwaterbyultrafiltrationdireetly.Itwasindieatedthattheremovaleffeieneymierobes15uPto100%,effluentturbidity15belowof1.0NTU,ultrafiltrationsystemhasaCertainremovaleffieieneyforCODM。andtheNO3一N,buthasnoeffeetformetalion(Fe,Mn),whiletheremovaleffieieneyforCODMnwasrisenbyeoagulation.KeywodrsultrafiltrationXiangJiangriverwatereoagulationhollowfibermembrane膜过滤处理技术被称为“新世纪的水处理技术’lj[〕。超滤(U)F以压力为推动力,利用超滤膜的不同孔径对杂质进行分离的物理筛分过程,可去除粒径0.005拜m、分子量1000以上的粒子,在动态条件下能有效截留水中大部分胶体、大分子化合物和细菌等杂质。超滤膜的特点是:分离过程在常温和较低压力的条件下进行,能耗低,不需加热,不需加药即可达到分离、浓缩、纯化分级的目的。超滤装配结构简单,占地面积小,附属设备少,易于扩容和增加组件。超滤装置操作简单,启动快,易于维护,容易控制。本研究结合湘江源水水质情况,采用超滤法处理湘江源水,研究采用超滤技术直接制取自来水的可行性。1材料与方法试验装置如图1,试验中各电磁阀由时间继电器控制自动运行。超滤膜采用改良亲水聚丙烯睛材质(PAN)的中空纤维膜,如图2所示。超滤膜为非对称膜,由一层极薄而具一定孔径的表皮和一层较厚而具海绵状或指状结构的多孔层组成。膜孔径在0.01拌m~0.1拜m,管状膜外径10mm,内径6.omm。一过滤过程一-)反冲洗过程版力表电`ha粗滤裕-)口)}威又洲麒件原水池清水池反冲洗、水泵叫卜~-.~~...曰~~~.份!超滤进水约基金项目:湖南省建设厅资助课题(编号2000~04)图1试脸装置图DOI:10.15890/j.cnki.jsjs.2005.05.008净水技术Vol.24No.52005图2超滤膜的结构试验采用湘江源水进行处理,运行水温:5℃~30oC,过滤周期:40min,过滤压力:0.06~0.20MaP,反冲时间:305,冲洗压力:0.10MPa,膜组件典型初始过膜流量:50L/S。试验中水质检测项目:pH值,浊度,硬度,硝酸盐氮,细菌总数,CODM。,铁,锰。2结果与讨论2.1试验结果湘江源水直接超滤出水结果见表1,投加混凝剂对超滤出水CODMn去除的影响见图3。表1湘江源水直接超滤出水结果试试验批次次ttt222333444555666777pppH值值滤前前818887.40007.70007。13337.31117.06666。9888滤滤滤后后7、75556.gUUU7。19997.05557。15556.,6666.9111浊浊度度滤前前7.50007。100010.50008.300021。00003.80006。4000(((N丁U)))滤后后0.52220.65550。83330.75550。88880.30000.6222去去去除率(肠)))93。11190.88891.9999100095.88892.11190.333硬硬度度滤前前118.11198.111104.111106,111130.111100.111104。111(((mg/LLL德后后116.11197.111102。111100.111126.11198.111102。111CCCaCo,)))去除率(编)))1。7772.0001.9995,7773.1111。9991.999硝硝酸盐氮氮滤前前1.5222208881.16661。82221。72222。28881.8444(((mg/L)))滤后后0.42220.40000.34440。35550.32220。47770。4000去去去除率(%)))72。44480.88870.77780.88881.44479.44478333细细菌总数数滤前前20000160003000020000300001800020000(((个/mL)))滤后后111111000000111000111去去去除率(%)))99。55599444100001000099.7771000099555CCCODM。。滤前前5。14445.74445.80007。78886,56665.85556.0555(((mg/L)))滤后后3.62223.84443。94445.16664。52223822239888去去去除率(写)))29.66633.11132。11133.77731.11134.77734.222铁铁铁滤前前0292220.775550.408880.408880.717770.601110。56444(((mg/L)))滤后后n,R飞飞O。574440.341110.292220.562220.52444n气写,,去去去除率(写)))))))))))25.99916.44428。44421。66612。88888888888883333333。11111111111112。111锰锰锰滤前前0.014440。014440.009990.019990。024440.024440。03222(((mg/L)))滤后后0.009990。009990.009990.014440。024440.02444n门飞,,去去去除率(%)))35。77735。77700026.33300000000000000000000000000000000000002.2分析与讨论湘江源水直接超滤对硬度、铁、锰等离子态物质无明显截留效果,由此可见膜分离机理主要表现为机械筛分作用。试验中PAN膜为亲水性膜,其截留分子量10万道尔顿,可分离相对分子量IJ~1护的大分子物质及胶体物质。无论是试验室自来水还是湘江原水,膜过滤后出水浊度均很稳定,均在1.0NTU以下,说明超滤对浊度物质截留效果显著。我国现行的“生活饮用水水质卫生规范”规定浑浊度不超过INTU,本试验中的超滤出水可以达到国内饮用水标准。PAN膜超滤对CODM。的去除效果,本试验分两种情况:直接超滤和混凝预处理超滤。2.2.1源水直接超滤对湘江源水(CODM。5~7mg/L),其去除率29.6%~34.7%。对于天然水体,由于不存在一种在浓度上占绝对优势的单一化合物,而是一类由多种不同有机物组成的混合物(NOM),如腐殖质、蛋白质、氨基酸、碳氢化合物等,分子大小在0.5一400nm之间,分子量从200~100000道尔顿。不同条件下NOM的性质会有所差异,但分子量基本上都较小闭。对cODM。的去除主要是除去吸附于悬浮物上的有机物,溶于水中的有机物仍保留在水中,问题是N-Os去除率达到70.7%~81%,可能是能随悬浮物一道去除的部分。2.2.2混凝预处理超滤iKm等人研究发现直径4O0nm的腐殖质胶体川,有可能是高分子腐殖质的聚集体,那么可以通过加人混凝剂来使小分子量的腐殖酸变为聚集体。给水处理中常用的混凝剂是铁盐和铝盐,有研究表明,铁盐和铝盐对腐殖酸和富里酸的去除效果优于有机絮凝剂图。本试验采用的是硫酸铝1A2(Sq)3一25一超滤法处理湘江原水的试验研究Vol.24No.52005·18H20。先用烧杯作混凝试验对硫酸铝的投加量进行优选,混凝操作分两步:a.快速混合:搅拌桨转速120r/min,时间1而御b.慢速反应:搅拌桨转速20r/min,时间smin。将混凝后的水样静止沉淀10imn,侧定沉淀后的上清液水质,用以评价混凝效果。本试验确定的优化投加量为3.smgAI/L。在pH7~8的自然水质条件下,经混凝预处理后超滤,对湘江原水CODM。的去除率达到了48%,较直接过滤有所提高;加酸将pH调至5左右,对湘江原水COD、的去除率为38纬。铝盐的水解过程非常复杂,水解产物多达二、三十种。硫酸铝AI:(504)3·18H20溶于水后,立即离解出铝离子,且常以〔Al(HZO)。」3+的水合形态存在。[Al(H2O)。」”十水解、聚合或配合反应可形成多种形态的配合物或聚合物以及氢氧化铝AI(OH)3。根据聚合电解质理论,电解质分子会随溶液pH值的改变而改变其水解产物的形状,在低pH值条件下,形成密实的颗粒状小分子量的胶体,在高pH值条件下,形成线样松散的大分子量物质阎。pH在7一8时铝盐的水解产物以线状松散的大分子物质【AI(OH)3〕。为主,与水中杂质形成凝絮,其混凝机理主要是松散大分子的吸附架桥及网捕或卷扫作用冈,水中部分有机物吸附其上,被超滤膜截留下来,所以使CODM。的去除率提高。而pH=5.0时CODM。去除率没有pH中性时高,pH二5时,混凝机理是吸附电中和,NOM分子是小分子有机物,本身之间形成不了大的颗粒,而此条件下的铝盐水解产物也是低分子物种,对NOM的吸附作用较低,从而形成大凝絮较pH值中性条件下少,一部分微凝絮通过了滤膜,对CODM。的去除率偏低。需要说明的是,试验中湘江原水过滤周期结束时,过膜流量一般为40~45Ls/左右,而加人铝盐混凝预处理后过膜流量有所提高,可达46~48L/s,由此可见,混凝预处理不仅可提高CODM。去除率,也可提高超滤产水量。4结论(1)超滤具有良好的除浊功能,超滤出水的浊度可控制在1.ONTU以下,可满足国内饮用净水的要求。(2)超滤膜对细菌的去除效果很好,细菌的去除率接近或达到100%。(3)超滤对金属离子(Fe、Mn)无明显去除作用,说明超滤主要是筛分作用。(4)混凝预处理后可提高超滤对CODM。的去除效果,也可提高超滤产水量。参考文献王琳,王宝贞.饮用水深度处理技术〔M〕.北京:化学工业出版社,2002王占生,刘文君.徽污染水源饮用水处理〔M〕.北京:中国建筑工业出版社,1999GreenS,etal.InvestigationoftheeleetrostatieproPertiesofhu-miesubstanoesbyfluoreseeneequenehing.Envir.cSi.andTeehn-01,1992,26(2):294~301DemPseyG.A.,etal.TheoCagulationofHumieSubstaneesbyMeansofAluminumaSlts[J〕.JAWWA,1984,76(4):141一150收稿日期:2004一22一06飞个山.工·工个山十山.工宁山个山.工十山.工·工·工,第一作者简介:柯水洲.男,1964年出生,湖南大学副教授,主要从事水与废水处理研究工作.尹汁汁汁汁曰汁汁汁汁汁汁汁汁汁汁曰.曰.曰.曰.曰.曰.曰.曰.曰.洲.曰.曰.曰.曰.曰.曰.