孟耀斌 黃霞 楊群豪 梁鵬 施漢昌 錢易
（清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系，環(huán)境模擬與污染控制國家重點聯(lián)合實驗室）

　　針對催化劑固定化導(dǎo)致傳質(zhì)困難而影響反應(yīng)速率的缺點，本研究開發(fā)了基于懸浮粉末催化劑和低壓汞燈光源的懸浮床光催化反應(yīng)器，并用微濾膜單元完成催化劑截留分離。通過處理受污染河水的試驗，衡量了該反應(yīng)器用于水處理的可行性。

1 試驗方法

　　試驗裝置如圖1所示。反應(yīng)器中插入低壓汞燈，反應(yīng)器底部由微孔板曝氣提供懸浮床的供氧和混合。聚乙烯中空纖維膜組件（孔徑為0.4mm）浸沒于反應(yīng)器中，用抽吸泵抽吸，通過膜的過濾得到出水。催化劑則被截留于反應(yīng)器內(nèi)。反應(yīng)器有效容積0.24m³，設(shè)計水量為1～1.8m³/d。
　　受污染的河水取自清華校河。進(jìn)水COD大約在50～80 mg/L，NH3－N濃度大約2～6mg/L，由于原水在進(jìn)水箱的沉淀，進(jìn)水SS大約為0。

2 結(jié)果與討論

　　2.1 COD和NH3－N去除效果
　　試驗考察了不同HRT和進(jìn)水條件下該反應(yīng)器去除COD和NH3－N的效果。結(jié)果見表1。

表1 反應(yīng)器處理河水運行歷程 時間順序 HRT 進(jìn)水水質(zhì) 出水水質(zhì) COD去除率 1～3d 6h COD：50～80mg/L
NH3-N：2～6mg/L COD：～0mg/L
NH3-N：1～3mg/L ～100% 4～6d 4.5h 7～28d 3h COD：8～16mg/L
NH3-N：2～4mg/L 80% 29～30d 3h COD：50～80mg/L
NH3-N：15～20mg/L COD：～40mg/L
NH3-N：8～14mg/L 30% 31～35d 2h 36～41d 3h COD：50～80mg/L
NH3-N：8～12mg/L COD：15～20mg/L
NH3-N：5～7mg/L 70%

　　試驗結(jié)果表明：進(jìn)水水質(zhì)正常時，COD去除率可達(dá)80%以上（HRT＝3、4.5、6h）。但氨氮濃度升高會大大惡化處理效果。如果認(rèn)為COD和氨氮二者不相互抑制，則去除單位質(zhì)量的NH3－N要相當(dāng)于去除5倍質(zhì)量的COD。這說明，對未受生活污水嚴(yán)重污染和較輕富營養(yǎng)化的河流、湖泊水而言，使用本系統(tǒng)進(jìn)行COD和TOC的去除是合理的。
　　2.2 催化劑的截留和懸浮效果
　　通過使用0.4mm孔徑微濾膜，催化劑可以被有效截留。在最初三天出水中有輕微的催化劑泄漏，但隨后則被完全截留?？傂孤┝坎蛔憧偞呋瘎┝康?%。通過微孔板曝氣和膜組件下的反沖曝氣系統(tǒng)，催化劑在懸浮床中能保持良好懸浮。在適當(dāng)條件下，催化劑懸浮量可以保持40d不用添加。
　　2.3 膜過濾阻力的變化
　　在運行過程中，膜過濾阻力逐漸上升。膜過濾阻力與膜通量密切相關(guān)。通量越大，膜過濾阻力上升速率越快。大體上可以用指數(shù)關(guān)系來描述過濾阻力上升速率與膜通量的關(guān)系。試驗結(jié)果表明：在膜通量小于54l/(m2h)時，過濾阻力增長速率小于0.15kPa/d，如果以壓差增長小于8m水頭為膜過濾周期，則可以穩(wěn)定運行52天不清洗。
　　2.4 膜組件的清洗
　　膜過濾阻力上升到一定程度后，需要對膜組件進(jìn)行離線化學(xué)清洗。試驗表明NaClO漂洗足以使膜過濾阻力回落到相當(dāng)于清潔膜的水平。這說明有機(jī)物是膜面污染物的主要成分。對污染后的膜絲做掃描電鏡分析，表明膜面污染物主要為河水中的纖維狀物質(zhì)、藻類和真菌類物質(zhì)。
　　2.5 催化劑活性的變化
　　在試驗過程中，只要進(jìn)水水質(zhì)正常，均可以維持穩(wěn)定的處理效果；經(jīng)過進(jìn)水水質(zhì)惡化然后又恢復(fù)到基本正常時，處理效果也相應(yīng)恢復(fù)。這說明在處理過程中催化劑活性得以保持。將運行后的催化劑與新催化劑在相同試驗下對比其活性，發(fā)現(xiàn)運行后催化劑活性明顯提高。
　　2.6 反應(yīng)器運行成本分析
　　試驗結(jié)果表明，本系統(tǒng)處理單位體積河水的運行電耗為明顯高于太陽光催化反應(yīng)器。但是，如果以單位紫外能的COD去除負(fù)荷而言，則比固定化太陽光催化高4～5倍，而且大大節(jié)約了占地面積。如果進(jìn)水污染物濃度較低，則應(yīng)用本系統(tǒng)處理噸水的運行電耗會大幅降低。在廢水常規(guī)處理后的深度處理和微污染水源水處理方面有較大的應(yīng)用潛力。