李偉英¹，譚章榮²，秦祖群²，尚亞波²，趙冀平²，董秉直¹，范瑾初¹，吳徐²
(1.同濟(jì)大學(xué)污染控制與資源化研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200092 2.江蘇鎮(zhèn)江市自來水公司，鎮(zhèn)江：212001)

　　摘 要：本研究對(duì)混凝—超濾聯(lián)用技術(shù)處理長江地表原水進(jìn)行了探討。小試試驗(yàn)結(jié)果表明；混凝劑投加量為6mg/L時(shí)，濁度和細(xì)菌、大腸桿菌去除率分別為99.98％和100％： DOC、THMFP、UVx.~去除率高，膜通量最大，通量恢復(fù)情況最好。中試試驗(yàn)亦表明，采用合適的預(yù)處理工藝及運(yùn)行參數(shù)，可有效地降低膜過濾阻力，系統(tǒng)運(yùn)行7個(gè)月以來，膜壓差低且出水水質(zhì)優(yōu)。
　　關(guān)鍵詞：長江地表原水，混凝，超濾，膜壓差，小試試驗(yàn)，中試試驗(yàn)

The Study of Coagulation-Ultrafiltration Treatment for the Yangtse River
Wei-ying Li¹, Zhang-rong Tan², Bing-zhi Dong¹, Ya-bo Shang²,
Zu-qun Qin² ,Ji-ping Zhao², Jin-chu Fan¹, Xu Wu²
( 1. State Key Laboratory of Pollution Control & Resource Reuse,Tongji University, Shanghai: 200092
2. Zhenjiang Municipal waterworks Co. Zhenjiang: 212001)

　　Abstracts: This experiment of the yangtse river by coagulation association with Ultmfiltration(UF) was evaluated. The small-scale results show: when coagulant dosage is 6mg/L, the removal efficiency of turbidity and bacteria、coliform was 99.9% and 100% ,respectively; dissolve organic matter(DOC), tfihalomethane formation potential (THMFP)、chemistry oxygen demand(COD), ultraviolet absorbance at 254 nm (UV₂₅₄) have been removed effectively. At the same time, the flux of membrane is big and its recovery capacity is better. The pilot test also indicates: UF with proper pretreatment and fit parameter can reduce 　resistance in membrane filtration. The pressure drop through membrane of UF system increases very slowly for running about 7 months, just from 0.02MPa to 0.034Mpa. During running, the system is stable and water quality is good.
　　Keywords: the yangtse fiver, coagulation, Ultrafiltration(UF), pressure drop through membrane, the small-scale, the pilot test

1 概述

　　人們賴以生存的飲用水源在世界范圍內(nèi)均受到了程度不一的多種污染源污染^[1]，嚴(yán)重降低了水資源的利用價(jià)值。由于傳統(tǒng)處理工藝已經(jīng)很難滿足日益嚴(yán)格的飲用水水質(zhì)要求，為確保人類生活健康和生產(chǎn)安全，迫切需要將新的處理工藝來補(bǔ)充甚至替代現(xiàn)有處理工藝。
　　膜分離的主要作用原理是以壓力梯度為驅(qū)動(dòng)力、利用特定膜的透過性能分離水中離子、分子和雜質(zhì)而進(jìn)行的濾膜機(jī)械篩分作用。原水凈化采用膜分離技術(shù)是膜技術(shù)由化工領(lǐng)域向水處理技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。在我國，膜技術(shù)用于飲用水處理工藝是近十年來最重要的技術(shù)突破，它被譽(yù)為21世紀(jì)水處理領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，是替代傳統(tǒng)處理工藝的最佳選擇。

2 試驗(yàn)裝置及其方法

　　混凝-超濾處理試驗(yàn)在鎮(zhèn)江自來水公司金西水廠進(jìn)行。試驗(yàn)由中試與小試兩個(gè)部分組成，試驗(yàn)工藝流程見圖1。

　　原水為長江鎮(zhèn)江段地表水，試驗(yàn)期間原水水質(zhì)見表1?；炷齽榫酆狭蛩徼F。試驗(yàn)采用日本東麗公司生產(chǎn)的中空纖維超濾膜，膜材質(zhì)為PAN，截留分子量為100kDaltons，孔徑0.01μm，過濾面積0.437m²，純水通量106.2L/m²·h(0.05MPa，25℃)，過濾方式為終端過濾。

表1 試驗(yàn)原水水質(zhì) 水質(zhì)指標(biāo) 水溫
℃ 濁度
NTU COD_Mn
mg/L UV₂₅₄
cm^-1 DOC
mg/L PH THMFP
μg/L 平均值 30.6 88.49 1.76 0.036 2.88 7.29 79.64 最小值 28.5 55.13 1.20 0.025 1.34 6.52 48.49 最大值 33.5 352.52 2.40 0.054 4.84 7.65 114.50

　　試驗(yàn)過程中檢測(cè)的指標(biāo)包括：
　　THMFP的測(cè)定方法^[2]：按DOC:Cl₂=1：5的比例將次氯酸鈉投加到水樣中，然后用磷酸緩沖溶液調(diào)節(jié)PH至7。將水樣充滿管瓶后用內(nèi)襯聚四氟乙烯的螺旋蓋密閉，置于TF-A型恒溫生化培養(yǎng)箱中，在25℃下反應(yīng)7d后測(cè)定余氯在3～５mg/L，再投加過量的亞硫酸鈉消氯，最后測(cè)定三氯甲烷。
　　TOC采用Phoennix 8000-UV persulfate TOC Anlyzer測(cè)定；UV₂₅₄代表在紫外光在波長254nm下的吸光度，比色皿光程長度為lcm，紫外分光光度計(jì)為UV751GD型紫外/可見分光光度計(jì)；COD_Mn采用標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定；THMFP采用HP6890型氣相色譜儀測(cè)定，附配HP7694頂空自動(dòng)進(jìn)樣器；濁度采用HACH-2100N型濁度儀測(cè)定。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1小試試驗(yàn)
　　將不同劑量的聚合硫酸鐵投加到原水中，通過攪拌機(jī)以r=300r/min轉(zhuǎn)速快速攪拌30S，隨后中速r=150～200r/min攪拌5min，經(jīng)砂過濾后進(jìn)入超濾膜，膜壓差為0.03Mpa。
　　膜通量采用體積法測(cè)定。通量恢復(fù)率是指在每進(jìn)行一個(gè)工藝之前，均測(cè)定清洗干凈的膜純水通量Q_i；當(dāng)該工藝結(jié)束將膜清洗干凈后再測(cè)定一個(gè)純水通量Qi’，則通量恢復(fù)率λ=(Qi‘/Qi)*100。它可以作為膜在不同工藝下抗污染能力的一個(gè)判斷指標(biāo)。
　　通過燒杯攪拌試驗(yàn)確定出直接過濾系統(tǒng)的最佳加藥量范圍在8mg幾左右。試驗(yàn)為得到本工藝的最佳加藥量值，選擇加藥量在2-12mg/L之間進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)和分析。
　　由圖2知，先測(cè)膜的純水通量為200.02L/m²·h；投入運(yùn)行后，系統(tǒng)加藥量為6mg/L時(shí)，膜過濾通量為200.0L/m²·h，將膜通過人工清洗后測(cè)純水通量為201.5L/m²·h。此加藥點(diǎn)膜出水通量最大，膜恢復(fù)率λ高達(dá)100.4%。

　　由圖3知，原水中的濁度大部分在混凝砂濾過程中去除。經(jīng)過超濾膜處理后，水的濁度維持在0.08NTU以下，系統(tǒng)加藥量在8mg/L時(shí)，膜過濾水濁度在0.024NTU左右，濁度去除率為99.98%。
　　DOC代表水中溶解性有機(jī)化合物含量；腐殖質(zhì)是天然水中存在的主要有機(jī)物，是產(chǎn)生色度的主要原因^[3]。而波長254nm的紫外線吸光度UV₂₅₄則代表水中腐殖酸等有機(jī)污染物濃度大小的表征值。由圖4和圖5可知，當(dāng)加藥量為6mg/L時(shí)，膜濾去賒有機(jī)物效率最高，膜濾水DOC為1.1429mg/L，去除率為14.39%，系統(tǒng)總?cè)コ蕿?4.87%。而UV₂₅₄則在加藥量為6mg/L時(shí)，膜濾水為0.015/cm，但系統(tǒng)在加藥量4mg/L時(shí)總?cè)コ首罡撸_(dá)58.85%。
　　系統(tǒng)加藥量在6mg/L時(shí)，砂濾與膜濾去除水中THMFP的效果最顯著，去除率分別為25.16%和26.74%，系統(tǒng)總THMFP去除率達(dá)51.90%，見圖6。去除水中COD_Mn的最佳加藥量為6mg/L和8mg/L。在這兩個(gè)加藥量下，膜濾水COD_Mn分別為1.1mg/L和0.96mg/L，系統(tǒng)總?cè)コ史謩e為59.15%和62.53%：見圖7。
　　由此確定出本處理工藝最佳加藥量為6mg/L。此時(shí)，水中雜質(zhì)與混凝劑能有效地結(jié)成恰當(dāng)尺寸的礬化絮體通過砂過濾后大部分被去除，膜能有效地截留砂濾后尚存在于水中的絮體且不被污染。
3.2中試試驗(yàn)
　　中試試驗(yàn)加藥量采用由小試試驗(yàn)確定的最佳加藥量6mg/L，工藝流程與小試相同，見圖1。試驗(yàn)結(jié)果見圖8～圖12。

　　中試處理系統(tǒng)亦表現(xiàn)出高效去除濁度的能力，水中約98%左右的濁度由砂過濾去除，系統(tǒng)總濁度去除率接近100％，膜濾水濁度平均在0.05NTU左右，細(xì)菌、大腸桿菌去除率為100％，見圖8。中試膜處理工藝對(duì)COD_Mn、DOC、UV₂₅₄的平均去除率分別為30%、50.8%、54.3%，與小試結(jié)論相似。見圖9～11。
　　中試系統(tǒng)全自動(dòng)化連續(xù)運(yùn)行７個(gè)月以來，試驗(yàn)系統(tǒng)出水量為500m³/h，出水水質(zhì)穩(wěn)定。運(yùn)行期間，除采用膜濾出水反洗膜組件外，沒有采用化學(xué)藥劑進(jìn)行清洗。膜壓差由初始的0.02MPa，增加至0.048MPa。見圖12。此點(diǎn)說明膜系統(tǒng)運(yùn)行阻力增加緩慢。

4 結(jié)論

　　混凝一超濾聯(lián)用技術(shù)處理長江地表原水的小試試驗(yàn)結(jié)果表明：混凝劑投加量為6mg/L、膜壓差為0.03Mpa時(shí)，細(xì)菌、大腸桿菌去除率為100%：濁度、DOC、THMFP、UV₂₅₄去除率高，膜通量最大，通量恢復(fù)情況最好。中試采用小試試驗(yàn)的相關(guān)參數(shù)，其結(jié)果與小試試驗(yàn)存在著很好的再現(xiàn)性和相似性，這也表明膜處理技術(shù)與合適的預(yù)處理工藝相結(jié)合可有效地降低膜過濾阻力。系統(tǒng)運(yùn)行7
個(gè)月以來，膜壓差低且出水水質(zhì)優(yōu)。

主要參考文獻(xiàn)
　　[1]岳舜琳.城市供水水質(zhì)問題.中國給水排水.1997.13(增刊)：35-38
　　[2]Standard Methods for the Examaination of Water And Wastewater,19th edition.Washongton:APHA,AWWA, and WEF,1995：5-53-5-56
　　[3]許保玖.給水處理理論.北京：中國建筑工業(yè)出版社.2000.1