论文作者：张彬 龚泰石 顾平 李力
摘要：对采用微絮凝-膜过滤新工艺处理微污染地表水，特别是对水中有机污染物的去处效果进行了试验研究。试验结果表明在投加粉末滤料的情况下，该工艺对微污染原水中有机物的去除效果显著。对野外水源水及被污染的江河湖塘水的处理效果可保持长期的稳定性。
关键词：水处理 有机物去除 微絮凝 膜过滤 微污染水
1、 概述
以加药混凝-沉淀-过滤-消毒为主的传统工艺，主要以去除浊度（、胶体等）和杀灭病原微生物为目的，目前已很难适应受有机物污染的水源水处理，存在出水浊度和有机物浓度超标等问题。
膜组合工艺指膜分离技术与其它水处理单元的有机组合，因可以利用各个单元工艺的特点、优势及各个单元工艺之间的协同作用，取得满意的处理效果，而备受研究者瞩目，其研究和应用方兴未艾。
膜分离与絮凝沉淀处理相结合的工艺称为膜混凝反应器（MCR），如果在此基础上进一步投加粉末活性炭（PAC），可形成PAC-MCR组合工艺。该工艺集加药絮凝沉淀、活性炭物理吸附和膜的高效分离作用为一体，可提高对微污染水中污染物的去除效果，保证出水水质的优良和稳定。
考虑到当前野外地表水的污染最主要、最普遍的是有机物污染，因此在整个试验阶段把对有机物的去除作为重点来研究。
2、试验装置与方法
2.1 试验装置
本实验所采用的工艺流程如图1所示。
膜组件内置一中空纤维微滤膜，材质为聚偏氟乙烯，孔径为0.22μm，膜有效面积为0.5m2。
原水经水泵提升进入反应器，与此同时将絮凝剂加入反应器中，同时在膜组件中加入粉末活性炭。反应器到达高水位时停止进水，絮凝10min，而后在抽吸泵作用下膜组件开始出水。在反应器液位降至最低水位时，进水泵重新开始工作，开始下一个周期。为减缓膜污染，出水方式采用出水数分钟、停水1～2分钟、连续的方式。
2.2 分析项目、方法
所采用的水质分析方法及使用仪器见表1。
表1 水质分析项目、方法及仪器
分析项目 | 分析方法 | 仪器 |
浊度 | 仪器法 | GDS-3B型光电式浊度计 |
pH值 | 仪器法 | PHS-3C型精密pH计 |
Mn | 酸性高锰酸钾法 | -- |
UV254 | 比色法 | 8500型紫外可见分光光度计 |
UV410 | 比色法 | 8500型紫外可见分光光度计 |
UV254可作为总有机碳（TOC）及总三氯甲烷生成能（T-THMFP）的代用参数，并且还与水中的三致物质（致癌、致畸、致突变）和形成三卤甲烷的前驱物（THMs）有良好的相关性，是考察水中小分子有机物的去除情况的重要参考指标。UV410主要反映水中具有较大共轭体系的有机化合物，如水中的大分子腐殖酸等，他们是地表水中主要的成色物质，是考察水中大分子有机物的去除情况的重要参考指标。通过分光光度计对UV254 、UV410的观测，可快速了解水质处理情况。
2.3 原水水质参数
原水取自天津某湖水,试验期间主要水质参数见表2。
表2 原水水质参数表
水质指标 | 浊 度 NTU | Mn mg/L | UV254 cm-1 | UV410 cm-1 | pH |
平均 | 29.9 | 10.30 | 0.247 | 0.020 | 9.54 |
3、 结果与讨论
3.1 絮凝剂种类和投加量的确定
无机絮凝剂因无毒或低毒、价廉、原料易得而被广泛应用。目前由于铝与人体健康的关系存在许多不确定性，加上铁盐形成的矾花大且沉降性能好，因此本实验选用三氯化铁做絮凝剂。通过六联搅拌实验及浊度测量结果，得出本实验处理原水所需的最佳投药量的为15～30mg/L。
3.2 对浊度的去除
PAC-MCR由于其膜截留作用，出水透明、无色无味，感官性状良好。尽管进水波动较大，但出水平均浊度为0.1NTU，对浊度的平均去除率为99.03%，图2为PAC-MCR进出水的浊度变化。
3.3 对Mn的去除
图3反映了该工艺对天津某池塘水Mn的去除效果，从该图可以看出，进水Mn在7.8 mg/l～13.08 mg/l之间波动，而出水Mn基本上维持在4.0 mg/l左右，满足国家《生活饮用水卫规范》（2001）要求所规定Mn≤５mg/l的要求，Mn去除率达到69.7％以上。
3.4 对UV254（TOC、THMS）的去除
检测絮凝反应器中混合液的平均值为0.313 cm-1，膜组件中混合液的平均值为0.283 cm-1，原水和出水的UV254分别为0.247cm-1和0.109cm-1，可见该工艺对UV254的去除是非常有效的。从图中还可以看出，由于PAC对腐殖质类物质的吸附作用，使运行初期系统对UV254就具有较高的去除率，之后维持在一个很平稳的水平，在整个运行期间去除率为58.13%。
3.5 对UV410（色度）的去除
图5是原水、出水UV410的变化情况。运行期间出水平均值及去除率分别为0.003cm-1和83.81%。说明PAC-PCR对水中的大分子有机物质，尤其是形成色度的有机物质，有很好的去除作用。
3.6 PAC投加频率与去除效果的关系
图6表明了两种投炭频率对处理效果的影响。第一种为6个周期的投炭总量在第一周开始时按30mg/L一次性投入，第二种为6个周期的同样的投炭总量
分两次（即分别在第一、第四周期开始时按30mg/L）投加，ΔMn表示某周期出水Mn相对于原水Mn的去除量。ΔMn越大，表明Mn去除效果越好。从图6可知，当六个周期的PAC一次性投入反应器后，由于絮凝体对它的吸附包裹等作用，PAC吸附能力下降很快，表现为ΔMn很快减小。而同样的投炭量分两次投加则效果明显好得多。
4、结论
（1） 该工艺对水质感观性状指标有显著的改善。
（2） 该工艺对于有机物有良好的去除效果。对Mn、UV254、UV410的去除率分别为68.78%、56.13%和83.81%，而且运行稳定，无明显波动。
（3）加快PAC的投加频率，将能取得更佳的出水水质。
减小字体
增大字体