二次在线混凝对浸没式超滤膜性能的影响

论文导读：次在线混凝对浸没式超滤膜出水水质的影响。在膜池进水管中投加混凝剂即为二次在线混凝。次在线混凝对膜污染与膜清洗的影响。对膜组件进行了物理和化学清洗。膜污染，二次在线混凝对浸没式超滤膜性能的影响。
关键词：浸没式超滤，二次在线混凝，膜污染，化学清洗
 

膜分离技术具有占地面积小、出水水质稳定、易于自动控制等优点，在水处理领域受到了广泛重视。近年来随着膜技术的快速发展，膜的性能不断提高，价格不断降低，已达到可以接受的价位，因而国外将膜用于城市水厂，并呈加速发展趋势[1]。目前，微滤和超滤膜用于自来水生产发展特别迅速，随着膜价格的下降，它可望取代混凝、沉淀、砂滤和消毒的常规的自来水生产工艺，成为水处理领域里最重要的技术革新之一[2]。

超滤过程是比微滤膜孔径更小的膜操作过程，它的出水水质好，操作压力不高，正受到越来越多的关注[3]。其中，改造现有砂滤池，用浸没式超滤膜代替砂滤，构成混凝-沉淀-超滤工艺，不需增设新的大型净水构筑物，建设费较低，且可利用原过滤水头，有利于降低运行费用，在提高出水水质的同时，还有可能提高产水能力，在现有水厂升级改造中有广阔的应用前景[4,5]。目前超滤技术大规模推广应用中一个主要问题是膜污染，膜污染会造成通量下降（恒压操作模式）或跨膜压差上升（恒流操作模式），从而导致制水成本上升。论文发表，膜污染。与原水直接超滤相比，混凝-沉淀预处理一般能使膜污染有所减缓，但并不能完全消除膜污染[6]。据报道，在线混凝（in-line coagulation，即原水加药后不经过完善的絮凝和沉淀过程而直接进入超滤系统）可以有效减缓膜污染[7,8]，但对沉后水（即混凝-沉淀出水）在膜前二次在线混凝的效果目前尚未见报道。本文即拟从水质和膜污染两方面考察二次在线混凝对浸没式超滤膜处理沉后水的性能的影响。

1 实验材料与方法

1.1 实验装置和流程

实验装置如图1 所示。实验所用原水取自南方某水厂沉淀池出水，原水通过平衡水箱进入膜池，在膜池进水管中投加混凝剂即为二次在线混凝；出水通过抽吸泵负压抽吸出水；在膜组件和抽吸泵之间设置压力采集器，监测跨膜压差（TMP）；超滤膜反冲洗采用气水同时反冲洗的形式，调整抽吸泵反转提供反冲洗水，同时启动空气泵进行曝气。实验中采用的膜组件为浸没式中空纤维超滤膜，由海南立升净水科技实业有限公司（Litree）提供，聚氯乙烯（PVC）材质，膜孔径0.01 μm，膜面积0.03 m2。

该装置运行由可编程控制器（PLC）控制，过滤方式为恒通量、死端过滤。实验过程中过滤膜通量设定为30 L/(m2·h)，沉后水在膜池中的停留时间为20 min；反洗周期为1 h，反洗时间为1 min，反冲洗膜通量为60 L/(m2·h)，曝气量为50 m3/(m2·h)（以膜池底面积计）；排污周期为12 h，即反冲洗12次后膜池排空一次。

1.高位原水箱；2.平衡水箱；3.混凝剂储罐；4.加药泵；5.膜池；6.压力采集器；7.膜组件；8.空气扩散器；9.排泥阀；10. 抽吸/反洗泵；11.气体流量计；12.空气泵；13.产水箱

图1 试验装置示意图

Fig. 1 Schematic diagram of theexperimental set-up

二次在线混凝工艺的混凝剂采用Al2O3含量为4%的液态聚合氯化铝（Polyaluminium Chloride，PAC），PAC通过计量泵投加在平衡水箱至膜池管道中，在管中混合时间约为20s。实验过程中考察了二次在线混凝中PAC投量分别为0、0.4、0.6、0.8 mg/L（以Al2O3计，下同）四种工况对浸没式超滤膜的影响。

1.2 原水水质指标

实验所用原水取自南方某水厂沉淀池出水，其主要水质指标见表1。该厂以北江水为水源，混凝剂采用液态聚合氯化铝，投量为1.2~1.6 mg/L，混凝沉淀部分采用网格絮凝池-平流沉淀池，絮凝时间为15min，平流沉淀池停留时间为1.5h。

表1 原水主要水质指标

Table 1 Characteristics of raw waterquality

1.3 分析与检验方法

实验过程中主要检测浊度、水温、pH、CODMn 、UV254等指标，其中浊度采用HACH-2100N浊度仪测定，温度用酒精温度计测定，pH采用PHS-3B精密pH仪测定，CODMn采用酸性高锰酸钾法测定，UV254采用752N型紫外可见分光光度计测定（原水测定前先经0.45 μm滤膜过滤）。

2 实验结果与讨论

2.1 二次在线混凝对浸没式超滤膜出水水质的影响

2.1.1对去除浊度的影响

不同混凝剂投量下二次在线混凝对去除浊度的影响见图2。论文发表，膜污染。可以看出，二次在线混凝对浊度的去除基本没有影响，各工艺条件下膜出水浊度均低于0.1 NTU。

超滤对水中颗粒物的去除主要依靠物理筛分作用，不受预处理条件的影响，因此二次在线混凝对浊度的去除基本不会产生影响，这体现了超滤膜对浊度的优异去除能力。值得指出的是，表现为浊度的胶体本身不仅是污染物，而且是水中细菌、病毒等微生物的重要附着载体。超滤过程对浊度的优异去除效能同样表明其对水中细菌病毒的良好去除能力。进一步表明，水中浊度过高将明显降低消毒剂灭活微生物的效力，而超滤处理出水的低浊度能有效提高后氯化消毒过程消毒剂作用效能，确保饮用水的微生物安全性[9]。

图2 二次在线混凝对去除浊度的影响（0 mg/L、0.4 mg/L、0.6mg/L、0.8 mg/L：二次在线混凝中PAC投量分别为0、0.4、0.6、0.8mg/L条件下膜出水）

Fig. 2 Effect of secondary in-linecoagulation on turbidity removal (0 mg/L、0.4 mg/L、0.6mg/L、0.8 mg/L: effluent of membranes when PACdosage were 0、0.4、0.6、0.8mg/L respectively)

2.1.2对去除有机物的影响

水体中的有机物可能引起水的色度、嗅味，在氯化消毒过程中可能形成对人体有害的副产物，因此是饮用水处理过程中重要的去除对象。实验过程中分别以CODMn和UV254作为水中总有机物和溶解性有机物的指标，考察了二次在线混凝对浸没式超滤膜对水中有机物去除的影响。

不同混凝剂投量下二次在线混凝对去除CODMn的影响见图3。可以看出，沉后水中CODMn含量本身不高（在1 mg/L以下），二次在线混凝使超滤膜对CODMn的去除效果略有提高。

图3 二次在线混凝对去除CODMn的影响（0 mg/L、0.4 mg/L、0.6 mg/L、0.8 mg/L：

二次在线混凝中PAC投量分别为0、0.4、0.6、0.8 mg/L条件下膜出水）

Fig. 3 Effect of secondary in-line coagulation on CODMn removal (0mg/L、0.4 mg/L、0.6 mg/L、0.8 mg/L: effluent ofmembrane when PAC dosage were 0、0.4、0.6、0.8 mg/Lrespectively)

超滤膜直接过滤沉后水（即PAC投量为0 mg/L）对CODMn的去除率为10.7%~17.2%，平均为14.0%；PAC投量为0.4 mg/L的二次在线混凝使超滤膜对CODMn的去除率提高到20.6%~30.2%，平均为25.3%；PAC投量为0.6 mg/L的二次在线混凝使超滤膜对CODMn的去除率提高到21.9%~28.1%，平均为25.4%；PAC投量为0.8 mg/L的二次在线混凝使超滤膜对CODMn的去除率提高到18.6%~31.2%，平均为26.5%。可见，0.4 mg/L的PAC使超滤膜对CODMn的去除率提高了11%，但PAC投量从0.4 mg/L提高到0.6 mg/L和0.8 mg/L对CODMn的去除率影响很小。

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