混凝 超濾組合工藝處理農村地表水源研究

王美蓮

摘 要：為了保障農村地區飲用水安全，開展了混凝/超濾工藝處理分散地表水源研究。以常規混凝對水源水進行預處理，利用超濾進行深度處理，從而強化對水中污染物的去除，并保持超濾的運行穩定性。實驗結果表明：超濾能夠高效控制農村水源主要存在的微生物和膠體污染，使出水低于0.1NTU；同時超濾通量可以長期保持在6.5LMH，膜污染具有很好的可逆性好，總阻力中可逆膜污染占比高達83.6%。

關鍵詞：超濾 混凝 農村供水水 膜污染

中圖分類號：TU991 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（b）-0122-02

飲用水一直是人類社會存在和發展過程中不可或缺的基礎資源。由于農村生活垃圾處理不不當和化肥、農藥的過度使用，農村地區水環境污染日益嚴重，農村居民的飲水安全得不到保障。依靠高效的固液分離能力，超濾技術已在城市飲用水處理行業得到越來越多的應用。對于農村地區，由于幅員遼闊和人口分散等特點，農村供水存在的顯著特征是分散，難以集中供水。因此，明顯不同于城市水廠，超濾技術在農村地區的應用需根據農村供水的顯著特征，進行合理的組合工藝遴選。本研究以農村供水作為研究對象，考察混凝/超濾對典型污染物的去除效能及穩定性，為解決農村分散供水提供技術支撐。

1 材料和方法

1.1 原水水質

原水濁度在50.7～72.8NTU之間；原水存在較為嚴重有機污染現象；UV254和溶解性有機碳濃度分別在0.125～0.197cm-1和5.3～7.6mg/L之間。

1.2 混凝超濾系統

該工藝有機耦合超濾與混凝兩種技術，完成了一體化飲用水處理裝置設備化。研究過程包括兩個階段：（1）混凝/沉淀：利用六聯攪拌器模擬混凝過程，混凝郭寶成包括快速攪拌1min，再經中速攪拌5min、慢速攪拌10min，靜沉30min；考察的投加量范圍包括0、3、6、8和118mg/L硫酸鋁。實驗結果進行取樣，測定工藝出水中的UV254濁度。（2）超濾過程，采用聚氯乙烯材質超濾，0.17m2膜面積，組件類型為平板式；按照最佳混凝劑投加量進行連續運行30d，同時檢測膜污染累積情況和通量變化情況。

1.3 分析測試方法

采用馬爾文粒度儀MS2000分析水中顆粒的粒徑分布；采用HACH 2100N濁度儀測定水樣的濁度；采用北京普析T6的紫外分光光度計測定水源的UV254；采用德國耶拿 （TOC分析儀）測定水中有機物含量。

2 實驗結果和分析

2.1 混凝過程優化

如圖1所示，在混凝模擬過程中，原水中濁度去除效果隨著硫酸鋁投加量的增加而逐漸增強：當硫酸鋁投加量在16、19和22mg/L的情況下，混凝出水的濁度下降至1.2、1.2和0.12NTU。如果繼續增加硫酸鋁投加量，混凝預處理對濁度去除效果有所下降。這說明在過量硫酸鋁投加時水中膠體顆粒可能出現重新穩定的過程，因此過量投加硫酸鋁不利于混凝處理。所以應根據水質情況確定硫酸鋁投加量。

由如圖1所示，在混凝模擬過程中，原水中有機物去除效果隨著硫酸鋁投加量的增加而逐漸增強：當硫酸鋁投加分別為16、19、22、27mg/L和37mg/L時，UV254去除率分別達到：64%、69%、69%、73%和75%。在硫酸鋁投加量接近37mg/L的情況下，混凝預處理對有機物去除率最大。由以上數據分析可以知道，混凝預處理該地表水源的最適宜硫酸鋁投加量為22mg/L。

2.2 混凝對超濾膜污染的影響

超濾膜處理混凝預處理的地表水的過程中通量和阻力分布情況：在超濾系統運行初期，膜通量由30LMH下降到5.5LMH，這說明盡管混凝過程能減少原水中的顆粒污染物，但水中殘留的溶解性有機物仍然會導致膜孔堵塞，引起膜污染；然而到了第10天以后，超濾膜比通量通量有所上升，這可能是因為超濾膜表面截留了大量微生物，這些微生物會降解部分污染，使得濾餅層呢個變得疏松。超濾后期，膜通量逐漸變穩定，通量穩定在6.5LMH，膜污染接近臨界值。

通過對運行過程中膜污染現象分析可知，濾餅層阻力占總阻力的84%，這說明不可逆阻力以及膜本身的阻力對整體膜污染的影響較小，占總阻力比例分別為9%和7%；物理清洗難以消除的可逆不可逆膜污染僅僅占總阻力的2%。所以超濾過程中主要的膜污染是膜表面疏松結構濾餅層。研究過程中測定了濾餅層的生物量為74±3.9mmol ATP/m2，多糖是濾餅層中EPS的主要組成部分，占到EPS總量的86.7%。這是由于進水中的溶解性有機物被微生物降解，從而轉化為多糖、蛋白質等大分子有機物被超濾膜截留。因此，系統中微生物可以起到強化溶解性有機物去除，但受限于微生物量的條件，去除效果不明顯，仍以混凝起主導。

3 結論

（1）混凝/超濾組合工藝應用于處理農村水源可實現低通量（6.5LMH）穩定運行；除污染效能較好，有機物和濁度去除分別達到41%、99%以上，混凝預處理具有重要作用。

（2）膜表面污染物中存在的微生物可以講解部分有機物，從而強化了超濾膜去除有機污染物的能力。

（3）超濾處理混凝出水過程中，水力不可逆阻力占總阻力比例低于2%，可逆的濾餅層污染占比超過85%。

參考文獻

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