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超滤技术应用在微污染水源

发布日期:2019-04-03   作者:分集水器   分享:

BAF+惯例工艺+UF工艺处理微净化源水

   摘要:由于各种净化物的排放,我国饮用水水源水质日益好转,惯例水厂的工艺已显得力所能及,因而,本文对微净化水源水的处理技术作了扼要引见。重点 剖析 了作为预处理技术的曝气生物滤池技术和作为后续处理的膜别离技术(特别是超滤技术)。在辨别对这两项技术作了引见的根底上,提出了曝气生物滤池(BAF)+惯例工艺+超滤(UF)的净水工艺,指出该工艺是进步饮用水水质的极佳工艺。同时,用无机物分子量的观念对此工艺停止了深化剖析。

1. 前言

  饮用水的污染技术是人们在与净化作妥协的进程中呈现的,并不时失掉 开展 、进步和完善。自第二次世界大战之后,尤其是60年代以来,不少地域饮用水水源水质日益好转;同时,随着水质剖析技术逐步改良,水源水和饮用水中可以测得的微净化物质的品种不时添加,使人们在饮用水的水质污染中碰到了新的 成绩 。

  面对水源水质的变化,惯例饮用水处理工艺已显得力所能及。国际外的实验 研讨 和实践消费后果标明,受净化水源水常常规的混凝、沉淀及过滤工艺只能去除水中无机物20%-30%,且由于溶解性无机物存在,不利于毁坏胶体的波动性而使惯例工艺对原水浊度去除效果分明下降(仅为50%-60%)。用添加混凝剂投加量的方式来改善处理效果,不只使水处理本钱上升,而且能够使水中金属离子浓度添加,也不利于居民的身体安康。空中水源中普遍存在的氨氮成绩惯例处理也不能无效处理。 目前 国际大少数水厂都采用折点氯化的 办法 来控制出厂水中的氨氮浓度,以取得必要的活性余氯,但由此发生的少量无机卤化物又招致水质毒 理学 平安性下降。因而,惯例的饮用水处理工艺已不能与现有的水源和水质规范相顺应,必需开发新的水处理技术。

目前已开发或正在开发的水处理技术次要包括两方面:一是预处理技术,包括:活性炭吸附、臭氧氧化、生物活性炭、膜技术等;二是深度处理技术,包括氧化法和吸附法,其中氧化法又包括化学氧化和生物预处理技术。其中尤以生物预处理技术和膜技术倍受水处理任务者的关注。

2. 生物预处理技术

  生物预处理是指在惯例的净水工艺之前增设生物处理工艺,借助于微生物群体的推陈出新活动,对水中的无机净化物、氨氮、亚硝酸盐及铁、锰等无机净化物停止初步去除,这样既改善了水的混凝沉淀功能,也加重了惯例处理和后续处理进程的负荷。另外,经过可生物降解的无机物的去除,不只增加了水中“三致”物前体物的含量,也增加了细菌在配水管网中重新繁殖的能够性。用生物预处理替代惯例的预氯化工艺,不只起到了预氯化作用相反的效果,而且防止了由预氯化惹起的卤代无机物的生成,这对降低水的致渐变活性,控制三卤甲烷物质的生成是非常有利的。

2.1 曝气生物滤池(BAF)预处理技术

曝气生物滤池(BAF)预处理技术在饮用水处理中具有以下特点:

  ⑴水处理进程中的物理、化学和生物化学性质存在较大差别,并且与其去除性存在一定的关系。从分子量下去说,生物可降解无机物次要是低分子量的无机物(分子量<1500)。惯例的给水处理工艺,即混凝、沉淀和过滤,次要是去除分子量>10000以上的无机物,对低分子量无机物去除率低,特别是对分子量<500的无机物,简直没有去除才能,甚至有所添加。而这局部无机物能够是行成消毒副产物卤乙酸的次要前体,也是饮用水管网中细菌生长的次要养分基质,而生物预处理能无效去除这局部无机物,对进步整个给水处理工艺对无机物的去除效果有重要意义。

  ⑵对低浓度无机物有较好的去除效果。在BAF中,微生物应用水中养分基质停止生长繁衍,在载体外表构成薄层构造的微生物聚合体,发生生物膜,有利于世代期较长的微生物生长。饮用水中微量净化物浓度(mg/L数量级)有利于贫养分微生物的繁衍,如土壤杆菌、假单胞菌、嗜水气单胞菌、黄杆菌、芽孢杆菌和纤毛菌等。这些贫养分微生物具有较大的比外表积,对可应用基质有较大的亲合力,且呼吸速率低,有较小的极大比增殖速度和Monod饱和常数(Ks)(约为1-10μg/L左右),所以在自然水体条件下,其对养分物的竞争具有较大的优势。Namkung和Rittmann的研讨指出,几种微量基质生物降解的同时停止,与异样浓度的单个基质生物降解相比,能招致更多的生物量积聚和有更快的去除速率,这标明多种微量净化物的混合,可添加生物膜零碎处理效果的波动性,而受净化水源水中往往含有多种微量无机物。另外贫养分菌经过二级基质的应用能去除浓度极低的微量净化物,例如:贫养分菌在分解应用浓度为1.1mg/L的富里酸时,对浓度为100μg/L得酚和萘的去除率辨别为90%-92%,对土臭素和2-MIB(2-甲基异莰醇)的去除率辨别为55%和44%,这标明应用水中自然无机物构成的生物膜处理零碎可较好的去除微量净化物、嗅味及色度物质。

  ⑶能去除氨氮、铁、锰等净化物。BAF中,生物膜固定生长的特点使生物具有较长的停留工夫,一些生长较慢的微生物如硝化菌等自养菌可在反响器内不时积聚。反响器内载体应具有足够的溶解氧,这样就能促进生物膜上好氧硝化菌的生长和代谢活动。对硝化反响动力学的剖析标明,即便在高温下,生物膜去除氨氮的作用也是非常无效的。

近年来,国际外学者对BAF对氨氮和无机物的去除效果停止了研讨,表1和表2是国际外材料中所报道的曝气生物滤池对氨氮和无机物的去除效果。

表1 BAF对氨氮的处理效果

表2 BAF对无机物的处理效果

  自80年代以来,清华大学环境工程系对以陶粒作填料的曝气生物滤池停止了普遍深化的研讨。研讨后果标明以陶粒作为填料的曝气生物滤池其处理效果分明优于其它类型的生物预处理技术,见表3和表4。

表3 各生物池工艺参数范围以及对几个惯例水质目标的污染效果统计状况

表4 各生物池对几种特殊水质目标的污染效果

 

2.2 曝气生物滤池对后续惯例处理药耗和氯耗的 影响

2.2.1 对药耗的影响

  水中无机物的存在将添加胶粒的Zeta电位值,使胶体更趋于波动,添加水处理混凝时药剂投加量。经BAF生物预处理后,胶粒Zeta电位值降低,易于脱稳,因而可以增加后续混凝单元的药剂投加量,实践的烧杯实验及消费性实验均验证了这一点。

2.2.2 对氯耗的影响

  水的氯耗与水中无机物和氨氮的含量亲密相关。曝气生物滤池对无机物和氨氮均有较好去除,因而也将影响氯耗量,有实验标明曝气生物滤池与惯例工艺的组合其耗氯量比单一惯例工艺氯耗浪费10%-15%(惯例工艺加氯量为2.5-2.7mg/L)。氯耗的增加既可以浪费水厂运转本钱,又能降低氯代无机消毒副产物的生成量,改善出水水质,保证饮用者身体安康。

3. 膜别离技术

  以压力为推进力的膜别离技术有反浸透(RO)、纳滤(NF)、超滤(UF)、以及微孔过滤(MF)。膜别离技术的特点是能提供波动牢靠的水质,这是由于膜别离水中杂质的次要原理是机械筛分,因此出水水质仅仅根据膜孔径的大小,与原水水质以及运转条件有关。此外,膜别离还会使水厂用地大大增加,运转操作自动化,使水厂成为真正意义上的“造水工厂”。

RO运转压力高,为1-10Mpa,能耗大,而且由于良好的截留功能将大少数无机离子(包括对人体无益的)从水中去除。临时饮用这种水,会 影响 人体安康,因而不适合作为水厂处理工艺。

  NF膜具有松懈的外表层构造。其进水要求简直不含浊度,故仅适用于地下水处理,且由于NF去除了大局部的硬度,故其出水会对管网发生腐蚀。

  UF和MF运转压力低且可截留水中绝大局部悬浮、胶体和细菌,其作用相当于以除浊为目的的传统处理工艺。因此是一种合适于水厂的水处理工艺。

3.1 超率(UF)在净水处理中的 使用 前景

  超滤所别离的组分直径为0.005-10μm,普通绝对分子质量大于500的分子量和胶体,这种液体的浸透压很小,可以疏忽。因此采用的操作压力较小,普通为0.1-0.5Mpa,所以膜常用非对称膜,膜的水透过率为0.5-5.0m3/(m2·d)。

超滤在小孔径范围与反浸透相堆叠,在大孔径范围内与微孔过滤相堆叠。因而它可以别离溶液中的大分子、胶体、蛋白质、微粒等。由于它运用的压力低、产水量大,因而更便于操作,使用范围非常普遍, 开展 速度很快,前景是美妙的。

3.2 超滤的 研讨 与使用中存在的 成绩

  日本从1992年开端,由厚生省牵头,以国立大众卫生院和水道净水协会为主,组成“膜使用新型净水零碎委员会”,丹保宪仁任委员长,施行所谓“MAC21方案(Membrane Aqua Century21)”,对MF和UF膜使用于净水处理停止了3年的大规模研讨。依据其研讨后果UF的处理效果如表5所示。

表5 日本“MAC21方案”UF处理效果

 

  从表中数据可知,超滤对浊度、总铁、细菌和大肠菌群均有很好的去除效果,但对水中的无机物和氨氮的去除率绝对较低。

张捍民等在用吞没式中空纤维膜过滤安装去除饮用水中净化物的实验研讨中也发现,吞没式中空纤维膜过滤安装对悬浮固体、胶体、细菌的去除效果很好。实验中出水浊度一直坚持在0.25NTU以下,并且出水中检不出细菌。但对无机物的去除效果不理想,不能牢靠的保证出水无机物浓度,出水无机物浓度随进水无机物浓度的降低而降低。

  少量的研讨均标明,膜对自然水中的溶解性无机物(DOM)的去除率不高,尤其是低分子的无机物。自然水中有相当大一局部溶解性无机物的分子量低于UF的截留分子量(5000-100 000daltons),招致UF膜对其的阻拦效果很差。现实上,自然水中这一类的低分子溶解性无机物所占的比例往往较大。Laine等人报告美国以利诺伊州的Decatur湖中低于1000daltons无机物占总无机物的60%;Schnoor报告lowa河有90%无机物分子量低于3000daltons;董秉直、曹达文等对我国长江、黄浦江、太湖、淮河的原水停止了分子量测定,发现分子量小于4000daltons的溶解性无机物所占的比例辨别为66%、52%、62%、56%。而Collins发现三卤甲烷构成潜力(THMFP)次要是由分子量小于10 000daltons惹起的。

  目前 公认这局部低分子量溶解性无机物不只是三卤甲烷的前驱物,而且还经常是膜净化的次要要素。因而,选择适当的预处理来加重膜净化以及去除低分子溶解性无机物就显得很重要。

4. BAF+惯例工艺+UF组合工艺

  从以上对BAF与UF工艺的 剖析 中可以看到,两者在处理上有互补性,从而可以依此开收回新的净水工艺,即BAF→惯例处理→UF。上面进一步用无机物分子量剖析的观念来阐明此工艺的优势。详细参见http://www.shtaijiang.com更多相关技术文档。

  水中无机物品种单一,不同形状无机物要用不同的工艺加以去除。普通而言,惯例处理次要去除分子量大于10000的无机物,关于分子量10000以下的无机物只能局部去除,对分子量小于1000的无机物根本无去除作用甚至于有所添加。BAF次要去除水中分子量小于1000的亲水性无机物,对更大分子量的无机物由于细胞膜的屏障作用而难以进入细胞外部。BAF的消费性实验阐明BAF对DOC的去处似乎次要与分子量500以下的无机物占DOC的百分比有关。水中无机物也可划分为悬浮态无机物、胶体无机物和溶解性无机物。依据能否被微生物去除分为可生物降解和不可生物降解的无机物等。水中可生物降解的无机物用BAF去除,而不可生物降解的无机物则不能用BAF去除,同时关于悬浮形态和胶体形态的无机物,采用混凝沉淀 办法 则有好的去除效果,特别关于大分子无机物(分子量大于10000)惯例工艺对其去除效果较好。对分子量小于3000的无机物,亲水性的可生化局部可用BAF加以去除,憎水、难降解局部以及细菌和病毒用UF去除。总之,BAF、UF和惯例处理三者根本呈互补关系。假如 经济 上答应,该组合工艺应是进步饮用水水质的极佳工艺。

 

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