絮凝時間對混凝-超濾工藝的膜汙染特性影響

2021-01-08 北極星環保網
絮凝時間對混凝-超濾工藝的膜汙染特性影響
北極星水處理網  來源:《北京工業大學學報》

  作者:李星等  

2018/2/11 9:13:37  我要投稿  

北極星水處理網訊:超濾的出水濁度低、微生物的去除效果好,被稱為第三代飲用水處理技術. 混凝-超濾組合工藝是一種非常有應用前途的超濾組合技術. 膜汙染控制 和溶解性有機汙染物質(DOC、UV254)的去除效果是影響超濾膜應用的主要問題. 混凝過程能夠強化有機物的去除效果 ,改善膜通量 ,是超濾工藝的關鍵性預處理技術 . 混凝效果受原水水質、混凝劑種類、投加方式、絮凝時間等因素的影響,不同混凝條件下的超濾膜汙染特性也有很大差異.因此,研究混凝條件對強化有機物去除效果和改善超濾膜汙染特性是非常重要的.

混凝過程中的絮體特性對超濾膜汙染有顯著影響,Choksut 等的研究表明,在混凝-超濾工藝中,混凝產生的粒徑較大的絮體能夠使超濾膜維持在較高通量下運行. Waite 等 認為,在混凝-超濾工藝中超濾膜的汙染程度與絮體粒徑和特性關係密切. Cho 等認為,隨著絮凝時間的延長,濾餅層阻力和絮體的分形維數都隨之減小.

本試驗研究了引黃水庫水處理過程中的絮凝時間對溶解性有機汙染物質的去除效果和超濾膜汙染特性的影響,以期為超濾技術的應用及工藝參數優化提供參考.

1 試驗裝置與方法

1. 1 試驗材料:試驗原水採用引黃水庫水中添加0. 5 mg/ L 腐殖酸(津科)和5 mg/ L 高嶺土(津科)配製,進行混凝-超濾處理效果試驗. 高嶺土顆粒平均粒徑為540nm. 混凝劑為聚合氯化鋁(w (Al2 O3 ) 逸10%,以Al2O3計, mg/ L). 試驗採用PES 平板超濾膜(PALL),截留分子質量為100 ku. 新膜在使用前用去離子水浸泡24 h,然後用去離子水衝洗,直至進出水的DOC 相同. 超純水由Milli-Q 純水儀製取.

1. 2 試驗過程:混凝試驗採用六聯攪拌機(ZR4-6),原水投加混凝劑後以300 r/ min 快速混合30 s,然後120 r/ min快速攪拌1 min,再以50 r/ min 轉速進行0、5、10、15、20 min 的絮凝反應,混凝後的水移到超濾裝置中進行超濾處理.超濾裝置如圖1 (超濾杯Millipore 8400)所示

,試驗考察原水直接超濾和原水混凝後超濾的過程,混凝後的水樣通過橡膠管的真空抽吸,從六聯攪拌機中移到超濾杯進行超濾,超濾杯內轉子的轉速為40 r/ min. 超濾過程保持恆壓運行,氮氣瓶的壓力控制在70 kPa.採用電子天平(Denver TP-2102) 計量出水質量,並連接電腦以記錄電子天平數值.超濾過程分為2 個階段,每個階段過濾水樣200 mL,第1 階段過濾結束後將膜片用100 mL 超純水反衝洗,反衝洗完成後繼續過濾水樣200 mL.。

1. 3 檢測方法:DOC 採用有機碳分析儀(Vario TOC) 測定,UV254採用紫外可見分光光度計(UV2600)測定. 測定UV254 和DOC 的水樣需要經過0. 45 cm 濾膜過濾.採用透光脈動絮體檢測儀(iPDA-100)的絮凝指數(FI)監測絮體的形成和變化過程. 在混凝過程後取樣,採用顯微鏡拍照和image 圖像分析軟體分析後得到絮體二維分形維數.絮體粒徑分布採用Delsa Nano 納米粒度分析儀(Beckman Coulter) 測定, 測定範圍為0. 6 nm ~7 um.膜汙染阻力採用固有阻力、膜孔阻力、濾餅層阻力和總阻力來表徵. 用超濾杯在過濾水樣前過濾100 mL 超純水來測定膜的固有阻力;水樣過濾完成後用超純水測定膜總阻力;用海綿擦拭掉膜表面濾餅層後用超純水測定固有阻力和膜孔阻力;濾餅層阻力由總阻力減去固有阻力和膜孔阻力得到. 試驗中為了排除固有阻力差異對試驗結果的影響,文中所有阻力都除以膜固有阻力.

2 結果與分析

2.1 有機物去除效果:原水的UV254、DOC 值分別為0. 035 cm-1、2. 705 mg/ L,有機物的去除效果如圖2、3 所示.

由圖2、3 可知,

原水直接超濾時UV254 和DOC 的去除率分別為2. 94%、12. 0%. 原水經過混凝後的UV254和DOC 平均去除率分別為27. 45%、18. 29%,混凝-超濾組合工藝的UV254和DOC 的平均去除率分別為32. 11%、25. 03%. 與直接超濾工藝相比,混凝-超濾組合工藝顯著提高了UV254 和DOC 的去除效果.直流混凝- 超濾組合工藝中超濾單元的UV254 和DOC 平均去除率僅分別為6. 34%、8. 30%,可見,組合工藝的UV254和DOC 的去除主要在混凝過程.經過混凝後,超濾膜單元的UV254的平均去除率提高了3. 40%,但DOC 平均去除率降低了3. 70%,說明超濾膜對UV254 和DOC 的去除效果是不同的,這是由於兩者代表的有機物種類不同. 從圖2、3 可以看出,絮凝反應時間為0 min時,UV254 和DOC 去除率分別為23. 53% 和17. 88%,繼續增加絮凝時間,有機物的去除率變化不大;可見,有機物的去除率在混凝的初期就趨於穩定,有機物的去除效果與絮凝時間關係不大. Cho 等考察了絮凝反應時間在20 min ~8 h 之間時UV254 的去除效果,結果表明UV254隨著反應時間的延長變化不顯著,UV254的去除作用在反應初期就已經完成. 本試驗考察了絮凝時間在20 min 以內的有機物去除效果,表明有機物的去除主要取決於混凝初期的混合和凝聚過程,有機物與混凝劑的作用在絮凝反應過程前已經完成,增加絮凝反應時間對有機物的去除沒有明顯影響.

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