粉末活性炭-超滤膜组合工艺处理微污染原水试验研究

超滤膜（UF）和微滤膜（MF）所需操作压力低，水通量大，对预处理要求低，并且超滤膜可以有效地去除贾滴虫胞囊和隐孢子虫卵囊等微生物，因而在许多方面优于传统的过滤技术。超滤膜由于较大的孔径，对水中溶解性有机物去除效果较差，单独使用超滤膜过滤原水，出水水质难以令人满意；同时在膜的运行过程中存在着膜污染现象，使膜通量降低，制水成本增加，严重制约了膜的发展应用。许多研究表明，天然水中溶解性有机物是造成膜污染的主要因素[1]。为解决这一问题，超滤膜与混凝、粉末活性炭（Powderedactivatedcarbon，PAC）联用，形成深度处理膜工艺，将PAC的吸附作用与UF的截留作用相结合来改善处理工艺的性能。同时一些研究表明，投加PAC能有效地降低膜过滤阻力，提高膜过滤通量，减缓膜污染[1-2]。本试验结合PAC的吸附作用和UF的截留作用，构建了一体式粉末活性炭－超滤膜反应器，并将其用来处理微污染原水，考察PAC－UF组合工艺对水中的溶解性有机污染物的去除效果，以及投加粉末活性炭对提高膜通量以及减缓膜污染的影响，并获得优化的工艺参数，以期为未来工程应用提供有益的参考。1试验装置与方法1.1试验装置试验装置由一体式活性炭－膜反应器、膜组件、空气扩散系统、反冲洗泵和虹吸出水系统组成，具体见图1。反应器为浸没式超滤膜反应器，有效容积2.88L。粉末活性炭－超滤膜组合工艺处理微污染原水试验研究潘若平，邓慧萍，胥红，刘晓聪，胡婧逸（同济大学环境科学与工程学院，上海200092）摘要：采用粉末活性炭和超滤膜联用技术对微污染原水进行试验，考察该工艺对溶解性有机物的去除效果、粉末炭改善膜通量以及防止膜污染的效果。结果表明，随着反应器内活性炭浓度升高，工艺处理效果有极大改善，膜通量明显提高，反应器最佳活性炭投加量为0.5g·L-1。工艺运行1110min，出水TOC、UV254去除率保持稳定，平均去除率分别为44.8%、48.9%，膜通量降低缓慢，1110min后通量为初始通量的70%。反冲洗对膜通量有所恢复，多次反冲后效果不明显，且反冲后破坏膜表面的滤饼层使出水水质稍有降低。关键词：微污染原水；粉末活性炭；超滤膜；溶解性有机物中图分类号：TQ028.8文献标识码：A文章编号：1000-3770(2010)08-0104-004收稿日期：2009-10-28基金项目：水体污染控制与治理科技重大专项（2008ZX07407-007）作者简介：潘若平（1983－），男，硕士研究生，研究方向为饮用水深度处理技术联系作者：邓慧萍；联系电话：021-65983855；E-mail：denghuiping@sina.com图1试验装置Fig.1Sketchofexperimentaldevice第36卷第8期2010年8月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.36No.8Aug.,2010104为保持容器内液面恒定，进水由浮球阀控制，反应器内设外压式中空纤维超滤膜，通过曝气头冲刷膜表面，底部设环流泵使水流围绕隔板循环流动，并在膜表面形成剪切力，以降低污染物在膜面形成滤饼的速度和厚度，同时防止粉末活性炭在反应器内沉积。采用虹吸式出水，出水口与反应器液面高差保持在1.5m水头，虹吸条件由反冲洗泵创造。1.2试验方法试验先考察反应器内活性炭浓度对膜过滤效果和膜通量的影响，在改变PAC投加量后对膜进行化学清洗。在确定反应器PAC浓度后，膜运行周期为2h，反冲洗5min，反冲水量10L·h-1，过滤压力保持恒定为0.015MPa（虹吸1.5m水头），定期补充反应器内活性炭。1.3试验材料试验进水采用腐殖酸配水模拟微污染原水，其TOC平均值为7.269mg·L-1（6.807～7.812mg·L-1），原水254nm紫外光吸光度（UV254）平均值为0.712cm-1（0.679～0.766cm-1）。试验膜组件采用昆山精诚膜技术有限公司生产的聚丙烯中空纤维超滤膜，膜组件参数为：微孔平均孔径0.01μm，外径Φ450μm，壁厚40～50μm，纵向抗拉强度120MPa，孔隙率40%～50%，破裂强度＞1.0MPa，流量3～4L·h-1，工作压力0.01～0.03MPa，长度200mm。活性炭采用上海某公司生产的粉末活性炭。粒度75μm，碘吸附值800mg·g-1，亚甲基兰吸附值150mL·g-1，比表面积950m2·g-1，耐磨强度95%，灰分10%，水分5%，pH为5～7，比重0.52g·mL-1，铁含量0.05%。1.4分析方法过膜流量采用液体转子流量计测定；UV254采用UV755B分光光度计测定；总有机炭（Totalorganiccarbon，TOC）质量浓度采用TOC-VCPH测定。2结果与讨论2.1活性炭投加量对膜处理效果的影响2.1.1