HCPAC_UF组合工艺处理微污染水的启动试验_陈江涛

近些年随着经济社会的高速发展，一方面我国大部分地表水和地下水受到了不同程度的污染，氨氮和有机物已成全国七大水系以及其它地表水源主要污染指标之一；另一方面人们对饮用水水质要求的日益提高，常规处理工艺越来越显出其局限性。特别是在我国北方地区，冬季水温和浊度都较低，但氨氮含量却比较高，常规处理工艺对水体中溶解性有机物、氨氮的去除能力有限，水厂出水水质已经难以满足日益严格的水质标准，迫切需要新的水处理技术研究与开发。近年来膜技术被广泛用于饮用水的处理中，其中超滤膜（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去除贾滴虫胞囊和隐孢子虫卵囊等微生物，是目前保障饮用水微生物安全性的最有效技术[1-3]。由于超滤膜孔径较大，对水中小分子量溶解性有机物和氨氮的去除效果较差，单独使用超滤膜过滤原水，出水水质不佳；同时在膜的运行过程中存在膜污染现象，使膜通量降低，增加制水成本，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[4]。为解决这一问题，大量试验将超滤膜与活性炭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[5-6]；同时也有一些研究表明，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[4,7]。在微污染水中氨氮的去除研究方面，主要是利用吸附剂如沸石、改性沸石、活性炭以及凹凸棒土等对氨氮进行吸附[8-14]，但水质条件控制不好，氨氮可能会从吸附剂上解离出来且吸附剂再生也困难；也有一些研究是利用微生物作用去除污染水中的氨氮，但对氨氮的去除率难以达到80%以上，并且没有相应地研究有机物在污染水中的去除效果[15-17]。本研究将高浓度粉末活性炭与超滤膜一起联用，由于粉末活性炭具有巨大的比表面积，可吸附有机物减轻膜污染，更重要的是将粉末活性炭作为微生物载体去除氨氮。试验在超滤膜池中投入高浓度粉末活性炭（50g·L-1），考察了该系统启动过程中对模拟的微污染水处理效果以及膜污染情况，该工艺被称为HCPAC-UF。1试验部分1.1试验用水HCPAC－UF组合工艺处理微污染水的启动试验陈江涛1，朱雷1，阮婷2（1.武汉科技大学城市建设学院，湖北武汉430065；2.哈尔滨工业大学市政环境工程学院，黑龙江哈尔滨150090）摘要：为了对微污染水中高氨氮含量的去除进行研究，采用一体式高浓度粉末活性炭－超滤（HCPAC-UF）工艺，考察该工艺去除高氨氮微污染水的启动过程。结果表明，HCPAC-UF启动过程对浊度、UV254、TOC以及NH3-N的最高去除率分别可达98%、82.95%、69.96%和95%；而单独超滤膜过滤对浊度、UV254、TOC以及NH3-N去除率分别为94%、18.48%、8.12%、4.08%。系统启动过程需要45d的时间，对总氮的去除率一直上升直到70%左右。出水NH3-N质量浓度的降低、NO2--N质量浓度的升高以及NO3--N质量浓度的升高不是同时出现的，而是NO2--N质量浓度的升高相对于NH3-N质量浓度的降低和NO3--N质量浓度的升高相对于NO2--N质量浓度的降低都有一定的滞后性。HCPAC-UF系统启动过程中，前期超滤膜跨膜压呈直线上升且上升速度很快，后期跨膜压上升速度明显减慢。关键词：高浓度粉末活性炭；超滤膜；有机物；氨氮；总氮中图分类号：TQ028.8；TU991.2文献标识码：A文章编号：1000-3770(2011)12-0115-005收稿日期：2011-04-01作者简介：陈江涛（1985－），男，硕士研究生，研究方向为膜技术在饮用水处理中的应用；E-mail：cjt-wust@163.com第37卷第12期2011年12月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.37No.12Dec.,2011115DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2011.12.027试验用实验室配水模拟微污染水。采用进口商品腐殖酸模拟天然有机物（NOM），用高岭土模拟微污染水浊度，加入NH4Cl模拟氨氮成份，所配原水水质情况见表1。1.2试装装置试验装置见图1。试验选用的膜组件为聚乙烯中空纤维超滤膜（UF）组件，膜孔径为0.01μm，外径为1.2mm，内径为0.8mm，膜面积为0.6m2。试验采用的粉末活性炭（PAC）为分析纯粉末活性炭，PAC采用一次性投加的方式，使其在超滤膜池中的质量浓度为50g·L-1，试验运行期间没有补充新炭。1.3HCPAC－UF系统及运行该系统由进水箱、混合池、絮凝池、沉淀池、膜池、曝气泵、反冲洗泵、水位控制器、时间继电器和三通电磁阀等组成,能够实现自动化运行。膜池HRT为5h，进水采用水位控制器控制，当膜池中水位达到最高液位时