高锰酸钾预氧化对混凝-超滤去除天然水体中腐殖酸的影响研究

作为一种低压膜分离系统，超滤膜可有效去除水中的悬浮颗粒物和胶体物质，具有过水能力强、出水浊度小和运行能耗低等优点[1-3]。但以腐殖酸为代表的疏水性、大分子有机物极易导致膜污染，其中相当部分是不可逆的[4-6]。有研究表明，在常规的混凝-超滤膜系统前设置预氧化工艺，可在提高处理水水质的同时，延长膜组件的清洗间隔[7-8]。本研究旨在考察高锰酸钾预氧化对混凝-超滤系统去除天然水体中腐殖酸效能的影响，并定量描述不同条件下的膜污染状况及其可恢复性，为保证超滤膜系统的长期、稳定运行提供参考。1实验部分1.1处理水质原水取自校园某缓流水体。配制腐殖酸中富里酸的质量分数在90%以上。通过加标标准曲线法测定水样的UV254，可确定天然水体（原水，HA2）中的腐殖酸的质量浓度为2.4mg/L。将腐殖酸（HA）的质量浓度分别调至4.3mg/L和7.6mg/L时，对应的水质情况如表1所示。1.2装置与方法反应装置如图1所示。预氧化过程中，控制高锰酸钾（KMnO4）投加量依次为0、0.2、0.5、1.0、2.0mg/L，持续搅拌，反应30min。混凝剂由前期实验确定为15mg/L的三氯化铝（AlCl3），采用管内在线投加的方式。混凝水样经蠕动泵送入膜组件分离。超滤膜采用天津某公司生产的USIC-2型中空纤维膜，孔径0.1～0.2μm，截留相对分子质量20×103～50×103，膜总面积0.3m2。膜组件采用错流过滤的方式，处理能力为10L/h，跨膜压力控制在30kPa。图1实验装置Fig.1ExperimentalsystemHA2HA4HA87.137.577.612.44.37.60.0860.1330.2403.85.89.55.47.014.216.416.017.5表1进水水质Tab.1Qualityofinfluentwater水样pHρ(HA)/(mg·L-1)UV254/cm-1ρ(DOC)/(mg·L-1)CODMn/(mg·L-1)浊度/度高锰酸钾预氧化对混凝－超滤去除天然水体中腐殖酸的影响研究郭晓芳，钱飞跃，沈耀良，王建芳，陈重军，吴鹏（苏州科技学院环境科学与工程学院，江苏省环境科学与工程重点实验室，江苏苏州215009）摘要：采用高锰酸钾预氧化-混凝-超滤组合工艺去除天然水体中的腐殖酸，考察了水中腐殖酸的质量浓度分别为2.4、4.3、7.6mg/L时，高锰酸钾投加量对各工艺出水水质和超滤膜污染的影响。结果表明，高锰酸钾预氧化可以有效提高组合工艺的出水水质。其中，预氧化、混凝和超滤过程分别对天然有机物、腐殖酸和大分子物质具有良好的去除效果。另外，控制高锰酸钾投加量在0.2～1mg/L可显著减缓膜污染。即使当进水中腐殖酸的质量浓度达到7.6mg/L的条件下，膜比通量在1h内始终维持在0.95～0.97。关键词：高锰酸钾预氧化；混凝-超滤膜；腐殖酸；膜污染中图分类号：TQ028.8文献标识码：A文章编号：1000-3770(2014)08-0083-004收稿日期：2013-12-05基金项目：江苏省住房城乡建设厅科技项目（2013ZD36）作者简介：郭晓芳（1988－），女，硕士研究生，研究方向为水污染控制工程；联系电话：15190569241；电子邮件：gxf2007@126.com通讯作者：沈耀良，教授；联系电话：13706216746；电子邮件：ylshen@mail.usts.edu.cn第40卷第8期2014年8月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.40No.8Aug.,201483图3KMnO4投加量对混凝去除UV254和DOC的影响Fig.3EffectofKMnO4dosageontheremovalofUV254andDOCbycoagulation0.00.51.01.52.0010203040506070���/(mg�L��)��������������������������������������������/%在相同条件下，系统需连续运行1h以上，期间记录运行时间t时膜通量Jt的变化情况，水温约为29℃。当需改变KMnO4的投加量时，用纯水进行反向冲洗和正向冲洗各10min，并测量纯水的通量J0。1.3分析方法CODMn采用GB11892－89酸性高锰酸钾法测定[9]；UV254采用UV-7504分光光度计测定；DOC含量采用TOC/TN测定仪（岛津TOC-LCPH）测定。其中，除超滤出水外，其它水样测定DOC含量和UV254前需用0.45μm滤膜过滤。水样的芳香度SUVA=100UV254/ρ(DOC)。采用跨膜压力30kPa条件下的膜比通量（Jt/J0）来表征超滤膜的污染程度。2结果与讨论2.1高锰酸钾投加量对出水水质的影响2.1.1预氧化时在不同的进水腐殖酸含