纳滤膜深度处理饮用水的中试研究

关键词: 饮用水; 深度处理; 臭氧活性炭; 纳滤中图分类号:TU991.25 文献标识码:A

PilotPlantTestofDrinkingWaterDepthTreatmentby

NanofiltrationMembraneSeperationTechnology

ZHITian-yi,WANGLei,ZHANGYan,JIANGLin-shi,ZHANGHong-lin

(1.SchoolofEnvironmentalandBiologicalEngineering,LiaoningUniversityofPetroleum&

ChemicalTechnology,FushunLiaoning113001,P.R.China;2.BeijingRhodiaEastem

ChemicalCo.,Ltd.,Beijing101101,P.R.China)

Received22October2008;revised15November2008;accepted22November2008

Abstract: Ozone-activecarbon-nanofiltrationtechnologywasappliedtotheremovalofthepollutantindrinkingwater.Theresultshowsthatnanofiltrationcancontroltheinorganicpollutantwithincertainregulatedrangeswhilepreventingsomeionsthatbenefitpeoplefrombeingcompletelyblockedoff.ForthetechnologycaneffectivelyremoveTOC,AOC,COD,chromaticity,turbidityandbacteria,thesafetyandbiologicalstablizationindrinkingwaterisguaranteed.Keywords: Drinkingwater;Depthtreatment;Ozone-activecarbon;Nanofiltration

Correspondingauthor.Tel.:+86-413-7323043;fax:+86-413-6865042;e-mail:zhitianyi512@yeah.net

随着工业的发展,水体受到的污染越来越严重,面对水源水质的变化,饮用水的常规处理工艺已不能满足要求。国内外的实验研究和实际生产表明

[1-4]

的臭氧)))BAC进行预处理,减轻膜污染。

,受污染水经常规的混凝、沉淀及过滤等工

1 实验方法

1.1 原水水质

实验用水采用抚顺市市政供水,其水质分析见表1。

由表1可知,管网饮用水的色度、浊度、TOC和COD均较高,说明有机物含量超标比较严重。1.2 实验装置

实验装置图如图1所示。各个单元设计尺寸和作用见表2。

1.3 水质的检测项目及方法

水质指标均按照国家标准分析方法进行测定,具体测定项目及方法见表3。

艺,水中有机物的去除率仅为20%~30%。纳滤(NF)是20世纪90年代发展起来的介于超滤和反渗透之间的一种新型膜技术,膜上带有电荷,操作压力为0.5~1.0MPa,低于反渗透,对相对分子质量为200以上的组分具有较高的截留率。近年来研究表明[6-7],经NF处理,水中微污染有机物去除率提高,且水中部分矿物质得以保留。因此采用NF作为主要净水工艺,同时选取了工艺成熟

收稿日期:2008-10-22

作者简介:支天一(1983-),男,辽宁抚顺市,在读硕士。

[5]

第2期支天一等.纳滤膜深度处理饮用水的中试研究

表1 抚顺市政供水水质分析表

项目色度/度浊度/NTU

TOC/(mg#L-1)COD/(mg#L-1)

硬度(以CaCO3计)/(mg#L-1)

Q(Mn2+)/(Lg#L-1)Q(Pb2+)/(Lg#L-1)Q(K+)/(mg#L-1)Q(Na2+)/(mg#L-1)Q(Al3+)/(Lg#L-1)

-1Q(SO2-4)/(mg#L)

检测结果10~152~38.0~8.33.5~6.12.9~3.7142.7~160.637~493.4~4.31~325~36241~2797~1110~16

卫生标准CJ94)2005

[5[0.56.0~8.54.02.0[300[50[10

[100[100

Q(Cl-)/(mg#L-1)

图1 实验装置

表2 主要工艺设备装置尺寸与运行参数

名称

WTS)3000原水罐WTG)1000机械过滤

臭氧混合塔WTH)1000生物活性炭

纳滤纯净水罐

尺寸

D=1.5m;H=1.58mD=1.0m;H=1.9mD=0.5m;H=2.1mD=1.0m;H=2.1m

D=2nm

D=2.0m;H=2.25m

(1)接触时间:30min;(2)滤速:3~4m/s;

(3)反冲洗时间:8min;(4)反冲洗周期:48~72h(1)臭氧投加浓度:3~4mg/L;(2)接触时间:8~10min(1)接触时间:30min;(2)滤速:3~4m/s;

(3)反冲洗时间:8min;(4)反冲洗周期:48~72h

(1)操作压力:0.7~0.8MPa;(2)膜通量:27.3L/(m2#h) 运行参数

注:D为直径;H为高。

表3 水质监测项目与分析方法

项目TOCCOD浊度AOC硬度阴离子阳离子细菌总数大肠杆菌有机物

分析方法

辽宁石油化工大学学报第29卷

其自身菌体的那一部分,是细菌直接用以新陈代谢的物质和能量来源[8-9]

。AOC是有机物中最易被

日本岛津TOC-5000测定仪

酸性高锰酸钾法

浊度仪

荧光假单胞菌P17和螺旋菌NOX菌株测定法

EDTA络合滴定法

离子色谱

等离子体原子发射光谱

平板计数法多管发酵法GC/MS

细菌吸收、直接同化成细菌体的部分,AOC的浓度可反映饮用水的生物稳定性,即指水中可生物降解有机物支持异养细菌生长的潜力。NF对AOC的去除效果如图2所示。

2 结果与讨论

2.1 细菌数的变化

臭氧活性炭处理能够有效的去除水中的有机物并杀灭水中的细菌,但在臭氧活性炭的出水中同时也含有大量的细菌,每毫升水中细菌总数可达到几百甚至上千。本工艺采用纳滤膜作为最终处理单元,去除水中细菌和病毒,减轻后续消毒工艺负荷是其主要目的。各单元出水中的细菌数和大肠杆菌数检测结果见表4。

表4 各单元水中的细菌数和大肠杆菌数

取样次数1

细菌种类细菌大肠杆菌细菌2

大肠杆菌细菌3

大肠杆菌细菌4

大肠杆菌细菌5

大肠杆菌

<34<3

<3<3

细菌数或大肠杆菌数/(个#mL-1)原水3<3

臭氧出水BAC出水

267<3207<3351<3142<3503<3

<3<3<3<3<3NF出水

图2 NF对AOC的去除效果

李灵芝等[10]研究结果表明,NF对饮用水中AOC的去除率可达80%;而Escobar等认为,NF对AOC的去除效果极为有限。由此可见,NF对不同水源的AOC去除效果差异较大,受水质条件的影响较大(如有机物的种类、分子大小、形状等),也与所选用的膜的性质有关。由图2可知,NF出水的AOC变化幅度较小,整个处理工艺对AOC的平均去除率在64%左右,说明经NF处理过的饮用水有较好的生物稳定性。

2.3 有机物含量的变化

原水,臭氧)BAC出水和NF出水的水中有机物的含量见表5。

表5 各单元水中有机物的含量

单元芳烃苯类醇类酯类酸类醛类酮类茚类萘类卤代物苯胺类邻苯二甲酸酯

其他

原水231791553116634028

臭氧)BAC出水

141151352145834222

Lg/LNF出水

641105212110113

[11]

由表4可知,原水经过投氯消毒后,含有的细菌数已经很少,经过臭氧预氧化后,水中检测不到细菌。BAC出水中细菌数大幅度增加,超过了国家标准,但NF能够有效截留细菌。NF出水后,再用臭氧和紫外进行消毒,进一步保证了成品水的安全。2.2 AOC的去除

AOC是可生物降解有机物中被微生物转化成第2期支天一等.纳滤膜深度处理饮用水的中试研究27

由表5可知,工艺的各个单元对水中的有机物都起到了一定的去除作用,由于臭氧的氧化作用,水中的大分子有机物被氧化成了易于被活性炭吸附的小分子物质,提高了可生化性,同时也使臭氧)BAC出水中部分有机物含量比原水有所增高,但NF能有效去除水中各类微量有机污染物,保证了出水质量。

2.4 无机离子含量的变化

饮用水深度净化工艺中,在去除各种对人体有害物质的基础上,进一步维持人体健康所必需的矿物质和微量元素是水处理专家们已达成的共识。NF可以保留一些对人体有益的无机离子。原水、臭氧)BAC出水和NF出水的一些无机离子含量的变化情况见表6。

由表6可知,由于NF的选择性脱盐作用,对+2价离子的去除率较高,可以达到90%左右,而对-1价离子去除率在70%以内,这就保证了NF出水中含有一定质量浓度的对人体有益的微量元素。NF对-1价离子截留效果较差,而对多价离子有较高的去除率,这和一些报道中的研究结果相符。

2.5 其他指标的变化

原水、臭氧)BAC出水和NF出水的其他指标含量的变化情况见表7。

由表7可知,经过臭氧)BAC处理后,TOC去除率只有30%左右;而经NF处理,TOC去除率达到90%左右,COD平均去除率可达到84%,原水硬

参

考

[13-14]

[12]

度由150mg/L下降到35mg/L左右,对硬度的平均去除率可达到75%以上;一般经过臭氧)BAC处理后,出水浊度小于1.5NTU,而经NF处理,水的浊度几乎接近仪器的检测下限0.1NTU,这说明NF对水中的颗粒物质有良好的去除效果。

表6 各单元水中的一些无机离子的含量无机离子

原水

SO2-4Cl-F-NO3-K+Na+Mn2+Fe3+Pb2+Al3+

8.4712.850.370.292.0129.694.2@10-2

0.2673.9@10-3

0.253

2.1@10-2Q(无机离子)臭氧)BAC出水

8.1211.600.410.231.8226.909@10-35.4@10-2

NF出水2.734.450.130.200.679.85mg/L

表7 各单元水中的其他指标

污水水质指标TOC/(mg#L)COD/(mg#L)硬度/(mg#L)浊度/NTU

原水5.33.21502

臭氧)BAC出水

3.61.81301.3

NF出水0.50.5350.2

文献

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(Ed.:SCW,Z)

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