膜法饮用水处理中的浓水回收研究

主要内容一、项目研究背景二、旭化成柱式微滤系统运行概况三、旭化成微滤系统反洗水的回收处理四、总结一、项目研究背景目的在于针对滦河水中有机物的去除，提出适合天津市水源水质的膜法水处理技术。2005年12月～2007年12月在杨柳青水厂运行了一套采用旭化成柱式膜，处理规模为150m3/d。2007年4月～2007年8月运行了一套小试，处理旭化成微滤系统的反洗水，以提高中试系统的总产水率。二、旭化成柱式膜系统旭化成柱式膜系统工艺流程图试验装置图旭化成柱式膜工艺运行参数生产规模：150m3/d；膜孔径：0.1µm；单个膜面积：50m2；总膜面积：150m2;运行方式：过滤30min反洗一次；膜污染控制：通量强化维护（EnhancedFluxMaintenance，EFM）：执行间隔24h，执行时间60min；往膜分离池内加入一定浓度的NaOCl

和

NaOH，对膜进行短时间的清洗。混凝剂：FeCl3，投加量4～6mgFeCl3/L。滦河水水质水质指标(2006,7月～2007,11月)范围（括号内为平均值）微生物指标菌落总数（CFU/mL）5×102-5×103感官性状和一般化学指标浊度（NTU）0.70-6.92（2.46）CODMn（mg/L）2.53-4.54（3.27）DOC（mg/L）3.247-6.09（4.86）UV254(cm-1)0.041-0.055（0.048）pH值7.72-8.37（8.07）水温（℃）2.8-26.3（9.0）氨氮（mg/L）0.20-0.35（0.25）滦河水中有机物的分子量分布特征滦河水中用DOC和UV254表征的有机物主要分布在MW<1kDa的区间内，表明滦河水中溶解性有机物大部分由小分子量有机物构成。滦河水中DOC的分布情况滦河水中UV254的分布情况滦河水中不同分子量区间THMFP的分布

小分子有机物对应的面积较大，也就是说产生的THMs较多，滦河水中THMFP主要集中在<10kDa的小分子量区间。减少THMs生成量的关键是如何有效地去除小分子的有机物。旭化成柱式膜出水水质水质指标柱式膜出水标准限值浊度(NTU)0.05-0.14(0.09)≤1NTU（特殊情况下≤3NTU）CODMn(mg/L)1.60-2.66(2.06)≤3(原水CODMn大于6时≤5)UV254(cm-1)0.030-0.045(0.038)-DOC(mg/L)2.798-4.716(3.867)-pH值7.35-8.17(7.74)6.5-8.5氨氮(mg/L)0.020-0.16(0.072)≤0.5菌落总数(CFU/mL)3-5≤100总大肠菌群数(CFU/100mL)nd每100mL水样不得检出旭化成柱式膜出水满足生活饮用水卫生标准（GB5749-2006)要求，出水水质良好。旭化成柱式膜出水THMs去除率(%)滦河水>30k30k-10k10k-3k3k-1k<1k混凝过程27.243.056.99.043.711.2膜分离过程21.833.246.14.713.57.7总去除43.161.976.813.326.818.0THMs(μg/L)CHCl3(μg/L)CHBrCl2(μg/L)CHBr2Cl(μg/L)CHBr3(μg/L)余氯(mg/L)柱式膜出水19.93-47.74(33.79)18.24-38.57(27.27)1.69-4.96(2.91)0-4.21(3.61)nd0.38-0.49(0.41)滦河水与柱式膜出水各分子量区间THMFP的对比滦河水与旭化成柱式膜出水分子量分布

滦河水与出水在不同分子量区间的对比情况（以DOC

计）

滦河水与出水在不同分子量区间的对比情况（以UV254

计）滦河水与旭化成柱式膜出水分子量分布对比滦河水和柱式膜系统出水，以DOC和UV254表征的MW>10kDa的有机物得到大幅度的去除；在各个分子量区间，UV254去除率高于DOC；在分子量介于10k-3kDa和<1kDa区间，有机物出现负增长现象。旭化成柱式膜稳定运行阶段的膜污染

从2006年10月30日至2007年4月9日，累计运行154d，共产水2.3×104m3，平均每平方米膜产水153.3m3。EFM程序：膜浸泡在低浓度的化学药剂中，每隔3min曝气20s。间隔24h，执行时间60min。效果：膜污染速率降低到原来的15.3%，显著延长了稳定运行时间，大大降低了化学清洗的频率。引入EFM后膜比通量的变化趋势三、旭化成微滤系统膜反洗水的回收处理

旭化成微滤系统的出水水质满足《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）要求，但系统的产水率仅为90.9％。为提高中试系统的产水率，在2007年4月～2007年8月运行了一套小试规模的混凝—微滤系统处理中试系统中排放掉的膜反洗水（Membranebackwashwater,MBW），使系统的总水回收率提高到了98.0％，试验结果表明小试膜出水水质良好，满足标准要求，出水指标优于中试膜出水。小试混凝－微滤系统流程图小试混凝－微滤系统装置图小试混凝－微滤系统运行参数膜面积：0.4m2；膜孔径：0.22μm；设计膜通量：15L/h·m2;气水比：15:1；水力停留时间：混凝反应器27min，膜反应器40min；排泥：24h；混凝剂：FeCl3·6H2O，投加量15mgFeCl3/L；吸附剂：PAC，投加量15mg/L，分三次投加到膜反应器。MBW与滦河水(LRW)的水质特征ParametersMBWLRWTurbidity(NTU)3.14～9.631.41～3.98DOC(mg/L)4.797～8.3363.247～4.885UV254(cm-1)0.043～0.0540.043～0.053CODMn(mg/L)4.86～8.162.87～4.19SUVA(L/mg·m)0.552～0.9560.810～0.984THMFP(μg/L)170～28460～205pH7.58～8.238.16～8.63MBW的水质差于滦河水，MBW的DOC、THMFP和浊度均高于滦河水中含量，而两者UV254浓度差别不大。MBW与LRW的分子量分布特征ParameterTotalvalue>30kDa30k-10kDa10k-3kDa3k-1kDa<1kDaDOCinMBW(mg/L)5.7312.4930.7410.1690.6091.719DOCinLRW(mg/L)4.5680.2270.3240.7620.8222.433RDOC1.2511.02.290.2220.7410.707UV254inMBW(cm-1)0.0530.0080.0030.0110.0100.021UV254inLRW(cm-1)0.0520.0030.0110.0070.0100.021RUV2541.02.70.271.61.01.0Note:RDOC为MBW与滦河水DOC在不同MW段的比值；

RUV254为MBW与滦河水UV254在不同MW段的比值。MBW与LRW的分子量分布特征MBW中MW>10kDa大分子DOM含量明显高于LRW，而MW<10kDa的DOM含量小于LRW；MBW上清液中对有机物的浓缩集中在MW>10kDa的大分子区间内；MBW经沉淀处理后直接回用到中试处理系统前端时，难以保证对有机物的良好去除；MBW中投加PAC比投加到滦河水中经济性更高；新建一套混凝－微滤反应器处理MBW，通过强化混凝和投加PAC提高对MBW的处理效果，使其出水水质满足生活饮用水卫生标准要求，提高中试系统的回收率。PAC的Freundlich吸附等温线相同平衡浓度条件下，PAC对MBW中有机物的吸附容量高于LRW;DOC的平衡浓度越低时，PAC在两水中的吸附容量差值越大；PAC投加到MBW中经济性更高。PAC对MBW和LRW中DOC表征的有机物吸附等温线小试混凝－微滤系统对MBW有机物的去除ParameterAveragevalueofDOCandUV254fromApriltoJunein2007MBWbycoagulationbycoagulation/PACadsorptionbycoagulation/PACadsorption-MFDOC(mg/L)5.7314.6454.0513.377Removalrate(%)-18.929.341.1UV254(cm-1)0.0470.0430.0330.030Removalrate(%)-8.529.836.2混凝、PAC吸附和膜截留均对MBW中有机物有去除作用；混凝剂吸附大分子有机物，PAC和混凝絮体继续吸附水中较小分子量有机物，微滤膜有效的截留了混凝絮体和PAC颗粒。MBW处理后出水分子量分布MBW与处理后出水的DOM分子量分布（以DOC计）MBW与处理后出水的DOM分子量分布（以UV254计）MBW处理后出水分子量分布PAC能够有效提高混凝－微滤系统对有机物的去除效果；MBW处理后的DOC和UV254浓度低于旭化成中试出水；MBW中MW>30kDa的大分子有机物得到了有效去除；MBW中DOC的去除率高于UV254；中试出水中存在的小分子有机物负增长现象在小试出水中没有出现。小试混凝－微滤系统出水中的THMs浓度SamplesTHMs(μg/L)CHCl3(μg/L)CHBrCl2(μg/L)CHBr2Cl(μg/L)CHBr3(μg/L)residualchlorine(mg/L)MBW1821244017nd0.4ThetreatedwaterfromMBW3011146nd0.4ThetreatedwaterfromLRW70302119nd0.4氯消毒过程中产生的THMs小试出水中CHCl3、CHBrCl2和CHBr2Cl浓度均低于卫生标准规定；小试出水中CHCl3、CHBrCl2和CHBr2Cl浓度均低于中试出水相应浓度。nd:notdetectedMBW中THMFP的去除MBW、小试出水和LRW中THMFP在不同分子量区间内分布MBW中MW>30kDa和MW<1kDa的有机物产生了最多量的THMFP;MBW经过混凝－微滤工艺处理后出水中MW>30kDa区间内的THMFP得到了显著去除；MBW经过混凝－微滤工艺处理后出水中THMFP的浓度低于LRW中THMFP浓度。小试出水的浊度分析小试混凝－微滤工艺出水浊度均低于0.10NTU。小试混凝－微滤工艺出水浊度分析小试出水的细菌数量SamplesBacteria(CFU/mL)Coliforms(CFU/L)1st2nd3rd1st2nd3rdMBW7.9×1037.7×1042.2×1031.4×1035.8×1040.9×103Thetreatedwaterfromcoagulation-MFsystem24410NDNDNDMBW与小试出水的细菌数和大肠菌群数混凝－微滤系统可以保证MBW处理后出水的微生物学指标安全。五、总结旭化成柱式微滤膜和膜天帘式微滤膜的出水均满足卫生标准的要求，运行稳定；膜公称孔径和混凝剂投加量的差别，帘式膜系统处理效果略差于柱式膜系统；滦河水中溶解性的有机物以小分子物质为主，产生THMs的主要物质是小分子量的有机物。提高这部分有机物的去除率可以有效地降低出水的卤代活性；旭化成柱式膜和膜天帘式膜的出水均