超濾組合工藝對水庫出氯消毒效果的影響

超濾組合工藝對水庫出氯消毒效果的影響

基于濾濾的下一代飲用水處理技術(shù)是近年來開發(fā)的一種新技術(shù)。其顯著優(yōu)點是，它可以有效清除水中的懸浮物、細菌、病毒和一些大規(guī)模的有機物。該工藝越來越多的用于城市水廠中。但是,超濾截留的主要是大分子有機物,而對于小分子有機物的截留率有限。所以,對受有機物污染嚴重的原水,要去除水中有毒害的有機污染物,需要將超濾與去除有機物的技術(shù)進行組合運用。目前,研究比較多的超濾組合工藝主要包括混凝-超濾、活性炭-超濾、混凝-活性炭-超濾等組合工藝?；炷剐》肿佑袡C物結(jié)合成微絮凝體,這些微絮凝體通過超濾膜時被截留,從而有效地去除了水中可凝聚小分子有機物和大分子有機物。粉末活性炭對低分子有機物有較好的吸附作用,將其跟超濾結(jié)合在一起,不僅能大大提高對有機物的去除率,而且可以有效緩解膜污染。某水廠以有機物含量高、藻類污染嚴重的微污染水為水源,通過常規(guī)的處理工藝并不能有效去除致病微生物及有機污染物,濾后出水采用氯消毒存在微生物及化學(xué)風險。針對上述問題,本試驗選用四種不同的超濾組合工藝對水廠原水進行處理,比較了超濾為核心的不同組合工藝的凈水效果,考察了各組合工藝出水氯消毒對異養(yǎng)菌的滅活效果、持續(xù)消毒能力,研究了余氯的衰減、消毒副產(chǎn)物的生成以及對水質(zhì)生物穩(wěn)定性的影響,從生物安全性和化學(xué)安全性兩個方面對不同超濾組合工藝出水氯消毒安全性進行綜合評價。1試驗材料和方法1.1平均底定值試驗原水取自某水庫原水,原水濁度在13.3~20.0NTU,平均值為16.65NTU;CODMn值在3.09~4.26mg/L,平均值為3.68mg/L;UV254值在0.045~0.055cm-1,平均值為0.050cm-1。1.2超濾膜組件裝置本試驗選擇水廠常規(guī)工藝和三種不同超濾組合工藝。工藝Ⅰ:混凝沉淀-V型濾池;工藝Ⅱ:混凝沉淀-V型濾池-超濾;工藝Ⅲ:混凝沉淀-超濾;工藝Ⅳ:混凝沉淀-粉末活性炭-超濾。其中,超濾膜組件裝置圖如下:本試驗中,所用膜組件為束狀中空纖維膜,聚氯乙烯(PVC)材質(zhì),膜孔徑0.01μm,膜通量10L/(m2·h)。膜組件直接浸入在反應(yīng)器中,進水通過恒位水箱進入到反應(yīng)器中,出水通過抽吸泵直接從膜組件中抽出。在膜組件和抽吸泵之間設(shè)置真空表,監(jiān)測跨膜壓差(TMP)。空氣泵連續(xù)向反應(yīng)器內(nèi)曝氣以提供溶解氧、進行攪拌混合并清洗膜絲表面。1.3細菌總數(shù)測定濁度采用Turb550型濁度儀測定;CODMn采用酸性高錳酸鉀法測定;UV254采用TU-1800型紫外可見分光光度計測定;氨氮采用納氏試劑分光光度法測定;亞硝酸鹽氮采用重氮偶合分光光度法測定;消毒副產(chǎn)物采用氣相色譜法測定,氣相色譜儀為安捷倫GC6890N型;總大腸菌群采用濾膜法檢測;用平板計數(shù)法測定細菌總數(shù);余氯采用便攜式S-CL501五參數(shù)快速測定儀;水中AOC采用改進了的先后接種法,產(chǎn)率系數(shù)采用自行測得的數(shù)據(jù):Y(P17)=1.7×107CFU/μgac-C,Y(NOX)=2.96×107CFU/μgac-C。2結(jié)果與討論2.1各工藝的去除效果比較不同組合工藝出水常規(guī)指標如表1所示。由表1可看出,增加超濾工藝的出水濁度明顯低于未加超濾的。水的濁度主要是由水中的懸浮顆粒、膠體、微生物引起的,超濾膜通過其物理篩分作用,能有效降低出水濁度,相比常規(guī)工藝有明顯的優(yōu)勢。混凝沉淀-V型濾池、混凝沉淀-V型濾池-超濾、混凝沉淀-超濾工藝對UV254幾乎沒有去除率,而加了粉末活性炭工藝,UV254明顯降低,去除率達64%,可見UV254的去除是由于活性炭的吸附作用。各工藝對CODMn都有一定去除,而超濾膜與粉末活性炭的組合工藝去處效果最佳,去除率達到57.9%。各工藝對氨氮都有一定的去除,混凝沉淀-V型濾池-超濾與混凝沉淀-超濾工藝對氨氮的去除率接近,且優(yōu)于混凝沉淀-V型濾池工藝,相比較,加了粉末活性炭的工藝對氨氮的去除效果最為明顯,這是由于本試驗超濾膜反應(yīng)器中連續(xù)曝氣,這就形成了兼有以超濾膜為載體的生物接觸氧化池,加有粉末活性炭的組合工藝則兼有一定程度上的膜生物反應(yīng)池MBR的功能,增加了氨氮轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽氮或硝酸鹽氮的作用。由上述試驗結(jié)果可知,混凝沉淀-粉末活性炭-超濾工藝的各項常規(guī)指標均優(yōu)于其他三種工藝,如表1所示。2.2余氯的衰減圖2是各組合工藝出水余氯隨接觸時間的衰減曲線。初始加氯量均為2.0mg/L?？梢钥吹?四種工藝出水余氯衰減趨勢均先快后慢,其中混凝沉淀-粉末活性炭-超濾工藝出水的余氯量衰減最緩慢,72h后水中余氯量為0.5mg/L,仍然符合生活飲用水衛(wèi)生標準。氯的衰減主要是由于對微生物的滅活,有機物的氧化分解,以及自身的分解引起的?？梢?粉末活性炭對有機物有很好的吸附作用,從而間接減緩了余氯的衰減速度。2.3氯化反應(yīng)時間由圖3可看到,在加氯的6h之內(nèi)混凝沉淀-V型濾池、混凝沉淀-V型濾池-超濾、混凝沉淀-超濾工藝出水中THMs的量急劇增加,而后,增加較為緩慢。許多研究表明,氯化反應(yīng)時間對水中消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生量有較大影響,反應(yīng)時間越長,產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物量越多。相比之下,混凝沉淀-粉末活性炭-超濾工藝出水THMs的量明顯少于其它工藝出水且增長一直較緩慢。Collins發(fā)現(xiàn)三鹵甲烷形成潛力(THMFP)主要是由分子質(zhì)量小于10000的分子引起的。粉末活性炭吸附主要去除分子量在500~1000和1000~3000,去除率分別達到21.52%和24%。從而減少了消毒副產(chǎn)物的前驅(qū)物質(zhì),使消毒副產(chǎn)物的生成量控制在10μg/L以下。2.4凝沉淀-v型濾池工藝及加氯氧化有機物反應(yīng)由圖4可知,這四種工藝出水AOC變化趨勢跟THMs變化趨勢相似:在加氯后的6h內(nèi)增加較快,然后緩慢增加趨于平緩。并且,混凝沉淀-粉末活性炭-超濾工藝出水AOC含量最低,均低于100μgac-C/L?；炷恋?V型濾池-超濾與混凝沉淀-超濾工藝出水AOC含量基本相同,大約為200~300μgac-C/L。而混凝沉淀-V型濾池工藝出水AOC含量較大,最大將近600μgac-C/L。1996年Lechevallier提出在有氯的條件下,保持AOC濃度50~100μgac-C/L時水質(zhì)能達到生物穩(wěn)定性。所以,混凝沉淀-V型濾池工藝出水很不利于出水生物穩(wěn)定性。已知,加氯后管網(wǎng)中任一點AOC的濃度等于加氯前水樣中AOC的濃度與加氯后氯氧化作用使AOC濃度增加部分之和再減去細菌對AOC利用引起的濃度下降部分。由于氯與有機物反應(yīng)生成AOC較快,因此在反應(yīng)的較短時間內(nèi)AOC含量增加較快,然后逐漸緩慢。水中存活的細菌能利用水中有機營養(yǎng)基質(zhì)進行生長繁殖而使AOC濃度降低。但是,異養(yǎng)菌在利用AOC的同時,由于其自身分解和死亡也會向水中釋放AOC,使AOC濃度增大。方華研究表明,氯氧化有機物生成AOC是氯氧化過程中的主導(dǎo)反應(yīng)。所以加氯消毒后水中AOC濃度會增加。由圖3、圖4還可以看出,水中AOC含量越高,生成的消毒副產(chǎn)物越多,因此在水處理中有效去除AOC的含量,既可以提高飲用水的生物穩(wěn)定性,又可以減少消毒副產(chǎn)物的生成,這與劉文君的研究結(jié)果類似。2.5種20mn的水中細菌和大腸桿菌生長表2、表3為各工藝出水加消毒劑后對細菌總數(shù)和大腸桿菌的量。沉淀池出水細菌總數(shù)為10000CFU/mL,大腸桿菌為1000CFU/(100mL)。可以看到,24h內(nèi)四種工藝對細菌、大腸桿菌均可達到100%的去除。隨著水中余氯的降低,48h以后混凝沉淀—V型濾池、混凝沉淀—V型濾池—超濾、混凝沉淀—超濾工藝出水中,會有細菌和大腸桿菌出現(xiàn)。由于混凝沉淀—粉末活性炭—超濾工藝的出水中余氯能在很長的時間內(nèi)保持很高的含量,從而使細菌和大腸桿菌的去除率仍為100%,可保證供水安全。2.6混凝沉淀-v型濾池對異養(yǎng)菌回復(fù)突變的影響由圖5可知,各工藝出水中HPC數(shù)目先減少,在8h幾乎均為0,然后緩慢增加,后又增長加快。并且,混凝沉淀-V型濾池-超濾、混凝沉淀-超濾、混凝沉淀-粉末活性炭-超濾工藝出水中HPC數(shù)目遠小于混凝沉淀-V型濾池工藝出水中的數(shù)目。異養(yǎng)菌利用水中有機營養(yǎng)基質(zhì)進行生長繁殖,具有極強的生存能力,其量應(yīng)與水中AOC含量有一定的關(guān)系,但是從圖4和圖5可看出,這兩者并不呈線性關(guān)系,但是可以看出,HPC的變化較AOC的變化具有滯后性?？赡苁且驗樵诩尤胂緞┑某跏茧A段,由于氯化反應(yīng),水中大分子有機物被降解為小分子有機物,小分子有機物被降解為二氧化碳和水,使水中HPC減少,但后來隨著AOC的增加,即水中易被生物降解的有機物含量增加,HPC又跟著增加。直到72h,只有混凝沉淀-粉末活性炭-超濾工藝中HPC數(shù)目小于100CFU/mL。3混凝沉淀-粉末活性炭-超濾-+蒸發(fā)消除液u/l(1)與水廠常規(guī)工藝相比,超濾膜通過其物理篩分作用,能有效去除水中的顆粒物、細菌,使出水濁度降低至0.1NTU以下。(2)在這三種超濾組合工藝中,混凝沉淀-粉末活性炭-超濾組合工藝具有最佳的凈水效果。該工藝中,粉末活性炭對低分子有機物的吸附作用跟超濾能有效去除水中的懸浮物、細菌、和部分大分子有機物結(jié)合在一起,能大大提高對有機物的去除率,對UV254的去除率達