饮用水的深度处理组合工艺技术尹延梅1，席雪洁1，戴海平1，柯永文1，朱宏哲2（1.天津膜天膜科技股份有限公司，天津300457；2.天津工业大学环境与化学工程学院，天津300387）摘要：采用砂滤+超滤（UF ）、气浮+UF 和椰壳炭砂滤+UF 3种组合工艺处理微污染水，研究3种工艺对污染水的浊度、藻类、UV 254和细菌总数等污染物的去除效果，以及不同组合工艺中膜污染的变化趋势.结果表明：3种组合工艺的产水浊度均能控制在0.1NTU 左右，细菌总数为0CFU/L ；椰壳炭砂滤+UF 对UV 254、氨氮和藻类等的去除效果显著优于砂滤+UF 和气浮+UF ，减轻了水中的嗅和味；椰壳炭+UF 与气浮+UF 、砂滤+UF 相比，跨膜压差（TMP ）变化趋势平缓，运行稳定，更适合用于饮用水深度处理.关键词：膜技术；饮用水深度处理；组合工艺技术；藻类中图分类号：TS102.528.1；R123.6文献标志码：A文章编号：1671－024X （2014）02－0019－03Combination techniques for deep treatment of tap waterYIN Yan-mei 1，XI Xue-jie 1，DAI Hai-ping 1，KE Yong-wen 1，ZHU Hong-zhe 2（1.Tianjin Motimo Membrane Technology Co Ltd ，Tianin 300457，China ；2.School of Environmental and Chemical Engineering ，Tianjin Polytechnic University ，Tianjin 300387，China ）Abstract ：Three kinds of combination processes about sand filter +ultrafiltration （UF ），the air flotation +UF and coconut shellcharcoal filter +UF are developed to treat surface water.The removal performance of different combination techniques for turbidity ，algae ，UV 254，bacteria and other contaminants is investigated ，and the membrane fouling in combination techniques is analyzed.The results show that the turbidity can be controlled at around 0.1NTU and the total number of bacteria is 0CFU/L for the permeate water of three kinds of combination process.Due to the coconut shell charcoal filter +UF for the removal efficiency of UV 254，ammonia nitrogen and algae is superior to the sand filter +UF and air flotation +UF ，it reduces the smell and taste in the pared with air flotation +UF and sand filter +UF ，the coconut shell charcoal filter +UF is more advantageous to applied to depth treatment of drinking water ，owing to the smooth transmembrane pressure （TMP ）change trend and stable running.Key words ：membrane technique ；deep treatment of drinking water ；combination technique ；algae收稿日期：2013-11-26基金项目：国家科技重大专项基金资助项目-水污染控制与治理（2011ZX07410-002）第一作者：尹延梅（1987—），女，硕士，助理工程师.E-mail ：sdyym@通信作者：戴海平（1964—），女，研究员，硕士生导师.E-mail ：daihaiping2004@天津工业大学学报JOURNAL OF TIANJIN POLYTECHNIC UNIVERSITY第33卷第2期2014年4月Vol.33No.2April 2014近年来，有机化工、石油化工、医药、农药及除草剂等工业迅速增长，造成有机化合物的产量和种类不断增加.全世界每年向湖泊、河流和海洋倾倒数十亿吨的化学品、重金属和有机污染物.与此同时，水源水中不断发现持久性有机污染物、环境激素、藻毒素等.随着水源水的污染加剧，水厂的传统水处理工艺难以有效去除水中有毒有害物质，饮用水深度处理成为发展趋势[1-2].膜技术由于具有低能耗、高效率、低成本等优点，已发展成为饮用水深度处理的核心技术[3].超滤膜几乎能将细菌、病毒以及水生生物全部去除，对藻类也有较好的截留效果，能够有效保证饮用水的微生物安全性，因此超滤膜工艺被誉为第三代城市饮用水净化核心工艺[4].超滤膜虽然具有较好的物理筛分截留能力，对颗粒物的去除效率高，但无法去除水中的低分子有机物，必须通过膜前预处理工艺减少水中的有机物含量[5-7].Joseph 等[8]通过扫描显微镜观察发现，粉末活性炭会在膜表面形成一层多孔状膜，它可以吸附水中有机物并将其去除.李星等[9]研究发现混凝+砂滤+UF 不但能提高膜处理效率，还能预防膜污染.目前的研究主要集中在组合工艺对有机物的去除，但是鲜少见到不同超滤组合工艺的对比研究，以及其对藻类的去除、膜后微生物特性和消毒安全方面的研究.本文对比研究了网格絮凝沉降+椰壳炭砂滤+UF 、网格絮凝沉降+砂滤+UF 和气浮+UF 组合工艺的净化效果，并分析了组合工艺对藻类的去除效果以及超滤产水的微生物安全性.天津工业大学学报第33卷1试验部分1.1原水水质特点实验原水取自金坛某湖泊水，每年5~8月藻类大量繁殖，水厂出水中带有泥腥味，水源污染严重.其主要的水质指标如表1所示.1.2试验流程及方法工艺流程图如图1所示.由于原水中藻类较多，因此采用浸没式膜过滤（SMF ）技术.使用的膜组件为天津膜天膜科技股份有限公司提供的PVDF 中空纤维超滤膜组件，公称孔径为0.03μm ，膜面积为35m 2，膜通量为80L/（m 2·h ），恒通量运行；网格絮凝和气浮均采用氯化铝混凝剂，质量浓度为25mg/L ；炭砂滤使用的活性炭为椰壳炭.3种组合工艺分别为：网格絮凝沉降+炭砂滤+UF 、网格絮凝沉降+砂滤+UF 和气浮+UF.1.3分析方法采用哈希HACH2100P 便携式浊度仪测定浊度；采用纳氏试剂分光光度法测定氨氮；采用紫外可见分光光度法测定UV 254；采用哈希HI93737色度仪测定色度；采用PHS-25型pH 计测定pH 值；采用国标GB4789.2-2010方法测定细菌总数；采用TH4-200奥林巴斯置式显微镜法测定藻类.2结果与讨论2.1不同工艺段产水浊度变化饮用水中浊度主要由泥土、粉砂、微细有机物、无机物、浮游生物等悬浮物和胶体物构成.水中的病毒主要附着在悬浮颗粒物上，只要将水中的浊度降低到0.5NTU 以下，就可以大大降低病毒性传染病的爆发.不同工艺段的产水浊度如图2所示.由图2可知，气浮产水浊度在1.6NTU ，不能满足饮用水水质标准1NTU 的要求；砂滤和椰壳炭砂滤后产水为0.5NTU 左右，虽然满足饮用水水质标准1NTU 的要求，但是对于病毒和微生物的传播风险依然存在.实验原水经过3种不同预处理工艺后再采用超滤膜处理，产水浊度均在0.1NTU 左右，降低了病毒传播的几率.图2表明，3种组合工艺产水水质稳定，进一步提高了饮用水水质，保障了饮用水安全.2.2不同工艺段产水藻类变化对于饮用水危害较大的主要有蓝藻、绿藻、硅藻、星杆藻和带色鞭毛藻等.藻类可使饮用水产生嗅和味，生长粘性物质，影响水处理工艺的正常运转，腐蚀和污染配水管.不同工艺段的产水藻类如图3所示.由图3可知，经过砂滤、椰壳炭砂滤和气浮后，水中藻类分别为12000、5400和32000个/L ，再分别经过超滤后，降低至2000、720和3600个/L.图3表明，超滤能大大降低水中藻类的个数，减轻了由于藻类造成的异味；椰壳炭砂滤+UF 优于砂滤+UF 和气浮+UF ，产水无异味，改善了饮用水水质.2.3不同工艺段产水UV 254变化UV 254反映了水中具有共轭双键结构的有机物含量，研究表明，UV 254与氯消毒副产物生成势有一定的相关性.不同工艺段的产水UV 254如图4所示.由图4可知，超滤对UV 254的去除效果不显著，椰壳炭由于吸附作用，能够显著降低水中的UV 254.椰壳炭砂滤+UF 对UV 254的去除效果显著优于砂滤+UF 、气表1原水主要水质指标Tab.1Average characteristics of raw water水质参数浊度/NTU 色度/倍COD Mn /（mg ·L -1）UV 254/cm -1藻类/（个·L -1）细菌总数/（CFU ·L -1）pH 平均值28155.380.0764500004807.43图1工艺流程图Fig.1Schematic diagram of process气浮+UF工艺类型浊度/N T U1.61.41.21.00.80.60.40.20.0气浮炭滤炭滤+UF 砂滤+UF 砂滤图2不同工艺段产水浊度Fig.2Turbidity of produced water with different processes气浮+UF工艺类型藻类/（个·L -1）30000250002000015000100005000气浮炭滤炭滤+UF 砂滤+UF 砂滤图3不同工艺段产水藻类Fig.3Algae of produced water with different processes净水池炭砂滤砂滤气浮超滤（UF ）原水网络絮凝沉降网络絮凝沉降20——第2期浮+UF ，能够进一步降低消毒副产物的生成.2.4其他污染物指标的变化自来水中氨氮不仅影响水的嗅和味，而且进入人体后生成亚硝酸盐，影响人体健康；另外水中的细菌总数影响水厂中加氯消毒的投药量.因此本研究考察了不同组合工艺的产水COD Mn 、氨氮和细菌总数的变化情况，结果如表2所示.由表2可知，不同组合工艺的超滤产水中细菌总数均为0，能够减少加氯消毒的药剂投加量；COD Mn 均小于3mg/L ，氨氮在0.2mg/L 以下，均满足饮用水水质标准.另外，炭砂滤+UF 的产水水质分别为：COD Mn 为0.95mg/L ，细菌总数为0，氨氮为0.05mg/L ，其产水水质均优于砂滤+UF 和气浮+UF.2.5不同组合工艺TMP 变化考察3种不同组合工艺的膜污染情况，以分析其作为饮用水深度处理技术的可行性，结果如图5所示.由图5可知，砂滤+UF 、炭砂滤+UF 和气浮+UF3种不同组合工艺在20d 内的跨膜压差变化均呈现增长趋势；并且跨膜压差变化趋势为：气浮+UF>砂滤+UF>椰壳炭砂滤+UF ，说明椰壳炭+UF 跨膜压差增长趋势平缓，运行稳定.3结论（1）所采用的3种不同组合工艺均能将出水浊度控制在0.1NTU 左右，并且预处理工艺对出水浊度无影响.（2）3种不同组合工艺在一定程度上能提高藻类、细菌总数、UV 254有机物和氨氮的去除效果；椰壳炭+UF 联用工艺能显著增强各污染物的去除效果，降低水中的嗅和味.（3）椰壳炭+UF 与气浮+UF 、砂滤+UF 相比，跨膜压差变化趋势平缓，运行稳定，更适用于饮用水深度处理.参考文献：[1]ROBERT D.Advance of membrane technique in the treatment of drinking water [J].Water Condition and Purification ，1998，40（2）：25-30.[2]张燕，王捷，张宏伟，等.混凝-微滤处理微污染原水工艺优化及膜污染的研究[J].天津工业大学学报，2009，28（1）：10-15.[3]肖贤明，刘光汉，潘海祥，等.微污染饮用水深度处理组合工艺技术研究[J].环境科学学报,2000，20（9）：69-74.[4]李圭白，杨艳玲.第三代城市饮水净化工艺———超滤为核心技术的组合工艺[J].给水排水，2007，33（4）：1-6.[5]罗兴旺，李凯，梁恒，等.二次在线混凝对浸没式超滤膜性能的影响[J].中国给水排水，2011，27（9）：1-4.[6]许航，陈卫，袁哲，等.超滤膜与不同处理工艺组合处理湖泊水的中试研究[J].土木建筑与环境工程，2010，32（3）：149-153[7]GUIGUI C ，ROUCH J C ，DURAND Bourlier L ，et al.Impact of coagulation condition on the in-line coagulation/UF process for drinking water production [J].Desalination ，2002，147（1/2/3）：95-100.[8]PARK K ，LEE C H ，CHOI S J ，et al.Effect of the removal of DOMs on the performance of a coagulation-UF membrane sys －tem for drinking water production[J].Desalination 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