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超滤膜组合工艺处理含铁地下水的效能
作者:管理员    发布于:2016-04-14 08:42:59    文字:【】【】【

  超滤膜组合工艺处理含铁地下水的效能郭绍东梁恒陈杰2,瞿芳术李倩3,丁安李圭白1(1.哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点,完整流程为:曝气一锰砂过滤一超滤。在锰砂罐处设置了旁通管,可以略去锰砂过滤阶段,试验过程由自控系统控制。

  鼓风机min反洗40s;产水通量为66L/(mh),反洗通量为90L/(m2.h)。曝气池兼有调节池和跌水池的作用,且水量可控。锰砂罐体积为2m3,内填高度为1m的均质滤料,粒径为48mm.滤后水箱作为超滤前的调节水箱。

  1.3工艺组合工艺一:机械鼓风曝气预处理+超滤膜组合工艺。

  工艺二:次氯酸钠氧化预处理+超滤膜组合工艺。

  工艺三:跌水曝气/机械鼓风曝气+锰砂预过滤+超滤膜组合工艺。

  1.4检测项目及方法试验中检测了原水、锰砂滤后水、超滤产水的总铁含量和浊度。每次取样后现场测量三次取平均值。其中,浊度:哈希2100Q便携式浊度仪,铁:便携式7100型光度计,跨膜压差:真空表,pH值:便携式pH计,微生物指标:滤膜法。

  2结果与讨论2.1工艺一的除铁效果农村地区饮用水很少使用消毒剂,于是考察了机械鼓风曝气预处理+超滤膜组合工艺产水的微生物学指标。原水的细菌总数和总大肠菌群数分别为和248.1MPN/100mL,出水的均为零,浊度从15.9NTU降到0. 1NTU以下,组合工艺对微生物及浊度的去除率几乎达到了100.机械曝气预处理+超滤膜组合工艺对地下水中铁和浊度的去除效果如表1所示。膜通量对产水浊度没有影响,产水浊度均小于0.1NTU,对其去除率达到了99以上。因为超滤膜的孔径为0.01pm,基本能筛除所有颗粒物。对曝气时间和曝气量做单因素分析,发现其与浊度的皮尔森系数(P)<0.01,表明曝气时间和曝气量对超滤进水浊度的影响较大,这是由于亚铁被氧化后形成了沉淀,氧化越充分则产生的浊度越高。这与其他研究者发现的高浓度铁会产生较高浊度的结果相一致。当气水比为10时,在设定的曝气时间范围内,超滤产水总铁浓度均小于0.05mg/L,远低于生活饮用水卫生标、准(GB5749―2006)中的规定值。当气水比为5、曝气时间为5min时,超滤产水铁含量在0.3mg/L左右;当曝气时间分别为10和20min时,超滤产水铁含量分别能稳定在0.07和0.05mg/L以下。综合产水水质和经济因素,气水比为5、曝气时间为10 min,是实际生产中较优的运行参数。

  表1曝气条件对去除浊度和铁效果的影响曝气时气水比曝气后浊产水浊除浊原水铁/出水铁/除铁率/ 2.2工艺二的除铁效果在整个试验过程中超滤膜出水浊度均小于0. 1NTU,证明了超滤膜在除浊方面的巨大优势。当不投加NaClO时,超滤产水铁浓度为1.20mg/L,去除率达到了48.1.这是由于水自身溶解的氧气氧化造成的。如果不曝气或不投加强氧化剂,水中的溶解氧很难将二价铁完全氧化。次氯酸钠具有强氧化性,能够迅速地把二价铁氧化为三价铁,而且还能水解产生氢氧根离子,因而可以通过投加次氯酸钠然后进行超滤将铁去除(理论上氧化1. +需0.67mgNaClO)。当次氯酸钠的投量为1.00mg/L时,超滤产水总铁浓度能达到0.(见表2),次氯酸钠氧化了水中氧气不能氧化的约1.1mg/L的亚铁,氧化效率达到了NaClO投量与除铁除浊的关系原水浊产水浊除浊原水Fe/产水Fe/除铁率/ 2.3工艺三的除铁效果考察了跌水曝气/机械鼓风曝气+锰砂过滤+超滤膜组合工艺的除铁效果。其中跌水高度为2m,水力停留时间为15min,机械曝气的气水比为5.结果见表3.机械鼓风曝气后的浊度高于跌水曝气的,原因可能是机械鼓风能够在短时间内使氧气与亚铁接触更充分,因而形成了更多的三价铁絮体。而在两种曝气方式下砂滤出水浊度分别为3. 27和2.19NTU,相差较小,可见锰砂过滤对于一些微小粒子的截留作用不明显。

  表3跌水曝气和机械曝气的除铁除浊效果项目浊度/NTU曝气后砂滤水产水曝气后砂滤水产水跌水曝气机械鼓风从表3还可以看出,在除铁方面,经锰砂罐过滤2.4不同预处理方式的跨膜压差对比后的出水总铁含量相近,除铁率分别为64. 6和当采用不同预处理方式时超滤膜跨膜压差63.8,这和去除浊度的结果相一致,表明在两种曝(TMP)的变化如所示。工艺一的TMP增长速气方式下锰砂对氢氧化铁絮体的截留效果相当。度快,工艺二的次之,工艺三的TMP增长慢。

  终经过超滤膜后产水中的铁含量都降到了0.06由于超滤膜截留了几乎所有的浊度和微生物,而引mg/L以下。起膜污染的主要原因是膜表面形成了滤饼层或凝胶层,以及膜孔被大分子、胶体等物质堵塞。在工艺一中产生的浊度高,氢氧化铁胶体含量多且粒径和膜孔径相近,容易形成滤饼层或造成膜孔堵塞,因而膜污染重;次氯酸钠预处理产生的浊度较低,且次氯酸钠是超滤膜的化学清洗剂,所以膜污染增长速率较慢;对于工艺三,锰砂过滤截留了70左右的浊度,水中胶体颗粒大量减少,因而造成的膜污染轻。综上所述,就降低膜污染而言,采用曝气+锰砂过滤的预处理方式是佳选择。

  3结论超滤膜产水浊度稳定在0.1NTU以下,未检测到微生物,有效解决了农村地区饮用水生物安全性和滤层穿透的问题。

  几种组合工艺在各自适合的条件下都能够有效除铁。当地下水中铁含量为2.20mg/L左右时,控制曝气比为5、停留时间为10min,或投加1.00mg/L的次氯酸钠,均可使超滤产水铁浓度<在三种超滤膜组合工艺中,机械曝气+超滤膜工艺的跨膜压差增长速度快,膜污染严重;次氯酸钠+超滤膜工艺的次之;机械鼓风曝气+锰砂+超滤膜工艺的增长慢,膜污染轻。因此,当原水浊度及铁含量较高时,采用机械鼓风曝气+锰砂+超滤膜的方式,可达到化学药剂零投加及减轻超滤膜负荷的目的。其中,锰砂过滤单元可以截留相当部分浊度,可防止跨膜压差快速增加,延长化学清洗周期。

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