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超滤制水工艺中不同膜组件处理效果分析
作者:管理员    发布于:2016-04-18 08:17:18    文字:【】【】【

  前言1.1试验流程近年来的研究表明,以超滤为核心的组合制水工艺是保障饮用水化学安全和生物安全的有效技术,是能够体现节能环保的绿色净水技术2009年以来在国内大型市政给水工程中的应用越来越多。超滤组合工艺能否经受实践的考验发展成为城市供水领域的第三代净水工艺,关键在于超滤膜组件能否满足要求。当前国内外市场上的超滤膜生产商很多,制作工艺和运行方式差别较大,在激烈的市场竞争中选择性价比高、能耗低的超滤组件成为该工艺得以推广的关键技术之一。

  1试验流程和装置试验场地位于苏南地区某自来水公司,除超滤外其余的工序均采用厂区现有的净水设施,超滤系统处理能力为250m3/d.试验分为两个阶段,阶段工艺流程如所示。第二阶段工艺流程如所示。

  1.2主要工艺参数试验采用的超滤组件均为国产大型知名品牌,制作工艺及运行方式差别较大,具有一定的代表性,表1为两种膜组件性能参数,表2为两种膜组件的运行方式。

  硫酸I目表1两种超滤组件的基本性能组件名称膜材质公称孔径膜丝尺寸(mm)过滤方式产水方式大跨膜压差通量范围允许大进水浊度(NTU)清洗方式浸没式负压抽吸气水联合PVC合金压力式内压水表2两种超滤膜组件的运行工况组件名称过滤通量过滤周期化学清洗化学增强清洗1阶段2阶段周期药液周期大跨膜压差A807030min(25min过滤+30s水洗试验在运行通量及运行周期相似条件下对两种膜组件出水浊度、藻类、CODMn、UV254、NH3-N等指标进行了对比分析。

  2.1浊度波动,平均值为0.36NTU;超滤A出水浊度在0.070.19NTU之间波动,平均值为0.1NTU,去除率为72.2;超滤B出水在0.080.22NTU之间波动,平均值为0.12NTU,去除率为66.7.第二阶段气浮出水浊度在1.42.8NTU之间波动,平均值为2.03NTU;超滤A出水浊度在0.090.33NTU之间波动,平均值0.16NTU,去除率92.1;超滤B出水在0.090.19NTU之间波动,平均值为0.12NTU,去除率为94.1.超滤出水浊度不仅达到了生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)的限值(1.0NTU),而且达到了饮用净水水质标准(C94-2005)的规定值(0.5NTU)。超滤膜对浊度的去除优势明显,受原水浊度变化影响很小。虽然没有稳定达到传统认为的0.1NTU,但仍然明显好于砂滤出水(0.30.5NTU)。应用t检验法比较两种膜组件的出水浊度数据,阶段P值为0.117,第二阶段P值为0.108,均远大于0.05,说明两种超滤组件对浊度的去除效果没有统计学意义上的显著性。

  2.2藻类/L之间波动,平均值为0.64万个/L;超滤A出水藻类数量在3601800个/L之间波动,平均值864个/L,去除率86.5;超滤B出水在3601800个/L之间波动,平均值为1080个/L,去除率83.1.第二阶段气浮出水藻类数量在2.24.8万个/L之间波动,平均值为3.56万个/L;超滤A出水藻类数量在36009000个/L之间波动,平均值为6240个/L,去除率为82.5;超滤B出水在18007200个/L之间波动,平均值为4671个/L,去除率为86.9.由于超滤公称孔径远小于藻类的细胞直径,理论上超滤膜能将藻类全部去除,但由于膜组件存在一定的破损量和断丝率,因此实际工程中总会存在一定的泄露量。分析结果显示,超滤对藻类具有非常显著的分离截留作用,相对其它工艺而言超滤膜在截留过程中对藻类细胞破坏率低,细胞内的毒素和有机物释放量小,生成副产物少,超滤在除藻方面具有明显的优势。采用超滤代替砂滤可有效避免滤池中藻类滋生问题。应用t检验法比较两种膜组件的出水藻类数据,阶段P值为0.301,远大于0.05,第二阶段P值为0.025,小于0.05.说明进水藻类浓度较低时,两种超滤组件对浊度的去除效果没有统计学意义上的显著性;进水藻类浊度较高时,从统计学意义上考虑,B组件对藻类的去除效果好于A组件。

  阶段砂滤出水CODMn在2.242.88mg/L之间波动,平均值为2.58mg/L;超滤A出水在1.68 2.53mg/L之间波动,平均值为2.25mg/L,去除率为13.0;超滤B出水在1.762.46mg/L之间波动,平均值为2.19mg/L,去除率为15.4.第二阶段气浮出水CODMn在2.84.4mg/L之间波动,平均值波动,平均值为2.46mg/L,去除率为21.96;超滤B出水在1.833.34mg/L之间波动,平均值为2.44mg/L,去除率为22.86.CODMn表征了溶解态、胶体态和颗粒态有机物的总和,超滤系统对原水中胶体态和颗粒态物质有高效的截留效能,同时去除了以胶体和颗粒状态存在的CODMn.试验期间超滤出水CODMn小于生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)限值(3.0mg/L),高于饮用净水水质标准(C94-2005)的规定值(<2.0mg/L)。由于砂滤属于深层过滤,溶解性物质与滤料接触时间较长,增加了滤料对有机物吸附去除的可能性,而超滤属于潜层过滤,对溶解性有机物的去除效果没有砂滤好。应用t检验法比较两种膜组件的出水CODMn,阶段P值为0.397,第二阶段P值为0.810,均远大于0.05.说明两种超滤组件对CODMn的去除效果没有统计学意义上的显著性。

  波动,平均值为0.052;超滤A出水UV254在0.0390.055之间波动,平均值为0.049,去除率为6.6;超滤B出水UV254在0.0420.057之间波动,平均值为0.050,去除率为4.5.第二阶段气浮出水UV254在0.0450.059之间波动,平均值为0.052;超滤A出水在0.0420.059之间波动,平均值为0.051,去除率为3.26;超滤B出水在0.0440.056之间波动,平均值为0.051,去除率为2.82.UV254表征的是水中含不饱和键的有机物,其数值与TOC及THMFP具有较好的相关性,大多数为疏水性有机物2.由于砂滤属于深层过滤,疏水性物质与滤料的接触时间比较长,被滤料吸附的可能性比较大,砂滤对UV254的去除效果较超滤好。而试验采用的超滤膜组件材质PVDF和PVC合金均为亲水性材料,UV254类有机物不易与超滤膜接触,去除效果不明显。应用t检验法比较两种膜组件的出水UV254,阶段P值为0.594,第二阶段P值为0.898,均远大于0.05.说明两种超滤组件对UV254的去除效果没有统计学意义上的显著性。

  间波动,平均值为0.11mg/L;超滤A出水在0.04 0.39mg/L之间波动,平均值为0.16mg/L,浓度提高波动,平均值为0.15瓜8几,浓度提高33.1.第二阶段气浮出水NH3-N浓度在0.10-0.40mg/L之间波动,平均值为0.19mg/L;超滤A出水在0.080.30mg/L之间波动,平均值为0.17mg/L,去除率为5.3;超滤B出水在0.100.32mg/L之间波动,平均值为0.18mg/L,去除率为4.8.结果显示,阶段超滤处理以后两种膜组件NH3-N浓度均有30以上的提高,主要是由于在过滤过程中部分有机物富集在膜表面,发生了氨化反应;另外藻类在过滤过程中在膜表面挤压部分破碎,体内的氮素进入水体也是NH3-N浓度提高的重要原因。由于进水浓度很低,试验期间一直稳定达到了GB5749-2006标准限值的要求(0.5mg/L)。第二阶段超滤进水的NH3-N浓度提高70以上,两种超滤组件对NH3-N的去除率均在5 左右。分析认为可能是由于试验期间为避免出水水箱中藻类及其它微生物的滋生,每天定量投加了部分NaCLO,对水中NH3-N具有一定的氧化作用所致。应用t检验法比较两种膜组件的出水NH3-N,阶段P值为0.897,第二阶段P值为0.717,均远大于0.05.说明两种超滤组件对NH3-N的处理效果没有统计学意义上的显著性。

  3结论试验采用的两种超滤组件,性能及运行方式差别较大,基本代表了市场上大部分超滤系统。试验结果显示,两种超滤组件出水主要检测指标均能够达到GB5749-2006规定的各项指标限制的要求,均可作为当前市政给水处理系统提标改造的备选方案,实际工程中选择膜组件应更多的考虑初期投资、使用寿命、破损量极断丝率、与现有工程的衔接及运行过程中的物耗、能耗等其它因素。

  同传统的砂滤对比,超滤对浊度、藻类及其它小颗粒物质如细菌、两虫的去除效果明显好于砂滤,对CODMn、NH3-N、UV254等反应溶解性有机物指标的去除效果没有砂滤好。当水源水受有机污染较小时,可用超滤直接代替砂滤或代替沉淀和砂滤。当原水受有机污染较严重时,须辅以其它去除有机物的工序,如活性炭吸附、高锰酸酸钾预氧化等。同时由于超滤孔径较病毒大,对病毒截留效果较差,可以辅以紫外线消毒解决病毒的问题。)采用统计学方法对两种超滤组件出水水质进行了对比分析,除藻类浓度高时B组件对藻类去除效果较为明显以外,两种组件对其余指标的处理效果均没有显著性差别。A组件对进水水质要求较低,在升级改造的过程中能够充分利用现状的处理设施,比如沉淀池、滤池,土建工程量较小,但运行通量较小,可用于市政给水净化处理,也可用于污水再生利用领域。B组件运行通量大,跨膜压差较小,但对进水水质要求较为严格,需要新建独立的处理设施,一般认为只适用于市政给水水质净化领域。从运行维护的角度考虑,A组件全部浸没在水中,检修及更换较为复杂,目前已经有了成熟的工程技术措施。B组件周围环境较好,便于检修及更换。

  (4)实验过程中两种膜组件的运行通量及跨膜压差均没有达到饱和值,实际工程中应根据具体的进水水质,进一步摸索超滤系统优运行方式,努力提高运行通量、延长过滤周期、减少反洗及化学清洗频率,减少絮凝剂的投加量,体现绿色环保的优势。

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