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(diǎn)是，它可以有效清除水中的懸浮物、細(xì)菌、病毒和一些大規(guī)模的有機(jī)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(jī)物,而對于小分子有機(jī)物的截留率有限。所以,對受有機(jī)物污染嚴(yán)重的原水,要去除水中有毒害的有機(jī)污染物,需要將超濾與去除有機(jī)物的技術(shù)進(jìn)行組合運(yùn)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(jī)物結(jié)合成微絮凝體,這些微絮凝體通過超濾膜時(shí)被截留,從而有效地去除了水中可凝聚小分子有機(jī)物和大分子有機(jī)物。粉末活性炭對低分子有機(jī)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(jī)物的去除率,而且可以有效緩解膜污染。某水廠以有機(jī)物含量高、藻類污染嚴(yán)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(jī)污染物,濾后出水采用氯消毒存在微生物及化學(xué)風(fēng)險(xiǎn)。針對上述問題,本試驗(yàn)選用四種不同的超濾組合工藝對水廠原水進(jìn)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(gè)方面對不同超濾組合工藝出水氯消毒安全性進(jìn)行綜合評價(jià)。1試驗(yàn)材料和方法1.1平均底定值試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)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(jìn)水通過恒位水箱進(jìn)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)?？諝獗眠B續(xù)向反應(yīng)器內(nèi)曝氣以提供溶解氧、進(jìn)行攪拌混合并清洗膜絲表面。1.3細(xì)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(jì)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(jì)數(shù)法測定細(xì)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(jìn)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(biāo)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?；炷恋?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(dá)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(dá)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(yàn)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(yàn)結(jié)果可知,混凝沉淀-粉末活性炭-超濾工藝的各項(xiàng)常規(guī)指標(biāo)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(shí)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(biāo)準(zhǔn)。氯的衰減主要是由于對微生物的滅活,有機(jī)物的氧化分解,以及自身的分解引起的。可見,粉末活性炭對有機(jī)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(shí)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(shí)間對水中消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生量有較大影響,反應(yīng)時(shí)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(dá)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(jī)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(shí)水質(zhì)能達(dá)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(diǎn)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(xì)菌對AOC利用引起的濃度下降部分。由于氯與有機(jī)物反應(yīng)生成AOC較快,因此在反應(yīng)的較短時(shí)間內(nèi)AOC含量增加較快,然后逐漸緩慢。水中存活的細(xì)菌能利用水中有機(jī)營養(yǎng)基質(zhì)進(jìn)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(shí),由于其自身分解和死亡也會(huì)向水中釋放AOC,使AOC濃度增大。方華研究表明,氯氧化有機(jī)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(huì)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(xì)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(xì)菌總數(shù)和大腸桿菌的量。沉淀池出水細(xì)菌總數(shù)為10000CFU/mL,大腸桿菌為1000CFU/(100mL)?？梢钥吹?24h內(nèi)四種工藝對細(xì)菌、大腸桿菌均可達(dá)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(huì)有細(xì)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(shí)間內(nèi)保持很高的含量,從而使細(xì)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(yuǎn)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(jī)營養(yǎng)基質(zhì)進(jìn)行生長繁殖,具有極強(qiáng)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?yàn)樵诩尤胂緞┑某跏茧A段,由于氯化反應(yīng),水中大分子有機(jī)物被降解為小分子有機(jī)物,小分子有機(jī)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(jī)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(xì)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(jī)物的吸附作用跟超濾能有效去除水中的懸浮物、細(xì)菌、和部分大分子有機(jī)物結(jié)合在一起,能大大提高對有機(jī)物的去除率,對UV254的去除率達(dá)