微污染源水凈化處理工藝的研究

1、微污染源水凈化處理工藝的研究吳志超1，曾萍1，顧國維1，俞國平1，張祥余2，殷榮強錢松宇2，于大海（1 .同濟大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海200092 2 .上海市給,水管理處，上海200092）的污染水源水進行凈化處理的工藝研究。結(jié)果表明，在試驗條件下，水源水氨氮10 mg/ L時，組合工濃度6 .0mg/ L.當向生物曝氣池內(nèi)投,加10 mg/ L粉末活性炭形成炭污泥時，出水COD降低到3 .5 mg/L 當投加量繼續(xù)增加到50 mg/L時，出水COD 3 .0 mg/ L.研究還表明，中空膜,可以應(yīng)用于混凝沉淀生物曝氣超濾工藝中，而且PAC的投加有利于膜水通量的提高。我國現(xiàn)有自來水廠處理

2、工藝主要為混凝沉淀過濾消毒，為保證處理后自來水水質(zhì)，對水源水水,質(zhì)要求COD隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我國許多地區(qū)的水源水水質(zhì)（包括地下水）已遭到不同程度的污染，例如巢湖地區(qū)少數(shù)飲用水源水的COD濃度高達15 mg/ L左右。有鑒于此，開發(fā),了生物預(yù)處理常規(guī)凈水技術(shù)的組合工藝 13，但該項技術(shù)受溫度影響較大，污染物去除率非常有限，操作要求高，無抗沖擊負荷能力。本文介紹了在實驗室內(nèi)進行新型組合凈水工,藝的研究。試驗流程、設(shè)備和分析指標1.1工藝流程（見圖1）1.2設(shè)備和分析指標微污染源水先進行混凝沉淀，每天間歇式一次操作完成，然后由進水泵定量提升進入生物預(yù)曝氣池（,采用懸浮型生物法），水力停留時間在12

3、h之間，曝氣形式為微孔曝氣。超濾膜組件形式為中空纖維，材質(zhì)為聚砜，截留分子量分別為20 000 u、環(huán)采用電磁泵。消毒采用在,消毒池內(nèi)間歇式投加次氯酸鈉溶液完成。主要分析指標為膜水通量、試驗結(jié)果和分析進水）水質(zhì)的變化情況。由圖2可見，水源水的有機污染相當嚴重，經(jīng)過混凝沉淀處理后，其COD濃度,一般仍然高達9 .15 mg/ L.同時，源水中氨氮濃度的變化幅度特別大，特別是在氣溫明顯轉(zhuǎn)換的時期。氨氮濃度一般在冬季或初春季節(jié)較高，其余季節(jié)較低，該水質(zhì)變化中國給,水排水特征非常不利于常規(guī)生物預(yù)曝氣混凝沉淀過濾工藝的進行，因為常規(guī)生物預(yù)曝氣只有在氣溫高時處理效率才高（而氣溫高時源水氨氮濃度本身就低）。

4、當冬季氣溫低，進水氨氮濃,度高時，常規(guī)生物預(yù)處理的效率又變得非常低，無法滿足飲用水水質(zhì)去除氨氮的要求。2.1對有機污染物的去除為了保證生物硝化作用的及時順利進行，也為了減輕超濾膜的污染程度，延,長清洗周期，對污染源水首先采用混凝沉淀，去除大部分的膠體和高分子有機物（混凝沉淀出水的有機物濃度如圖2所示）。在隨后進行的生物預(yù)曝氣超濾膜分離過程中，根據(jù)混合液的是,否排放，有機污染物的去除呈現(xiàn)出顯著不同的結(jié)果（分別和表2）。的去除情況mg/ L混凝沉淀出水濃度曝氣混合液濾紙濾后COD濃度膜滲透液的COD濃度的去除情況mg/ L混,凝沉淀出水濃度曝氣混合液濾紙濾后COD濃度膜滲透液的COD濃度由表1可見

5、，經(jīng)過混凝沉淀剩余的膠體和高分子有機物在生物曝氣池中的濃度依然較高，這是由于高分子有機物和膠體,可被生物極其緩慢地降解成小分子，最終成為可以透過超濾膜的物質(zhì)。同時，高分子有機物的累積也提高了膜表面凝膠極化層中污染物的濃度，擴散梯度增大，導(dǎo)致膜透過液中污染物濃度升,高。兩方面的共同作用使得膜透過液中濃度甚至高過進水的濃度。而由表2可見，當對曝氣池混合液進行適時排放時，生物曝氣池內(nèi)有機物的累積得到了明顯控制， COD濃度平均下降了,3 mg/L ，并出現(xiàn)小于進水濃度的現(xiàn)象。此時，上述高分子有機物濃差擴散引起的滲透得到有效控制，膜透過液COD濃度也明顯下降。由表1和表2還可以發(fā)現(xiàn)，截留分子量不同的,

6、超濾膜，其出水COD濃度顯著不同。在同步測定濃度有80 90 明顯低于PS200膜透過液，造成這種特殊現(xiàn)象的原因也在于膜表面污染物的累積。PS500膜的水通量高，累,積透水量大，被膜截留的污染物質(zhì)相對較多，而兩根膜共用一個生物曝氣池，微生物在PS500膜表面的截留量也明顯大于PS200膜。這樣，一方面由于PS500膜表面被截留物質(zhì),多，膜的堵塞更加嚴重，使得實際透過通道顯著減小另一方面，因為污泥的截留量多，有機物不僅在曝氣池內(nèi)得到降解，同時在透過膜的表面時，有機物也得到比PS200膜表面更多的降,解，而PS200膜透過液的COD濃度偶爾低于PS500膜透過液的現(xiàn)象與此前進行了膜清洗有關(guān)。2.2

7、對氨氮的去除進水膜類型出水進水膜類型出水由表3可知，盡管混凝沉淀出水,的氨氮濃度變氣超濾工藝仍然對氨氮具有良好的去除能力。隨著運行時間的延長和硝化細菌的增多，出水氨氮濃度越來越低，最終處于一個低水平上。表3中不同截留分子量的PS200,膜和PS500膜對氨氮的去除能力表現(xiàn)出一定的差別，且基本沒有規(guī)律。從分子量大小考慮，氨氮完全能夠順利透過PS200膜和PS500膜，但對相同的曝氣池混合液，兩種膜的透,過液氨氮濃度明顯不同，造成該現(xiàn)象的原因也是由被膜表面截留的微生物作用引起的。2.3投加粉末炭的去除效果由于微污染源水中難生物降解有機物的濃度較高（達到1115 mg,/L左右），盡管混凝沉淀生物曝

8、氣超濾工藝對有機污染物具有較高的去除能力，但最終出水中的COD濃度仍然較高（5 .0 mg/L），作為飲用水來說應(yīng)盡可能再降低一些。,根據(jù)國外的研究，粉末活性炭吸附超濾工藝不僅能有效降低超濾出水中有機物的含量，而且還能在一定程度上改善膜的水通量。為了進一步提高有機物的去除能力，在生物曝氣池內(nèi)定量投,加粉末活性炭（PAC），以期形成活性炭污泥顆粒。表4為投加PAC并穩(wěn)定運行10 d后采樣的分析結(jié)果。機污染物和氨氮的去除mg/ L項目膜類型粉末活性炭投加量膜透過液C,OD濃度膜透過液COD濃度膜透過液N濃度膜透過液N濃度膜透過液N濃度由表4可知，投加粉末活性炭后，有機物濃度得到顯著降低， PAC投

9、加量越高，膜透過液中COD濃度越低,。當PAC投加量為10 mg/L時，被PAC吸附去除的有機物最多，超濾出水的COD濃度可以降低到5 .0mg/L以下當PAC投加量繼續(xù)增加到40 mg/ L和50 m,g/L時，超濾出水的有機物濃度由表4還可以發(fā)現(xiàn)，與混凝沉淀生物曝氣超濾工藝相比，混凝沉淀PAC生物曝氣超濾工藝不僅能夠進一步提高有機污染物的去除率，還能有效提,高氨氮和亞硝酸鹽氮的去除能力。此時，膜透過液中NH N濃度和NO N濃度均低于檢測限，同時硝酸氮的濃度也低于5 .0mg/L.表4同時表明， PS200膜透過液的CO,D濃度明顯低于PS500膜，該現(xiàn)象與混凝沉淀生物曝氣超濾工藝的試驗結(jié)

10、果發(fā)生了明顯的變化。該結(jié)果能否用投加的PAC顯著改善膜表面的污染狀況，使得PS200膜發(fā)揮了本,該具有的截留特性來解釋，還有待進一步試驗和對膜表面進行切片檢查得出。由于超濾膜的表面孔徑遠小于細菌的大小，本試驗過程中對衛(wèi)生學(xué)指標不作特別考察，僅隨機取了一次水樣測定,細菌總數(shù)，超濾膜出水為13個/mL ，濁度0 .3 2.4超濾膜水通量的變化由于條件限制，膜組件的操作壓力為49 kPa，膜面流速為0 .4m/s.圖3為試驗初期水通,量的變化情況。由圖3可知，由于PS500膜的表面孔徑大于PS200膜，其累積透水量明顯高于PS200膜，運行到18 d時，PS500膜累積透水量仍然達到1 000 m,

11、L/ d ， PS200膜累積透水量為750 mL/d.從兩種膜的透水量變化趨勢看，PS200膜的透水量在運行初期沒有出現(xiàn)明顯下降現(xiàn)象，PS500膜的透水量則在經(jīng)過一,周的顯著下降后逐漸趨于穩(wěn)定。圖4和圖5分別是運行穩(wěn)定時期的瞬時透水量和累積透水量的變化。該時期膜的透水性能和運行初期基本相似，PS500膜的透水量下降比較明顯， PS,200膜透水量的下降則非常緩慢。但與運行初期的累積透水量相比，PS500膜基本沒有衰減， PS200膜則出現(xiàn)了明顯衰減現(xiàn)象，從運行初期的750 mL/d下降為穩(wěn)定時的,變化情況。由圖6、7可知， PAC的投加對PS500膜的透水量影響不大，卻顯著改善了PS200膜

12、的透水量。PS200膜的透水量甚至出現(xiàn)了一定程度的恢復(fù)。值得注意的是，,此時膜過濾對象的SS濃度達到1 000在整個研究過程中，膜的化學(xué)清洗除了一次采用雙氧水外，其余均為振動清水沖洗10 min 浸泡20 h左右清水沖洗10 min,左右1 NaOH浸泡20 h左右清水沖洗10 min.由圖可以發(fā)現(xiàn)，在膜組件的運行過程中，盡管長時間沒有進行任何清洗，膜透水量的下降還是比較緩慢的，其下降的幅度也,是可以承受的，尤其是結(jié)論研究結(jié)果表明，當源水污染物主要為氨氮，相對較低時，采用生物曝氣超濾工藝不僅可以有效去除氨氮污染，而且能夠進一步降低有機污染物。當原水污染物中,氨氮和COD濃度均高時，需要采用混凝沉淀生物曝氣超濾組合工藝，當源水氨氮濃度10 mg/L時，組合工藝的出水氨濃度為11 .015 .0mg/L左右時，組合工藝,在合理的控制條件下，其出水COD 6 .0 m