饮用水预处理工艺优化与膜过滤组合工艺的研究

【摘要】： 2006年卫生部颁布了新的《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006),将检测的指标增加到了106项,同时,标准对水厂出水的有机物氨氮等指标也提出了更高的要求。然而,每年的环境公报则显示,我国的饮用水原水水质则在逐年恶化。目前绝大多数自来水厂采用的仍然是传统的净水工艺,即“混凝-沉淀-过滤-消毒”,该常规净水工艺的主要去除指标是浊度、色度和细菌学等指标,而对氨氮和各种溶解性有机污染物的去除效果较差。即便是目前在国内已经开始推广应用的臭氧活性炭深度处理工艺在实际应用中也发现了一些问题:如浊度无法进一步降低、出厂水生物稳定性较差、藻类爆发期出厂水藻类不能完全去除、红虫滋生产生的隐患等。因此,开发有效的组合工艺来生产优质的饮用水已显得刻不容缓。 论文首先考察了预臭氧—混凝沉淀—炭砂过滤、混凝沉淀—后臭氧—炭砂过滤、预臭氧—混凝沉淀—炭过滤、混凝沉淀—后臭氧—炭过滤作为膜处理的预处理工艺的除污染物效果,然后考察了膜深度处理用于饮用水处理的除污染物效果以及运行参数,综合上述研究成果,提出了饮用水处理的新型组合工艺,即预臭氧—混凝沉淀—炭砂过滤—膜过滤工艺,并将该工艺的研究成果应用于杭州清泰水厂的饮用水深度处理改造工程。 研究结果表明: 1.炭滤池在去除有机物指标上优于炭砂滤池,而炭砂滤池在去除浊度的指标上则优于炭滤池,两者对其他指标的去除相差不大。后臭氧工艺中滤池对有机物的去除效果优于前臭氧工艺,而前臭氧工艺在系统的总去除率上则与后臭氧工艺相近。 2.炭砂滤池对有机物去除率呈现逐步降低的趋势,而对氨氮的去除则经历了由高到低再升高的过程,挂膜时间在水温20℃左右时为15-20天。炭砂滤池中,炭层上部350mm的活性炭承担了近80%的污染物去除率。 3.炭砂滤柱处理后水中主要颗粒集中在粒径小于10gm的小颗粒中,占94.4%,10-25μm的颗粒占5.5%,大于25μm的颗粒仅占0.1%,在小于10μm的颗粒中,尤以小于5μm的占多数。炭砂滤池反冲洗前后,浊度的变化较小,而颗粒物数量的变化较大,因此,可以采用颗粒物计数仪来提高对炭砂滤池的操作管理。炭砂滤池在一个周期内对污染物的去除变化较小,比较稳定,但是对Mn的去除在反冲洗后下降明显。炭砂滤池的初滤水在刚投入运行后的10min水质最差,之后逐渐好转,在20-30min左右即可达到基本稳定状态,因此,在工程实际中可以不设初滤水排放管。 4.膜过滤对有机物、氨氮有一定的去除作用,但效果较差,而对浊度和微生物的去除效果较好,且其对浊度和微生物的去除基本不受通量的影响,对Fe的去除效果很好,而对Mn的去除受前处理的影响,经过膜过滤后,水中的碱度和余氯基本无变化。 5.通过对不同通量的比较研究,对钱塘江原水合适的设计通量建议为120LMH;通过对有回流和无回流的操作方式的比较,合适的操作方式建议为无回流。在实际运行中,如果遇到水质较差的情况,可以合理的选择有回流的操作方式。 6.水温在15℃以上时,水温的变化对TMP的影响不明显,但是当水温低于15℃时,水温的变化对TMP的影响比较明显。随着水温的降低,一个化学清洗周期内TMP的绝对增长量逐渐增加,相对于清洗前的TMP的相对增长量也逐渐增加。在运行期间,TMP的绝对增长量在0.18-0.73bar,相对增长量为20-72.28%,清洗前的TMP在1.11-1.8bar,而清洗后的TMP在0.89-1.1bar。浊度的降低有利于减缓TMP的增长。 7.通过对气水冲1.5min+水冲0.5min和气水冲1.0min+水冲0.5min两种水力清洗方式的比较研究,发现在完成化学清洗后的最初几个水力清洗周期内,两种反冲方式对TMP的影响相差不多,但是在6个水力清洗周期后,1.0+0.5min的反冲洗方式下运行的TMP明显高于1.5+0.5min的反冲洗方式,前者运行期间的平均TMP为1.12bar,而后者为1.10bar,前者比后者高出约1.8%。 8.对小化学清洗,建议采用酸洗加碱洗的方式,周期为24h,清洗液浓度为300-400ppm,而在水质较好的情况下,可以适当延长酸洗的周期。试验中采用次氯酸钠和柠檬酸进行化学清洗,清洗效果令人满意。 9.试验采用的四种不同类型的膜对污染物的去除相差不大,对于进水有着良好的适应性,均适用于本试验的原水水质,但是相对而言,膜3的适应能力较其它膜差,特别在冬季UV_(254)值比较高的时候,通量难以提高。在运行的过程中,内压膜的运行压差明显低于外压膜, 10.试验对加氯水和不加氯的水分别进行了研究,发现用含一定量的余氯的水作为膜系统的进水,即在炭砂滤池出水加氯(余氯0.1-0.3mg/L)作为进水时,膜系统运行情况比不加氯时要好,表现为同样的运行条件下,压差增长较为缓慢。膜系统中,运行费用的主要部分为电耗和药耗,但是与药耗相比,电耗占的比重要大得多。