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《環(huán)境科學(xué)研究雜志》2014年第九期

1材料與方法

1.1試驗用水水質(zhì)試驗用水取自甪直鎮(zhèn)小松中試基地(位于甪直污水處理廠廠外1號調(diào)節(jié)池)二沉池出水，1號調(diào)節(jié)池接納的廢水中70%以上為印染廢水，印染企業(yè)生產(chǎn)面料以棉、滌綸、腈綸、絲綢及羊毛為主，對應(yīng)染料為活性染料、酸性染料及分散染料．小松中試基地物化及生化段處理工藝為ABR(厭氧折流板反應(yīng)器)及普通曝氣池．二沉池出水水質(zhì)見表1.

1.2試驗裝置混凝沉淀池主要設(shè)備有混合池、絮凝池、沉淀池、攪拌機等．混合池尺寸為260mm×260mm×650mm，絮凝池尺寸為690mm×690mm×1000mm．BAC(生物活性炭濾池)為一座直徑500mm的UPVC(硬聚氯乙烯)柱體，柱體總高為3.8m，超高0.4m，活性炭濾料高為2.0m，濾料墊層高為0.3m．超濾設(shè)備為浸沒式超濾，采用錯流式過濾，設(shè)備外觀尺寸為970mm×820mm×1100mm，膜組件為3組浸入式簾式中空纖維膜SMM－1010超濾膜，超濾膜參數(shù)見表2.反滲透裝置由原水水箱、進水泵、保安過濾器、高壓泵、反滲透膜組件、產(chǎn)水水箱、濃水水箱、管路、配件及控制系統(tǒng)組成．設(shè)備主機技術(shù)參數(shù)見表3.

1.3試驗設(shè)計分別考察3種組合工藝作為反滲透預(yù)處理工藝對印染廢水中污染物的去除情況．組合工藝1為混凝沉淀－超濾工藝，其運行參數(shù):進水流量為200L/h，混凝劑采用PAC(聚合氯化鋁)，投加量〔以ρ(PAC)計〕為75.0mg/L．組合工藝2為BAC(生物活性碳濾池)－超濾工藝，其運行參數(shù):BAC水力停留時間為2h，氣水比(體積比)為2.5∶1.組合工藝3為混凝沉淀－生物活性碳濾池－超濾工藝，運行參數(shù):進水流量為200L/h，PAC投加量為37.5mg/L，BAC水力停留時間為2h，氣水比為2∶1.

1.4分析方法ρ(CODCr)、ρ(NH3-N)、ρ(TP)、UV254、濁度、pH根據(jù)標準方法［28］進行測定．TCU(真色)以廢水(過0.45μm膜過濾)在436、525和620nm處吸光度的平均值來表征［29］．超濾膜膜通量根據(jù)文獻［30］的方法進行分析測定．膜污染阻力分為Rm(膜阻力)、膜孔堵塞與窄化引起的Rir(不可恢復(fù)阻力)、Rf(濃差極化及濾餅層引起的膜污染阻力)，根據(jù)文獻［31］的方法進行測定．

2結(jié)果與討論

2.13種組合工藝對污染物的去除效果圖2(a)為組合工藝1的運行結(jié)果．由圖2(a)可見，混凝沉淀對CODCr的去除率只有20%左右，而組合工藝1對CODCr的去除率達到了48.8%．混凝可使膠體顆粒小分子有機物發(fā)生凝聚［32］，這些物質(zhì)在沉淀之后不能被完全去除，但通過超濾的過濾截留作用可以進一步去除這些物質(zhì)，使得組合工藝整體的去除效果較好，滿足反滲透對CODCr的要求．與單獨混凝沉淀工藝相比，混凝沉淀－超濾組合工藝對TCU的去除效果提高了68.3%．組合工藝對濁度的去除率達到了99.5%，出水濁度平均值為0.21NTU，能夠達到反滲透對濁度的要求．組合工藝1對UV254的去除效果較好，去除率為45.3%．UV254反映水中天然存在的腐殖質(zhì)類大分子有機物及含CC雙鍵的芳香族化合物的多少，盡管超濾對于腐植酸類小分子的去除效果較差，但混凝過程中形成的微絮體在超濾膜表面形成了濾餅，提高了超濾膜的通透量［33］．組合工藝2的運行結(jié)果如圖2(b)所示．由圖2(b)可見，該組合工藝對CODCr、TCU、UV254、濁度的平均去除率分別為48.3%、45.1%、43.4%和99.3%，總體低于組合工藝1．究其原因，混凝處理可以有效改變膜面濾餅層的性質(zhì)，減小濾餅層的阻力［34］，同時，BAC對廢水的的去除效果受到廢水可生化性及活性炭吸附容量的限制［35］，因此，混凝沉淀和超濾工藝之間的協(xié)同作用使其去除效果優(yōu)于組合工藝2．與組合工藝1和組合工藝2相比，組合工藝3對印染廢水中CODCr、TCU、UV254以及濁度的去除率均有顯著提高〔見圖2(c)〕，分別達到53.0%、49.2%、50.0%和99.5%．由于組合工藝3中的混凝沉淀工藝可以截留污水中的固體懸浮物、膠體及大分子物質(zhì)，而BAC能夠通過物理截留作用進一步去除污水中的顆粒物，并且可以通過微生物進一步降解污水中的有機物，同時超濾作為工藝中的最后一道進水屏障，保證了組合工藝3的出水水質(zhì)．

2.2組合預(yù)處理工藝膜污染分析采用J/J0(其中J為膜的實際通量，J0為膜的初始通量)來表征組合工藝中超濾膜的污染情況．由圖3可見，3種組合工藝中J/J0下降都比較平緩，并且均高于直接超濾．直接超濾工藝在運行一段時間后膜通量迅速下降，在超濾膜運行8h后降至原來的50%．這是因為水中的膠體或有機物積累在膜表面生成濃差極化層，同時雜質(zhì)進入膜孔隙并吸附在膜內(nèi)部，減少了有效的膜孔密度和膜孔徑的膜污染．由于印染廢水二級生化處理出水中懸浮物和膠體的含量大，而這些物質(zhì)的粒徑均大于膜孔徑，直接采用超濾工藝處理，容易吸附在膜表面形成濾餅層，并且由于采用錯流過濾方式，使得膜表面局部污染物濃度增加，引起邊界流阻力增加，導(dǎo)致傳質(zhì)推動力下降，造成濃差極化［33］．組合工藝可以在印染廢水二級生化出水進入超濾工藝之前，對廢水進行一定的預(yù)處理，以截留降解廢水中的懸浮物膠體以及有機污染物，降低懸浮物、膠體以及大分子物質(zhì)在超濾膜表面的沉積，從而減輕超濾膜的運行負荷．由圖3可見，3種組合工藝中J/J0下降速率為組合工藝3＜組合工藝1＜組合工藝2，說明組合工藝3能減輕濾餅層及濃差極化對超濾膜的污染．為進一步分析超濾膜表面污染情況，對3種組合工藝運行8h后超濾膜的污染阻力分布進行測定［31］，結(jié)果見圖4.由圖4可見，Rm呈組合工藝3＞組合工藝1＞組合工藝2，并且組合工藝3中Rir所占比例小于其他2個工藝，說明組合工藝3能夠較有效地去除廢水中的小分子物質(zhì)以及懸浮物，保證超濾裝置的進水水質(zhì)，減輕由于膜孔窄化以及膜孔堵塞引起的膜污染．

2.3組合預(yù)處理工藝對后續(xù)反滲透系統(tǒng)運行的影響根據(jù)2.1節(jié)的分析，不同預(yù)處理組合工藝對印染廢水二級出水中污染物的去除效果有一定的差異，進而影響反滲透裝置的運行．因此，在預(yù)處理工藝運行基礎(chǔ)上，考察不同組合工藝處理后的出水對后續(xù)反滲透裝置運行的影響．ΔP(反滲透膜運行壓差，指反滲透進水壓力和濃水壓力之間的差)是反映反滲透裝置運行情況的重要指標;同時，反滲透裝置的脫鹽率也可以在一定程度上反映反滲透膜的污染程度．由圖5可見，采用組合工藝1、組合工藝2、組合工藝3作為反滲透進水，反滲透裝置的脫鹽率平均值分別為98.0%、97.5%和98.2%．這種脫鹽率關(guān)系與各預(yù)處理組合工藝的出水水質(zhì)具有一致性，即預(yù)處理組合工藝的出水水質(zhì)越好，脫鹽率越高．同時，由反滲透裝置ΔP的變化情況可以看出，采用預(yù)處理組合工藝2的出水作為反滲透進水時，反滲透膜系統(tǒng)ΔP的增幅較大．這是由于預(yù)處理組合工藝2的出水相對其他2種預(yù)處理組合工藝出水水質(zhì)差，濾餅層的形成速度較快，導(dǎo)致ΔP的增長速率較快，使得反滲透轉(zhuǎn)置脫鹽效率產(chǎn)生差別．綜上，針對蘇南某污水處理廠二級生化出水回用的要求，組合工藝3是最佳的反滲透預(yù)處理工藝．

3結(jié)論

a)在3種組合工藝中，組合工藝3對二級生化出水中CODCr、TCU、UV254及濁度的去除率分別為53.0%、49.2%、50.0%和99.5%，優(yōu)于其他2種組合工藝;組合工藝3中超濾膜阻力上升速率最慢，并且其中不可逆阻力的比例小于其他2種組合工藝．b)采用組合工藝1、組合工藝2、組合工藝3作為反滲透進水，反滲透裝置的脫鹽率平均值分別為98.0%、97.5%和98.2%，組合工藝3的預(yù)處理效果優(yōu)于其他2種組合工藝，并且反滲透膜ΔP的增速較低．經(jīng)過綜合分析，針對蘇南某污水處理廠二級生化出水回用的要求，組合工藝3為最佳的反滲透預(yù)處理工藝．

作者：操家順浩長江方芳單位：河海大學(xué)，淺水湖泊綜合治理與資源開發(fā)教育部重點實驗室河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院