Ultrafiltration of Huaihe River water source combined with coagulation treatment
LI Jing-hua¹　LU Yu-zhu²　DONG Bing-zhi³　CAO Da-wen³　XIONG Yi³　XU Qiang¹　FUN Jin-chu³
(1.Huainan Public Burear, 2.Huainan Water Save Office, Anhui Huainan 232007; 3.School of Environmental Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 200092)

　　Abstract:Ultrafiltration of Huaihe River water source combined with coagulation treatment with pilot-scale experiment was conducted. Thw results show that turbidity,COD_Mn, color and ammonia-nitrogen of membrane treated were below 3mg/L,5 and below 0.5mg/L respectively, all of which were below those traditional process treated. The transmembrane pressure increased slowly during more than one month of running.
　　Key words:Huaihe River water source, Ultrafiltration, coagulation, transmembrane pressure

1 前言

　　淮南市的主要饮用水水源的淮河由于水资源量不足，同时又受到工农业以及生活污水的污染，导致饮用水水质严重恶化，特别是上游开闸排污时，由于工业污水的集中排放，饮用水水质问题尤其突出，给淮南市人民生活造成严重影响。由于目前自来水厂采用传统处理工艺无法有效地去除水中有机物，因此，必须寻求新的处理饮用水处理方法。
　　膜分离法代表2l世纪饮用水技术发展方向，具有占地面积小，出水水质好，自动化程度高等特点11l。由于超滤膜截留分子量较大，无法去除水中的溶解性有机物，故本研究采用混凝和超滤膜联用技术对淮河水进行试验。

2 试验方法与装置

2.1 水质
　　中试试验期间的淮河水(淮南段)主要水质指标如下表所示。
2.2　试验装置
　　选择混凝＋预处理＋UF膜作为中试处理工艺。工艺中各处理单元的作用为：
　　·混凝：将水中大部分的悬浮固体和部分有机物通过混凝形成微絮凝体；
　　·砂滤：截留混凝形成的絮凝体，去除水中大部分的悬浮固体和大分子有机物，提高膜通量；
　　·UF膜：截留水中微小絮凝体，去除水中残留的悬浮固体和有机物，进一步提高水质。

表1　淮河水主要水质指标

水质指标	变化范围	平均
水温（℃）	7～21	13
pH	7.3～7.7	7.5
浊度（ntu）	15～40	24
色度（度）	25～40	27
氨氮（mg/L）	0.3～2.8	0.99
CODMn（mg/L）	1.61～7.71	3.12

　　试验用膜采用日本东丽公司提供的中空纤维超滤膜，膜材质为聚丙烯腈，孔径0.01μm。每个膜组件的过滤面积为12m^{2,试验采用１个膜组件。过滤方式为终端过滤，透水通量为１m3/m2.d。
　　试验在淮南市第３水厂内进行。
　　处理工艺流程如图１所示。}

　　原水由原水箱经原水泵进入砂滤柱，混凝剂由计量泵注入原水。混凝剂采用碱式氯化铝，投加量为12mg/L(以Al₂O₃计)。投加了混凝剂的原水进入滤池底部，由下往上通过整个砂层，出水进入中间水箱。再由泵将砂滤水注入膜组件，膜过滤水进入出水箱。为了防止微生物在膜表面繁殖，在过滤结束前5min，计量泵自动将次氯酸钠注入膜组件，加药量为2～3mg/L。
　　整个运行周期是1hr，实际过滤时间50min，过滤结束后，反冲洗立即开始。砂滤柱的反冲洗泵开动，将原水由下往上进行反冲洗，反冲洗废水由滤柱上部的溢流管排出。砂滤柱反冲洗时间7min。膜反冲洗与砂滤柱反冲洗同时进行。首先是水反冲，膜反冲洗泵将膜出水注入膜组件，由膜内向外进行反冲，时间为1min。然后是空气清洗，空气泵将空气注入膜组件内，摇动膜中空纤维，清除附着在膜表面的污物，时间为2min。最后是排水，排水电磁阀自动开启，在空气压力的作用下，将清洗下的污水排出膜组件；
　　整个运行过程为全自动化控制进行。

3．试验结果与讨论

3．1 浊度的去除
　　由图2可知，膜出水的浊度始终低于0.5NTU，而同期的淮南第3水厂出水的浊度在1～2.5NTU。由此可见，膜处理出水的浊度低于常规处理工艺出水的浊度。本试验结果充分证实了膜过滤在去除浊度上的优越性。

3．2 COD_Mn的去除
　　试验期间淮河水的COD_Mn在2～4mg/L之间波动。由图3可见，膜处理出水的COD_Mn在l～3mg/L之间，而同期常规处理出水的COD_Mn在2～4mg/L。就COD_Mn去除率而言，常规处理在13～39％之间，平均为29％；而膜处理在40～87%，平均为60％。膜处理去除COD_Mn的效果比常规处理的高出近1倍。而且常规处理的混凝剂投加量一般在30mg/L(以Al₂O₃计)左右，由此可见，混凝-膜处理工艺不仅去除有机物的效果好，而且混凝使用量也比常规处理的节省近三分之一。
　　国家卫生部最新颁布的《生活饮用水水质卫生规范》中规定饮用水的COD_Mn在3mg/L以下。由于常规工艺的COD_Mn去除率在30%左右，为了保证饮用水的COD_Mn达标，要求水源的COD_Mn在4mg/L左右。由于受到上游工业污水排放的影响，淮河水的COD_Mn常常高于4mg/L。因此，常规处理的饮用水的COD_Mn达不到国家标准的情况在所难免。而膜处理的较高的COD_Mn去除率可以有效地缓解这一矛盾。

3．3 色度的去除
　　淮河原水的色度在20～30度之间。由图4可见，膜处理系统出水的色度稳定在5度，而同期的常规处理出水的色度在10度。由此可见，膜处理出水的色度仅为常规处理的一半。

3．4 氨氮的去除
　　淮河原水的氨氮在0.5—1.4mg/L之间。由图5可见，膜处理出水的氨氮一般低于O.5mg/L，而同期常规处理出水的氨氮常常高于0.5mg/L。这表明膜处理去除氨氮的效果也优于常规处理。
3．5 膜压差变化
　　由于本试验采用固定出水量的方法，因此，随着膜过滤的进行，水中的有机物和胶体会黏附或进入膜孔径内，导致膜压差逐渐上升。膜压差上升速度的快慢直接关系到膜处理的实用化。膜压差变化如图6所示，运行一个多月后的膜压差仅增加0.03MPa，如果扣除温度变化的影响，膜压差仅增加0.02MPa。这表明本研究采用混凝仰过滤作为膜处理的预处理是成功的，本膜处理系统可以实现在较高通量下的长期运行。

4 结论

　　本研究采用混凝超滤联用处理工艺对淮河水进行了中试试验。结果表明，膜出水浊度低于0.5NTU，COD_Mn低于3mg/L，色度为5度，氨氮低于0.5mg/L，均低于同期常规处理出水指标。而且混凝剂投加量仅为常规处理的三分之一。超滤膜运行一个多月，膜压差增长缓慢。

参考文献
　　[1]董秉直，曹达文，范瑾初．膜技术应用于净水处理的研究和现状．给水排水，1999,25(1)：28～3l