膜工艺在饮用水处理中的应用日益增多,其对水中颗粒物有很好的分离能力,膜出水浊度一般在0.2NTU 以下,在水处理中有很大的应用潜力.但实践证明,膜的污染和膜工艺无法有效去除溶解性有机物和氨氮,阻碍了其广泛应用.陶瓷膜具有机械强度高、化学稳定性和热稳定性高等优点.陶瓷膜能够与臭氧直接接触,可有效控制膜污染.臭氧氧化在控制膜污染的同时还能降低有机物的分子量,提高其可生化性.但有报道指出,臭氧氧化可降低膜对的有机物的去除效果.为提高膜对有机物的去除,通常在膜工艺前设置粉末活性炭或颗粒活性炭等预处理工艺.预处理工艺能够改变水中颗粒物和有机物的赋存形态,降低膜的有机物负荷,减轻膜污染,提高有机物的去除效果.但此类预处理工艺多利用了活性炭的吸附作用,且对氨氮的去除无显著改善.研究表明,生物活性碳(BAC)可有效去除水中的有机物和氨氮.因此,在臭氧-陶瓷膜后设置BAC工艺,形成臭氧陶瓷膜-BAC组合工艺,可在臭氧控制膜污染的基础上去除有机物和氨氮,能够一举两得.

 

本文利用臭氧陶瓷膜-BAC 和陶瓷膜-BAC两种组合工艺处理被污染的原水,对组合工艺去除浊度、有机物和氨氮的性能进行了研究.同时比较了臭氧对膜污染控制和溶解氧(DO)对BAC过滤去除氨氮的影响,为臭氧陶瓷膜-BAC 工艺在饮用水处理中的应用提供科学依据.

 

为模拟原水的季节性污染状况,将正常河水与污染河水按一定比例配制成氨氮浓度为4.0~15.0mg/L 的原水,相应的TOC 浓度为2.5~5.0mg/L,浊度为 6.0~10.0NTU,水温为 25~28℃,pH 值为7.8~8.2.

 

1 利用臭氧陶瓷膜-BAC 和陶瓷膜-BAC 工艺处理受污染的原水,在臭氧投加量为2.0mg/L,跨膜压差0.1MPa 的运行工况下:2 种组合工艺均可去除原水中96%以上的浊度,出水浊度低于0.2NTU.臭氧投加对陶瓷膜去除浊度的效果无影响.

2 两种组合工艺可去除原水中1.0~2.0mg/L的氨氮.提高BAC 进水DO 浓度至20.0~30.0mg/L,能够大幅度提高BAC对氨氮的去除效能,将原水氨氮浓度由6.0mg/L 降低至0.5mg/L以下.

3 工艺Ⅰ和工艺Ⅱ对原水中TOC 的平均去除率分别为48.3%和51.1%,对UV254的平均去除率分别为51.8%和48.2%.

4 臭氧对有机物的分解改善了组合工艺对UV254的去除,并能够将膜通量提高25%~30%.但是,臭氧也会影响BAC 中的微生物活性,导致工艺出水中亚硝酸盐的积累.臭氧对后续BAC中微生物的影响需深入研究.

 

郭建宁1,张锡辉1*,张建国2,盛德洋2,胡江泳3,陶 益1 (1.清华大学深圳研究生院,环境工程与管理研究中心,

广东 深圳 518055；2.东莞市东江水务有限公司,广东 东莞 523112；3.新加坡国立大学土木与环境工程系,新加坡119260)

中国环境科学 2013,33(11)：1946~195