天然水中分級有機物的膜混凝特性及機理分析.pdf

1、因其高效、低耗、出水水質高等特點,膜混凝工藝在水處理中具有廣泛的應用前景。但是對可溶性天然有機物(natural organic matter,NOM)較低的去除效率阻礙了該工藝的推廣;并且NOM中按極性而分的不同級分以其復雜而特殊的結構造成了不同程度的膜污染,也成為該工藝去除天然水NOM中亟待解決的難題。到目前為止,NOM的不同級分在膜混凝過程中潛在的作用和變化在科學意義上仍然不是非常清晰,基礎性的研究還比較匱乏。
　　本文是在

2、不同配水水質及混凝機理條件下,就混凝——微濾工藝對于天然水中NOM不同級分的去除效果進行了研究。通過色譜檢測手段表征NOM中芳香族化合物及非芳香族化合物,以對整個工藝中不同NOM級分的特性及其與混凝劑的反應機理進行深入研究:根據(jù)相關文獻,當pH為7且混凝劑投量大約大于1.82mgAl/L時,對應網(wǎng)捕卷掃(sweep-flocs)的混凝機理;當pH為4.5且溶液中顆粒物的zeta電位在±5mV之間時,對應電中和(charge neutra

3、lization)的混凝機理。根據(jù)NOM中有機膠體(organic colloids,OC)高分子量的性質,故其分子尺寸較大,網(wǎng)捕卷掃對其去除效果要好于電中和;對腐殖質(humic substance,HS)來說,其分子結構中強酸性的羧基以及苯酚基基團使得分子帶有較高的負電荷,從而與帶正電的混凝劑產生更強的靜電吸附作用,以致在電中和機理下的去除效率更高。
　　通過對NOM各級分的特性分析發(fā)現(xiàn)當pH為7時,腐殖質可以與鋁鹽混凝劑的水

4、解產物【根據(jù)納米級的分子尺寸推測為無定形的氫氧化鋁(amorphous Al(OH)3,Al(OH)3(am))】在吸附絡合及網(wǎng)捕卷掃作用下形成鋁——腐殖質絡合物(Al-HS complex),從而使得中分子量的腐殖質在混凝后出現(xiàn)了高分子量的特征,該高分子量的絡合物會隨著混凝劑投量的增加而逐漸被網(wǎng)捕卷掃去除。
　　然而,當OC與HS以1:1或1:3的質量濃度比共存時,混凝過程會變得更加復雜:相較OC單獨存在時,與HS共存時OC會與

5、其產生對混凝劑的競爭,并且生成的高分子量的Al-HS complex實質上增加了膠體有機物的濃度,導致pH為7時對于OC的去除率會下降。但是相較HS單獨存在的情況,與OC共存并且在HS濃度大于0.4--0.6mg/L時,會引發(fā)絮體有限反應集團凝聚碰撞機理,形成更密實的絮體,從而通過沉淀達到對HS更好的去除效果。
　　用混凝沉淀后的上清液作為進水進行60分鐘單周期以及多周期的微濾試驗。其結果表明HS以及Al-HS complex并不

6、會引起微濾膜標準化比通量的衰減。但是OC卻會引起明顯的比通量衰減。經(jīng)分析,OC的分子組分、分子尺寸及極性是造成膜污染的主要原因。同時也可以驗證混凝作為微濾的前處理,可以有效的緩解膜污染:隨著混凝劑投量的增加,有效的去除了水樣中的OC,使得膜污染逐漸減小,比通量逐漸得到提升。并且,經(jīng)過滲透液的反沖洗,恢復性標準化比通量都在0.9以上,表明OC主要造成的是水力學可逆的膜污染。多周期微濾試驗也可以觀察到相似的趨勢,即混凝劑投量越高,膜污染越小