天然水中分級(jí)有機(jī)物的膜混凝特性及機(jī)理分析.pdf

1、因其高效、低耗、出水水質(zhì)高等特點(diǎn),膜混凝工藝在水處理中具有廣泛的應(yīng)用前景。但是對(duì)可溶性天然有機(jī)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(jí)分以其復(fù)雜而特殊的結(jié)構(gòu)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(jí)分在膜混凝過(guò)程中潛在的作用和變化在科學(xué)意義上仍然不是非常清晰,基礎(chǔ)性的研究還比較匱乏。
　　本文是在

2、不同配水水質(zhì)及混凝機(jī)理?xiàng)l件下,就混凝——微濾工藝對(duì)于天然水中NOM不同級(jí)分的去除效果進(jìn)行了研究。通過(guò)色譜檢測(cè)手段表征NOM中芳香族化合物及非芳香族化合物,以對(duì)整個(gè)工藝中不同NOM級(jí)分的特性及其與混凝劑的反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行深入研究:根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn),當(dāng)pH為7且混凝劑投量大約大于1.82mgAl/L時(shí),對(duì)應(yīng)網(wǎng)捕卷掃(sweep-flocs)的混凝機(jī)理;當(dāng)pH為4.5且溶液中顆粒物的zeta電位在±5mV之間時(shí),對(duì)應(yīng)電中和(charge neutra

3、lization)的混凝機(jī)理。根據(jù)NOM中有機(jī)膠體(organic colloids,OC)高分子量的性質(zhì),故其分子尺寸較大,網(wǎng)捕卷掃對(duì)其去除效果要好于電中和;對(duì)腐殖質(zhì)(humic substance,HS)來(lái)說(shuō),其分子結(jié)構(gòu)中強(qiáng)酸性的羧基以及苯酚基基團(tuán)使得分子帶有較高的負(fù)電荷,從而與帶正電的混凝劑產(chǎn)生更強(qiáng)的靜電吸附作用,以致在電中和機(jī)理下的去除效率更高。
　　通過(guò)對(duì)NOM各級(jí)分的特性分析發(fā)現(xiàn)當(dāng)pH為7時(shí),腐殖質(zhì)可以與鋁鹽混凝劑的水

4、解產(chǎn)物【根據(jù)納米級(jí)的分子尺寸推測(cè)為無(wú)定形的氫氧化鋁(amorphous Al(OH)3,Al(OH)3(am))】在吸附絡(luò)合及網(wǎng)捕卷掃作用下形成鋁——腐殖質(zhì)絡(luò)合物(Al-HS complex),從而使得中分子量的腐殖質(zhì)在混凝后出現(xiàn)了高分子量的特征,該高分子量的絡(luò)合物會(huì)隨著混凝劑投量的增加而逐漸被網(wǎng)捕卷掃去除。
　　然而,當(dāng)OC與HS以1:1或1:3的質(zhì)量濃度比共存時(shí),混凝過(guò)程會(huì)變得更加復(fù)雜:相較OC單獨(dú)存在時(shí),與HS共存時(shí)OC會(huì)與

5、其產(chǎn)生對(duì)混凝劑的競(jìng)爭(zhēng),并且生成的高分子量的Al-HS complex實(shí)質(zhì)上增加了膠體有機(jī)物的濃度,導(dǎo)致pH為7時(shí)對(duì)于OC的去除率會(huì)下降。但是相較HS單獨(dú)存在的情況,與OC共存并且在HS濃度大于0.4--0.6mg/L時(shí),會(huì)引發(fā)絮體有限反應(yīng)集團(tuán)凝聚碰撞機(jī)理,形成更密實(shí)的絮體,從而通過(guò)沉淀達(dá)到對(duì)HS更好的去除效果。
　　用混凝沉淀后的上清液作為進(jìn)水進(jìn)行60分鐘單周期以及多周期的微濾試驗(yàn)。其結(jié)果表明HS以及Al-HS complex并不

6、會(huì)引起微濾膜標(biāo)準(zhǔn)化比通量的衰減。但是OC卻會(huì)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(shí)也可以驗(yàn)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(guò)滲透液的反沖洗,恢復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)化比通量都在0.9以上,表明OC主要造成的是水力學(xué)可逆的膜污染。多周期微濾試驗(yàn)也可以觀察到相似的趨勢(shì),即混凝劑投量越高,膜污染越小