CN101066813A

CN101066813A - 一种组合式纳滤膜去除地下水污染物的方法

Info

Publication number: CN101066813A
Application number: CN 200710040957
Authority: CN
Inventors: 薛罡; 朱艳彬; 高品
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2007-05-21
Filing date: 2007-05-21
Publication date: 2007-11-07

Abstract

本发明涉及一种组合式纳滤膜去除地下水污染物的方法，包括步骤：(1)预处理或直接经纳滤处理；(2)对受污染地下水进行水质分析，测定水质指标包括：铁锰含量、高锰酸钾指数和有机物相对分子量；(3)对所得水质数据进行归纳和分析，确定采用步骤(4)或(5)进行处理；(4)当高锰酸钾指数≥2.0mg·l^－1，同时Fe＜0.2mg·l^－1，且Mn＜0.05mg·l^－1时，其铁锰不超标。选择组合方法A或B二者之一，其出水能达到饮用净水水质标准；(5)当高锰酸钾指数≥2.0mg·l^－1，同时Fe≥0.2mg·l^－1，或Mn≥0.05mg·l^－1时，其铁锰超标，选择组合方法C或D二者之一，其出水能达到饮用净水水质标准。本发明简便易行，成本低，反冲洗周期较长，达到优质饮用水标准，广泛适用于我国城镇供水等方面。

Description

一种组合式纳滤膜去除地下水污染物的方法

技术领域

本发明属净化地下水污染物的方法领域，特别是涉及一种组合式纳滤膜去除地下水污染物的方法。

背景技术

我国的地下水污染已经呈现出由点向面演化、由东部向西部扩展、由城市向农村蔓延、由局部向区域扩散的趋势；污染物组分则由无机向有机发展，危害程度日趋严重；地下水污染面积不断扩大，污染程度不断加重。全国近2/3的城市地下水水质已经下降，数以千计的供水井报废。在地下水污染调查评价系统化和专业化仅处于起步阶段的我国，适合于受污染地下水净化的新技术研发尚属薄弱环节，已是当务之急。

地下水中污染物质不仅局限于简单的铁锰的金属污染问题，而是呈现多元复杂化的趋势，许多地区的地下水源有机微污染物质含量大幅度升高。例如，在我国铁锰含量较高的典型地区—黑龙江省巴彦县西集镇进行的生物除铁锰的现场试验，发现通过人工固定化优势菌的氧化作用均能顺利去除铁锰污染物；但铁锰氧化菌为自氧菌，因而高锰酸盐指数处理前后均无明显变化，即地下水中有机物与铁锰离子形成的有机铁锰难以去处，不仅有机物污染物处理效果差，也引起铁锰去除失效。传统的以去除铁锰为主要目标的工艺方法已不能适用于净化当前受污染地下水。

纳滤膜技术有许多适用于地下水净化的特点：纳滤膜装置占地面积小，易于操作管理，非常适用于城镇中小规模水厂的建设及运转；地下水较洁净，浊度、有机物等污染物质含量相对较低，对于预处理要求较高的纳滤而言，经简单的甚至不需预处理就可直接经纳滤处理，与传统的除污染方法相比，纳滤膜净化地下水不涉及投加氧化剂及絮凝剂、曝气等过程，进水压力远低于反渗透，可节省工程投资及运行费用；对微污染有机物的截留作用远远高于超滤、微滤等膜过滤及传统的氧化、过滤吸附等技术，净化过程是“绝对的过滤”，净化效果受原水水质波动影响小；纳滤还可保留水中部分硬度等对人体新陈代谢有益的部分无机盐，在很大程度上保证了水质的“健康性”。将先进的纳滤膜分离技术应用于受污染地下水净化领域，能够克服传统技术的缺陷，是我国城镇供水技术重要发展方向之一。迄今为止，尚无采用组合方式，以纳滤膜为核心技术，可以同时去除地下水中多种污染物质的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种组合式纳滤膜去除地下水污染物的方法，以克服现有技术不能同时去除地下水中多种污染物质的缺点，并能有效控制膜污染，该方法简便易行，成本低，反冲洗周期较长，达到优质饮用水标准，广泛适用于我国城镇供水等方面。

本发明的一种组合式纳滤膜去除地下水污染物的方法，包括下列步骤：

(1)预处理或直接经纳滤处理；

(2)对受污染地下水进行水质分析，测定水质指标包括：铁锰含量、高锰酸钾指数和有机物相对分子量；

(3)采用“分子量测评法”对所得水质数据进行归纳和分析，以确定工艺的具体实施单元和组合方式，即采用步骤(4)或(5)进行处理，如表1和图1所示。

(4)当高锰酸钾指数≥2.0mg·L^-1，同时Fe＜0.2mg·L^-1，且Mn＜0.05mg·L^-1时，判定该地下水属有机污染类型(以中华人民共和国国家标准-饮用净水水质标准CJ94-1999为准)，其铁锰不超标。针对有机污染物的分子量分布特点选择组合方法A或B二者之一，其出水能达到饮用净水水质标准。

(5)当高锰酸钾指数≥2.0mg·L^-1，同时Fe≥0.2mg·L^-1，或Mn≥0.05mg·L^-1时，判定该地下水属有机兼有铁锰污染类型(以中华人民共和国国家标准-饮用净水水质标准CJ94-1999为准)，其铁锰超标。此时针对有机污染物的分子量分布特点选择组合方法C或D二者之一，其出水能达到饮用净水水质标准。

表1“分子量测评法”简表

本发明中，针对不同的地下水污染特征采用不同的具体实施单元和组合方式，能够有效地控制纳滤膜的膜污染现象，产水周期可延长1/5~1/4，其膜组件清洗剂选择和使用顺序也相应不同，如表2所示。

表2膜组件清洗剂及使用顺序

工艺组合编号	膜组件清洗剂及使用顺序
工艺组合编号	膜组件清洗剂及使用顺序	A	酸性洗剂
B	先碱性洗剂，后酸性洗剂	A	酸性洗剂
B	先碱性洗剂，后酸性洗剂	C	氧化性洗剂与酸性洗剂复合使用
D	先碱性洗剂，后酸性洗剂	C	氧化性洗剂与酸性洗剂复合使用

步骤1中所述的预处理以臭氧氧化、活性炭吸附、锰砂砂滤砂单独或联合使用；

步骤4中所述的

当高锰酸钾指数≥2.0mg·L^-1，同时Fe＜0.2mg·L^-1，且Mn＜0.05mg·L^-1时，有机污染物相对分子量＜5000，采用组合方法A：活性炭吸附→纳滤净化组合；

当高锰酸钾指数≥2.0mg·L^-1，同时Fe＜0.2mg·L^-1，且Mn＜0.05mg·L^-1时，有机污染物相对分子量＞5000，采用组合方法B：臭氧氧化→活性炭吸附→纳滤净化组合。

步骤5中所述的

当高锰酸钾指数≥2.0mg·L^-1，同时Fe≥0.2mg·L^-1，且Mn≥0.05mg·L^-1时，有机污染物相对分子量＜5000，采用组合方法C：锰砂砂滤→纳滤净化组合；

当高锰酸钾指数≥2.0mg·L^-1，同时Fe≥0.2mg·L^-1，且Mn≥0.05mg·L^-1时，有机污染物相对分子量＞5000，采用组合方法D：锰砂砂滤→臭氧氧化→活性炭吸附→纳滤净化工艺组合。

所述的组合方法A中采用酸性洗剂清洗；组合方法B采用先碱性洗剂，后酸性洗剂清洗；组合方法C采用氧化性洗剂与酸性洗剂复合使用清洗；组合方法D采用先碱性洗剂，后酸性洗剂清洗。

所述的酸性洗剂可选用盐酸、硫酸、柠檬酸；碱性洗剂可选用NaOH；氧化性洗剂可选用NaClO和H₂O₂。

本发明是针对地下水受污染的不同特征，单独采用臭氧氧化、锰砂砂滤、活性炭吸附，或几个工艺联用，作为纳滤的预处理环节以有效去除铁、锰金属离子和有机污染物质，从而利用纳滤膜的高效分离作用去除地下水中剩余的有机及无机污染物质，达到制备优质饮用水的要求。地下水纳滤工艺中膜污染主要是由有机污染物造成的，本发明提出了“分子量测评法”，即针对这些有机物质浓度、分子量及其分布，结合铁锰含量，确定本方法的具体组合方式，有效地控制膜污染及劣化，以延长膜组件反冲洗周期，从而在保障出水水质的前提下降低制水成本和系统维护费用。

本发明的有益效果如下：

①采用“分子量测评法”，准确快速确定工艺组合方式和流程。

②通过臭氧氧化、锰砂砂滤、活性炭过滤等技术手段有效的减轻主体工艺中的纳滤膜污染，延长其运行周期和使用寿命。

③在出水满足优质饮用水标准的同时，具有组合方式灵活、工艺简单、可操作性强、制水成本低廉、反冲洗周期较长等优点。

附图说明

图1组合式纳滤技术净化地下水方法示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

1、上海郊区某受污染的工矿企业自备井地下水浊度4.9NTU，色度20度，UV2540.127cm^-1，总铁2.6mg·L^-1，总锰1.2mg·L^-1，原水高锰酸钾指数变化比较大，介于1.6~5.1mg·L^-1，平均值为3.2mg·L^-1。有机污染物的相对分子量91％集中在1000~5000之间。通过“分子量测评法”进行水质分析，查表1确定采用组合工艺B。

原水首先经过臭氧氧化后，再进入活性炭滤柱过滤，然后在进入纳滤膜组件。其中，臭氧采用微孔均匀布气法投加，投加量为1.5mg·L^-1。活性炭选用的是承德冀北燕山活性炭有限公司生产的YH-11椰壳净水炭A级品，水力停留时间为10min，且在活性炭滤层下铺有0.15m的石英砂垫层，防止活性炭的渗漏。纳滤膜采用进口卷式芳香聚酰胺纳滤膜，纳滤设备由上海亚东核级树脂有限公司组装，单只膜组件，一级一段连续式配置，浓缩液直接排放。纳滤膜组件的性能如表3所示。

表3纳滤膜性能

指标

数值或说明

膜材料	芳香聚酰胺
膜材料	芳香聚酰胺	有效膜面积(m²)	0.4
最大孔径(nm)	5	有效膜面积(m²)	0.4
最大孔径(nm)	5	膜丝外径(mm)	0.3
膜丝长度(cm)	25	膜丝外径(mm)	0.3
膜丝长度(cm)	25	纯水膜通量(L/m²·h)	15～20

过滤采用向下流式工作方式，滤速约为6~8m/h，水力停留时间为6～8min。反冲洗周期为3~4d，反冲洗强度在2.95L/(s·m²)~8.95L/(s·m²)之间，反冲洗历时为20min。出水能达到饮用净水水质标准。

进行组合方法A、B的对比分析。分别稳定运行60h后，发现方法B的纳滤膜组件通量从15.6L/m².h~13.7L/m².h，下降幅度仅为12％；而采用方法A时，通量从15.3L/m².h~12.1L/m².h，下降幅度却为20％，大约为其两倍，因此臭氧氧化单元的存在减轻后续膜单元的负担，延长膜寿命，对工艺的优化有着积极的意义，说明采用“分子量测评法”能准确应用于组合方法的选择。

2、水质特征和工艺选择同例1，采用组合方法B稳定运行4d，纳滤膜组件出水水质和通量如表4所示。

表4膜的出水水质和通量对照表

阶段	高锰酸钾指数(mg/L)	电导率(μS/cm)	硬度(mg/L·CaCO₃)	Ca²⁺(mg/L)	Mg²⁺(mg/L)	通量(L/m²·h)
阶段	高锰酸钾指数(mg/L)	电导率(μS/cm)	硬度(mg/L·CaCO₃)	Ca²⁺(mg/L)	Mg²⁺(mg/L)	通量(L/m²·h)	初期	0.48	121	35.4	17.2	4.7	14.7
后期	0.60	144	42.5	22.1	6.8	12.6	初期	0.48	121	35.4	17.2	4.7	14.7

此时，水通量比试验前期降低了13.3％，而且膜组件的压差明显上升，应该进行膜清洗。查表2，确定采用先碱性洗剂0.2g/L的NaOH溶液，后酸性洗剂质量分数3％柠檬酸进行化学清洗。清洗后膜通量以及主要性能都能恢复到新膜的90％以上。

Claims

1.一种组合式纳滤膜去除地下水污染物的方法，包括下列步骤：

(1)预处理或直接经纳滤处理；

(3)对所得水质数据进行归纳和分析，确定采用步骤(4)或(5)进行处理；

(4)当高锰酸钾指数≥2.0mg·L^-1，同时Fe＜0.2mg·L^-1，且Mn＜0.05mg·L^-1时，其铁锰不超标，选择组合方法A或B二者之一，其出水能达到饮用净水水质标准；

(5)当高锰酸钾指数≥2.0mg·L^-1，同时Fe≥0.2mg·L^-1，或Mn≥0.05mg·L^-1时，其铁锰超标，选择组合方法C或D二者之一，其出水能达到饮用净水水质标准。

2.根据权利要求1所述的一种组合式纳滤膜去除地下水污染物的方法，其特征在于：步骤1中所述的预处理为臭氧氧化、活性炭吸附、锰砂砂滤砂单独或联合使用。

3.根据权利要求1所述的一种组合式纳滤膜去除地下水污染物的方法，其特征在于：步骤4中所述的当高锰酸钾指数≥2.0mg·L^-1，同时Fe＜0.2mg·L^-1，且Mn＜0.05mg·L^-1时，有机污染物相对分子量＜5000，采用组合方法A：活性炭吸附→纳滤净化组合；当高锰酸钾指数≥2.0mg·L^-1，同时Fe＜0.2mg·L^-1，且Mn＜0.05mg·L^-1时，有机污染物相对分子量＞5000，采用组合方法B：臭氧氧化→活性炭吸附→纳滤净化组合。

4.根据权利要求1所述的一种组合式纳滤膜去除地下水污染物的方法，其特征在于：步骤5中所述的当高锰酸钾指数≥2.0mg·L^-1，同时Fe≥0.2mg·L^-1，且Mn≥0.05mg·L^-1时，有机污染物相对分子量＜5000，采用组合方法C：锰砂砂滤→纳滤净化组合；当高锰酸钾指数≥2.0mg·L^-1，同时Fe≥0.2mg·L^-1，且Mn≥0.05mg·L^-1时，有机污染物相对分子量＞5000，采用组合方法D：锰砂砂滤→臭氧氧化→活性炭吸附→纳滤净化组合。

5.根据权利要求1或3或4所述的一种组合式纳滤膜去除地下水污染物的方法，其特征在于：所述的组合方法A采用酸性洗剂清洗；组合方法B采用先碱性洗剂，后酸性洗剂清洗；组合方法C采用氧化性洗剂与酸性洗剂复合使用清洗；组合方法D采用先碱性洗剂，后酸性洗剂清洗。

6.根据权利要求5所述的一种组合式纳滤膜去除地下水污染物的方法，其特征在于：所述的酸性洗剂是盐酸、硫酸或柠檬酸；碱性洗剂为NaOH；氧化性洗剂是NaClO或H₂O₂。