CN101224910B - 三步联合净化膜反洗水方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种反洗水净化技术。三步联合净化膜反洗水方法，由铁盐混凝、活性炭吸附、中空纤维微滤组合进行过滤净化，具体方法如下：(1)以连续方式向膜分离器中投加铁盐；(2)然后以间歇方式向膜分离器中投加粉末活性炭；(3)铁盐和粉末活性炭投加量根据反洗水中的有机物含量确定。(4)混凝反应器以搅拌或曝气方式、膜分离器以曝气方式提供搅拌混合，使铁盐和粉末活性炭与反洗水中的有机污染物充分反应，形成的铁盐絮凝体和粉末活性炭颗粒通过膜分离去除，从而达到净化反洗水的目的。本发明能够使处理后水中有机物的含量满足生活饮用水质标准，提高给水处理系统的回收率，可以减缓当前日益严峻的水资源供需矛盾。

Description

三步联合净化膜反洗水方法 

技术领域

本发明属于水处理技术，具体涉及一种反洗水净化技术。 

发明背景 

水源的严重污染和水质标准的日益严格，导致水资源的供需矛盾尖锐化，严重影响到我国国民经济的发展和人们生活水平的提高，因而充分利用现有的水资源并提高给水处理系统的产水率(或回收率)和出水水质已成为当务之急。近几年来，随着材料价格的下降和性能的改善，膜分离技术在水处理领域得到了广泛关注，其中微滤和超滤工艺因具有工作压力低、出水水质稳定、易实现自动控制等特点而成为水处理领域的热点，开始逐渐取代传统的给水处理工艺，但微滤膜或超滤膜的反洗同样要消耗大量的处理水，导致系统的回收率降低。我国是严重缺水的国家之一，人均水资源的占有量仅为世界平均值的1/4，因而提高给水处理厂的回收率显得更加尤为重要。 

提高回收率的方法有两种：将反洗水回流至原水，或者对反洗水单独处理。膜组件需要每隔一段时间进行反洗，以恢复微滤膜的通量，这部分反洗水简称为膜反洗水。由于膜反洗水中的大部分污染物为附着及沉积在膜表面和膜孔内的物质，它们是造成膜污染的主要原因，若将膜反洗水回流至原水中，将会使给水处理厂膜组件的污染速率大幅度增加，最终导致膜组件的寿命缩短、处理成本增加。 

在此背景下，采用膜组件分离单元对给水处理厂的膜反洗水进行处理，使之达到生活饮用水质标准的要求，是提高水资源利用率的可选方法之一。粉末活性炭(PAC)能够吸附小分子有机物，混凝适合去除大分子污染物，而微滤能够将PAC颗粒和铁盐絮凝体截留在反应器中，本发明将混凝、粉末活性炭(PAC)吸附和微滤联用，费用低，操作简单方便，自动化程度高，而且该工艺具有很强的互补性，是一种非常实用的反洗水净化方法。 

发明内容

本发明的目的是提供一种由铁盐混凝-活性炭吸附-微滤三步联合净化膜反洗水方法，来净化给水处理中由微滤或超滤装置产生的反洗水，使其满足生活饮用水水质标准的要求。 

三步联合净化膜反洗水方法，由铁盐混凝、活性炭吸附和中空纤维微滤三步组合进 行过滤净化，其具体方法由以下步骤完成： 

(1)以连续方式向混凝反应器中投加铁盐，铁盐是指氯化铁、硫酸铁、聚合氯化铁、聚合硫酸铁。 

(2)然后以间歇方式向膜分离器中投加粉末活性炭，粉末活性炭是指粒径小于0.1mm的具有吸附功能的多孔性炭，其外观为粉末状。 

(3)铁盐和粉末活性炭投加量根据反洗水中的有机物含量确定，当反洗水的COD_Mn为8.5±0.5mg/L时，铁盐投加量的参考值为15mg/L(以FeCl₃计)，粉末活性炭投加量的参考值为15mg/L，即可满足要求。若处理效果不佳，可增加30％的铁盐和粉末活性炭的投加量。 

(4)混凝反应器以搅拌或曝气方式、膜分离器以曝气方式提供搅拌混合，使铁盐和粉末活性炭能与反洗水中的有机污染物充分接触反应，形成的铁盐絮凝体和粉末活性炭颗粒通过膜分离去除，从而达到净化反洗水的目的。 

若水源中小分子有机物的含量较少，且混凝-微滤工艺能够满足净化要求时，可以不投加粉末活性炭。 

附图及附表说明 

附图为本发明实施例的实验装置系统图。 

具体实施方式

以天然地表水为原水，采用混凝-微滤工艺制备生活饮用水，规模为150m³/d，膜组件为中空纤维式，公称孔径0.1μm，该系统的回收率为90.8％；膜组件每30min需要进行反洗，以恢复微滤膜的通量，本发明中的膜反洗水即来自该系统。 

膜反洗水和地表水源水中有机物的分子量分布见附表。与天然地表水源相比，膜反洗水中分子量小于10kDa(Da为分子量单位，道尔顿)的有机物含量显著降低；分子量大于10kDa的有机物含量明显升高，尤其是分子量大于30kDa的有机物，其含量为地表水源的11倍。故采用铁盐混凝、粉末活性炭(以下简称PAC)吸附和微滤三步联用工艺处理膜反洗水具有明显的效果。 

本发明采用铁盐混凝-PAC吸附-微滤工艺处理膜反洗水(见附图)。处理装置的膜组件公称孔径为0.2μm的中空纤维膜，有效面积为0.4m²；设计流量为6L/h，设计总停留时间为50min。混凝反应器采用机械搅拌方式，水力停留时间为20min；膜分离器采用曝气搅拌方式，气水比为15∶1，水力停留时间为30min；反应器间歇出水，在每10min的循环中，出水8min，空曝2min。膜分离器采用连续运行方式，每24h排泥 一次，排泥前空曝气5分钟。PAC采用间歇投加方式，每隔8h向膜分离器中投加一次。微滤膜出水采用恒流泵抽吸方式出水。铁盐采用氯化铁。 

具体操作过程为：在可编程控制器(PLC)1控制下，提升泵2和计量泵3分别将膜反洗水和铁盐(投加量见后面的试验结果)加入混凝反应器4，铁盐在其中进行水解、混凝后，混凝反应器中的水靠重力或水泵提升进入膜分离器5；在膜分离器中，铁盐絮凝体与膜反洗水中大分子有机物(悬浮物和胶体等)继续反应生成尺寸更大的矾花，同时PAC吸附反洗水中的小分子有机物，铁盐絮凝体和PAC颗粒被中空纤维膜6截留在膜分离器中，从而达到去除反洗水中有机污染物的目的。处理后的水经流量计7和出水泵8后收集起来用于水质检测。混凝反应器采用搅拌器9或曝气进行搅拌，膜分离器采用曝气搅拌，空气由鼓风机10提供。 

实施例试验结果表明：当FeCl₃和PAC的投加量均为15mg/L时，经铁盐混凝-PAC吸附-微滤三步联合处理后，反洗水的平均COD_Mn能够由4.9～9.0mg/L降低到1.6～2.9mg/L，满足《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)的要求。同时总有机碳由4.8～8.9mg/L降低到2.7～3.9mg/L，也满足标准的要求(标准中总有机碳的推荐限值为5mg/L)。经本发明工艺处理后的反洗水在浊度和微生物学指标方面均优于标准的要求。 

由膜反洗水和地表水源中有机物的分子量分布(见附表1)可知，膜反洗水中小分子有机物含量的减少，降低了氯化消毒副产物的生成潜能，因此经本发明工艺处理后膜反洗水在产生消毒副产物方面的安全性要优于天然地表水源生产的饮用水。实施例实验中也发现，在FeCl₃和PAC投加量相同的前提下，采用混凝-PAC吸附-微滤工艺分别处理膜反洗水和作为给水厂水源的天然地表水，试验结果表明：经处理后的反洗水，其三卤甲烷(THMs)和三卤甲烷生成势(THMFP)含量明显低于处理后的天然地表水(见附表2)。 

反洗水处理采用连续运行方式时，选择排泥周期为24h，能够将生活饮用水处理系统的回收率由原来的90.8％提高到98.0％，可见该方法能够提高给水处理系统的回收率。 

本发明的有益效果在于：在给水处理中，采用本发明方法净化微滤或超滤装置的反洗水，使之满足《生活饮用水卫生标准》的要求，有效提高了给水处理系统的回收率，对缓解我国日益严峻的水资源供需矛盾有重要意义。该方法自动化程度高，操作简单方便，运行费用低，可以推广到采用常规处理工艺的水厂，具有广阔的应用前景。 

附表1膜反洗水和地表水源中有机物在不同分子量区间的比较 

注：R_DOC为膜反洗水DOC与地表水源水DOC的比值。 

附表2处理后的膜反洗水和地表水经氯化消毒后THMs的生成量 

注：氯化消毒时间不小于30分钟； 

地表水源水中为检测到THMs； 

表中余氯的单位为mg/L外，其余指标的单位均为μg/L。 

Claims (3)

1.三步联合净化膜反洗水方法，其特征在于由铁盐混凝、活性炭吸附和中空纤维微滤三步组合进行过滤净化，其具体方法由以下步骤完成：

(1)以连续方式向混凝反应器中投加铁盐；

(2)然后以间歇方式向膜分离器中投加粉末活性炭；

(3)所述铁盐和粉末活性炭投加量根据反洗水中的有机物含量确定，当反洗水的高锰酸盐指数为8.5±0.5mg/L时，以FeCl₃计，铁盐投加量的参考值为15mg/L，粉末活性炭投加量的参考值为15mg/L，即可满足要求；若处理效果不佳，可增加30％的铁盐和粉末活性炭的投加量；

(4)所述混凝反应器以搅拌或曝气方式、膜分离器以曝气方式提供搅拌混合，使铁盐和粉末活性炭能与反洗水中的有机污染物充分接触反应，形成的铁盐絮凝体和粉末活性炭颗粒通过膜分离去除，从而达到净化反洗水的目的。

2.按照权利要求1所述的三步联合净化膜反洗水方法，其特征在于所述铁盐是指氯化铁、或者是硫酸铁、或者是聚合氯化铁、或者是聚合硫酸铁。

3.按照权利要求1所述的三步联合净化膜反洗水方法，其特征在于所述粉末活性炭是指粒径小于0.1mm的具有吸附功能的多孔性炭，其外观为粉末状。