為提高飲用水的安全性，筆者將氣浮、活性炭過(guò)濾與膜分離等技術(shù)進(jìn)行有機(jī)組合，開(kāi)發(fā)出一套氣浮/活性炭/微濾膜一體化工藝，采用該工藝處理高藻、低濁、有機(jī)物濃度較高的微污染湖泊水，對(duì)其處理效能進(jìn)行了研究。以混凝/沉淀/過(guò)濾/消毒為主體的常規(guī)工藝在處理高藻、低濁、有機(jī)物濃度較高的微污染地表水時(shí)存在較大的局限性，主要表現(xiàn)為混凝效果差、易堵塞濾池、出水中有機(jī)物濃度較高、氯耗增加、出水嗅味嚴(yán)重、消毒副產(chǎn)物濃度增加等等。
1、材料與方法
1.1、試驗(yàn)裝置
氣浮/活性炭/微濾膜一體化試驗(yàn)裝置的殼體由兩個(gè)單池構(gòu)成，外觀呈U 型，如圖1 所示。左側(cè)單池的上部為氣浮區(qū)、下部為活性炭濾層，右側(cè)單池中安置膜組件。試驗(yàn)原水由原水管進(jìn)入，混凝劑由加藥管投加，加藥水進(jìn)入絮凝室，形成的絮體與由溶氣釋放器產(chǎn)生的微氣泡在接觸室相互粘附(回流加壓溶氣水的原水為活性炭濾層的濾后水) ，氣、水在氣水分離室分離，浮渣由刮渣機(jī)刮除，處理后的水向下流經(jīng)活性炭濾層，濾后水進(jìn)入右側(cè)膜池，在蠕動(dòng)泵的抽吸作用下通過(guò)膜組件由出水管排出。
1.2、試驗(yàn)方法
試驗(yàn)原水取自徐州工程學(xué)院中心校區(qū)內(nèi)的彭湖水，其水質(zhì)如下: CODMn為7．4～10．8mg/L，濁度為4．38～9．27 NTU，氨氮為0．5～0．8mg/L，葉綠素a為16．4～23．7 μg/L，色度為25～35 倍，pH 值為7．5～ 8．3，水溫為17～26 ℃。
氣浮/活性炭/微濾膜一體化試驗(yàn)裝置的處理水量為2 L/h，工藝參數(shù)如下: 絮凝時(shí)間為15 min，接觸室的水力停留時(shí)間為8 min，回流比為10%，分離室的水力停留時(shí)間為20 min; 活性炭濾層厚度為1 000mm，濾速為1 m/h，采用高速水流反沖洗，沖洗強(qiáng)度為12 L/(m2·s) ，過(guò)濾周期為48 h; 采用聚偏氟乙烯平板微濾膜，膜孔徑為0．2 μm，設(shè)計(jì)膜通量為30L/(m2·h) ，每隔2 h 將膜組件停止運(yùn)行，并用下方的曝氣頭曝氣5 min，用以清洗膜組件。待試驗(yàn)裝置運(yùn)行穩(wěn)定后，分別采集原水、氣浮出水、活性炭濾后水、膜出水進(jìn)行檢測(cè)，每周采樣3～5 次。
1.3、檢測(cè)項(xiàng)目及方法
CODMn: 高錳酸鹽指數(shù)法；氨氮: 納氏試劑分光光度法；葉綠素a: 分光光度法；濁度: Turb550 濁度儀；pH 值: Orion 868-2 型pH 計(jì)； 跨膜壓差(TMP) :真空表。
2、結(jié)果與分析
2.1、對(duì)濁度的去除效果
試驗(yàn)期間，原水的平均濁度為7．03 NTU，出水的平均濁度為0．17 NTU，試驗(yàn)裝置對(duì)濁度的平均去除率為97．50%。氣浮單元、活性炭過(guò)濾單元和膜分離單元對(duì)濁度的平均去除率分別為23．40%、48．00%、26．10%。
2.2、對(duì)CODMn的去除效果
裝置對(duì)CODMn的去除效果如圖2 所示。試驗(yàn)期間，原水和出水的CODMn平均值分別為9．10、2．14mg/L，裝置對(duì)CODMn的平均去除率為76．50%。其中，氣浮、活性炭過(guò)濾和膜分離單元對(duì)CODMn的平均去除率分別為34．20%、40．80%、1．50%。
2.3、對(duì)氨氮和色度的去除效果
試驗(yàn)期間，原水的氨氮平均濃度為0．63mg/L，出水的氨氮平均濃度為0．23mg/L，試驗(yàn)裝置對(duì)氨氮的平均去除率為63．40%。其中，氣浮單元、活性炭過(guò)濾單元和膜分離單元對(duì)氨氮的平均去除率分別為30．50%、24．90%、7．90%。
原水、出水的平均色度分別為33．40、6．15 倍，試驗(yàn)裝置對(duì)色度的平均去除率為81．60%。其中，氣浮、活性炭過(guò)濾和膜分離單元對(duì)色度的平均去除率分別為53．80%、25．10%、2．70%。
2.4、對(duì)藻類(lèi)的去除效果
裝置對(duì)藻類(lèi)的去除效果見(jiàn)圖3。原水中葉綠素a 的平均值為20．40 μg/L，出水中葉綠素a 的平均值為1．10 μg/L，試驗(yàn)裝置對(duì)葉綠素a 的平均去除率為94．60%。其中，氣浮單元、活性炭過(guò)濾單元和膜分離單元對(duì)葉綠素a 的平均去除率分別為73．70%、10．00%、11．00%。
2.5、膜污染狀況
試驗(yàn)期間，TMP 呈緩慢的上升趨勢(shì)，初始TMP約為2．1 kPa，至試驗(yàn)結(jié)束時(shí)TMP 約為3．4 kPa。
活性炭過(guò)濾單元具有過(guò)濾、吸附能力，另外，活性炭表面易附著生長(zhǎng)生物膜，對(duì)有機(jī)污染物具有生物降解作用。因此，活性炭濾層能進(jìn)一步去除濁度、色度、CODMn、氨氮、藻類(lèi)等。膜分離單元的主要作用機(jī)理為篩濾作用，凡是粒徑比膜孔徑大的物質(zhì)均可被膜截留，因此，濁度、色度、CODMn、氨氮、藻類(lèi)等各指標(biāo)經(jīng)膜處理后均有不同程度的降低，膜出水水質(zhì)優(yōu)良且穩(wěn)定。
由于氣浮單元和活性炭過(guò)濾單元對(duì)濁度、色度、葉綠素a、CODMn、氨氮等指標(biāo)的有效去除，水中可導(dǎo)致膜污染的物質(zhì)大大減少，因此，試驗(yàn)裝置中的膜污染程度較低，TMP 在試驗(yàn)期間一直保持在較低的水平。
3、總結(jié)
①氣浮/活性炭/微濾膜一體化工藝對(duì)高藻、低濁、有機(jī)物濃度較高的微污染湖泊水具有良好的去除效果，對(duì)濁度、色度、CODMn、氨氮、葉綠素a 的平均去除率分別達(dá)到97．50%、81．60%、76．50%、63．40%、94．60%。對(duì)于濁度的去除，氣浮、活性炭和微濾膜均發(fā)揮重要作用; 對(duì)于色度、CODMn和氨氮的去除，氣浮和活性炭發(fā)揮主要作用; 對(duì)于葉綠素a的去除，氣浮發(fā)揮主要作用。②得益于氣浮單元和活性炭過(guò)濾單元對(duì)污染物質(zhì)的有效去除，氣浮/活性炭/微濾膜一體化工藝表現(xiàn)出了良好的抗膜污染能力。試驗(yàn)期間，TMP 呈緩慢上升趨勢(shì)，初始TMP 約為2．1 kPa，至試驗(yàn)結(jié)束時(shí)TMP 僅增至3．4 kPa 左右。
