本發(fā)明涉及水處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種吸附-膜組合工藝去除水中可溶性有機(jī)物與磷酸鹽的方法。
背景技術(shù)：
水體中細(xì)菌再生長會(huì)導(dǎo)致病原微生物滋生，輸水管網(wǎng)腐蝕和生物膜在膜處理系統(tǒng)表面富集等一系列問題，造成用戶水質(zhì)惡化，降低了供水的生物穩(wěn)定性。導(dǎo)致水體中細(xì)菌再生的幾個(gè)主要因素包括有機(jī)物，微生物及無機(jī)營養(yǎng)鹽。其中，無機(jī)營養(yǎng)鹽磷在微生物的生命代謝過程中起著極其重要的作用，磷酸鹽作為細(xì)菌細(xì)胞的重要組分(三磷酸腺苷ATP，多磷酸鹽)，是細(xì)菌生存的關(guān)鍵組分。即使在碳濃度較高的條件下，低濃度的磷酸鹽亦能夠限制生物膜的生長。同時(shí)，有機(jī)物的存在亦危害了水體水質(zhì)，在氯化消毒過程中生成三鹵甲烷和其他鹵化副產(chǎn)物，產(chǎn)生一系列氯代有機(jī)消毒副產(chǎn)物，危害人體健康。因此控制水體中有機(jī)物與無機(jī)營養(yǎng)鹽(如磷酸鹽)濃度能夠有效抑制微生物的生長，進(jìn)而控制生物膜在供水管道及膜系統(tǒng)表面的再生長，減少消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生。
近年來，膜處理技術(shù)在水處理中的應(yīng)用得到了廣泛重視，其具有處理單元體積小，處理過程中不產(chǎn)生副產(chǎn)物，減少化學(xué)劑投加量等優(yōu)勢。膜分離技術(shù)包括微濾(MF)、超濾(UF)、反滲透(RO)、正滲透(FO)、電滲析(ED)。其中MF和UF兩種低壓膜技術(shù)由于操作壓力小，成本低，能夠有效去除藻類、微生物、水體中病原體等物質(zhì)而被廣泛應(yīng)用。但由于該類膜的截留分子量大，單獨(dú)應(yīng)用MF和UF對(duì)水體中溶解性有機(jī)物(DOM)及無機(jī)營養(yǎng)鹽的去除率不高，而這類物質(zhì)是造成飲用水生物穩(wěn)定性問題的主要原因，也是導(dǎo)致消毒副產(chǎn)物產(chǎn)生的主要前驅(qū)物。因此，考慮將膜技術(shù)與有效的預(yù)處理工藝相結(jié)合，進(jìn)而提高對(duì)溶解性物質(zhì)的去除效果是擴(kuò)展膜技術(shù)應(yīng)用的主要途徑。水鐵礦具有高比表面積與高反應(yīng)活性，其表面的羥基能夠與DOM的羧基和酚基進(jìn)行配位體交換，形成復(fù)合物。另一方面，磷酸表面的單原子或雙原子O與水鐵礦表面鍵合，形成雙齒雙核物質(zhì)?；谒F礦對(duì)DOM及磷酸鹽的有效吸附，將其與低壓膜系統(tǒng)相結(jié)合，能夠有效去除溶解性污染物，抑制微生物再生潛力，并利用后續(xù)膜系統(tǒng)截留前處理的吸附劑水鐵礦顆粒，實(shí)現(xiàn)固液分離，同時(shí)去除微生物及部分可溶性污染物，為保障飲用水供水安全提供了技術(shù)支持。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對(duì)水中的溶解性有機(jī)物與磷酸鹽物質(zhì)，為了克服低壓膜系統(tǒng)對(duì)水中有機(jī)物與無機(jī)物去除效率差的缺陷，提供一種高效可行的，基于水鐵礦吸附-膜分離過程協(xié)同作用的去除方法。同時(shí)，采用膜技術(shù)有效截留了吸附劑水鐵礦顆粒，為顆粒吸附劑在水處理中的應(yīng)用提供了新的技術(shù)支持。
本發(fā)明采用的基于水鐵礦吸附-膜分離過程協(xié)同作用下去除溶解性有機(jī)物與磷酸鹽的技術(shù)原理在于，在一定pH條件下，在平板膜系統(tǒng)中加入水鐵礦顆粒，有機(jī)物的羧基和酚基與水鐵礦表面羥基發(fā)生配位體交換反應(yīng)，主要反應(yīng)過程包括：金屬表面羥基的質(zhì)子化，使其更易進(jìn)行配位交換；有機(jī)物羧基與質(zhì)子化的羥基反應(yīng)形成外表面復(fù)合物質(zhì)；配位交換形成內(nèi)球面復(fù)合物。同時(shí)磷酸表面的單原子或雙原子O與水鐵礦表面鍵合，在其內(nèi)表面形成雙齒雙核物質(zhì)。由于膜技術(shù)可以達(dá)到很好的固液分離的效果，采用低壓膜系統(tǒng)與水鐵礦相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)水鐵礦顆粒的在線分離，而預(yù)吸附作用能夠減少到達(dá)膜表面的污染物，提高出水水質(zhì)，進(jìn)而控制膜污染的形成和膜通量的降低，對(duì)于保障飲用水水質(zhì)具有重要意義。
本發(fā)明提供的一種水鐵礦吸附-低壓MF/UF膜組合工藝去除有機(jī)物和磷酸鹽的方法，包括如下步驟：
1)分別選用再生纖維素UF膜，聚醚砜UF膜，混合纖維素酯MF膜置于死端過濾的平板膜超濾杯中；
2)將含有有機(jī)物和磷酸鹽的水樣加超濾杯中，調(diào)節(jié)pH至7；
3)將顆粒態(tài)水鐵礦加入膜系統(tǒng)反應(yīng)器中，調(diào)節(jié)攪拌速率為600rpm，使水鐵礦處于懸浮狀態(tài)；
4)膜系統(tǒng)在恒壓條件下運(yùn)行，UF膜為60kPa，MF膜為30kPa；
5)對(duì)濾后膜進(jìn)行物理反沖洗，考察膜通量恢復(fù)率。
所述的方法中，步驟2中進(jìn)水有機(jī)物濃度為3.0mg/L，磷酸鹽濃度為0.5mg/L。
所述的方法中，步驟3中水鐵礦的濃度為50mg/L。
本發(fā)明水體DOC去除率達(dá)到60％，UV254去除率達(dá)到80％，磷酸鹽去除率超過90％，水鐵礦對(duì)有機(jī)物和磷的最大吸附容量分別為250mg/g和95mg/g，出水中磷酸鹽濃度低于0.03mg/L，能夠有效抑制微生物再生長，避免供水中的二次污染問題，保障了供水水質(zhì)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于此：
在連續(xù)實(shí)驗(yàn)中將Fh預(yù)吸附與膜過濾系統(tǒng)相結(jié)合，將Fh吸附劑直接投加至膜反應(yīng)器內(nèi)，微濾與超濾膜組件為平板膜，選擇再生纖維素，聚醚砜和混合纖維素脂三種材質(zhì)。考察不同材料，孔徑，親疏水性及電荷性質(zhì)的低壓膜與Fh預(yù)吸附組合工藝的運(yùn)行效果及出水中目標(biāo)污染物濃度，優(yōu)化膜材料并改善膜表面附近流體力學(xué)條件，提高Fh-膜組合系統(tǒng)的運(yùn)行效率。
實(shí)施例1
在膜反應(yīng)系統(tǒng)中，采用吸附劑水鐵礦與再生纖維素UF膜協(xié)同去除有機(jī)物和磷酸鹽。加入水鐵礦濃度50mg/L，進(jìn)水溶液中有機(jī)物濃度3.0mg/L，磷酸鹽濃度0.5mg/L，在60kPa的恒壓條件下運(yùn)行，運(yùn)行過程膜通量變化不大。DOC去除率60％，UV254去除率90％，磷酸鹽去除率95％，出水中磷酸鹽濃度低于0.03mg/L，能夠有效抑制微生物再生長。上述條件下，不添加磷酸鹽溶液，DOC去除率提高到60％。
實(shí)施例2
在膜反應(yīng)系統(tǒng)中，單獨(dú)采用再生纖維素UF膜而不加入吸附劑水鐵礦對(duì)有機(jī)物和磷酸鹽進(jìn)行去除。進(jìn)水溶液中加入有機(jī)物濃度3.0mg/L，磷酸鹽濃度0.5mg/L，在60kPa的恒壓條件下運(yùn)行。DOC去除率40％，對(duì)磷酸鹽無去除作用。上述條件下，不添加磷酸鹽溶液，有機(jī)物去除率降低至30％。
實(shí)施例3
在膜反應(yīng)系統(tǒng)中，采用吸附劑水鐵礦與聚醚砜UF膜協(xié)同去除有機(jī)物和磷酸鹽。加入水鐵礦濃度50mg/L，進(jìn)水溶液中有機(jī)物濃度2.5mg/L，磷酸鹽濃度0.5mg/L，在60kPa的恒壓條件下運(yùn)行。膜通量下降明顯，降低了50％。DOC去除率50％，UV254去除率90％，磷酸鹽去除率95％。
實(shí)施例4
在膜反應(yīng)系統(tǒng)中，單獨(dú)采用聚醚砜UF膜不加入水鐵礦對(duì)有機(jī)物進(jìn)行去除。進(jìn)水溶液中有機(jī)物濃度2.5mg/L，磷酸鹽濃度0.5mg/L，在60kPa的恒壓條件下運(yùn)行。DOC去除率僅10％，對(duì)磷酸鹽無去除。
實(shí)施例5
在膜反應(yīng)系統(tǒng)中，采用吸附劑水鐵礦與混合纖維素脂MF膜協(xié)同去除有機(jī)物。加入水鐵礦濃度50mg/L，進(jìn)水溶液中有機(jī)物濃度2.7mg/L，在30kPa的恒壓條件下運(yùn)行。DOC去除率65％，UV254去除率90％，膜通量變化不明顯。
實(shí)施例6
在膜反應(yīng)系統(tǒng)中，單獨(dú)采用混合纖維素脂MF膜去除有機(jī)物。進(jìn)水溶液中有機(jī)物濃度2.7mg/L，在30kPa的恒壓條件下運(yùn)行。DOC去除率低于5％。
實(shí)施例7
對(duì)過濾后水鐵礦-膜組合系統(tǒng)進(jìn)行反沖洗，膜通量恢復(fù)率達(dá)到96％。水鐵礦加入后，在膜表面形成濾餅層，提高污染物吸附效率的同時(shí)，減少了到達(dá)膜孔及膜表面的污染物，使污染膜表面更易于物理清洗。