隨著(zhù)飲用水安全保障需求的提升，以臭氧-活性炭濾池為代表的深度處理工藝得到普遍應用，這使水廠(chǎng)反沖洗廢水量進(jìn)一步增加。目前國內大多水廠(chǎng)將反沖洗廢水直接排放，而對活性炭濾池反沖洗廢水進(jìn)行處理與利用，一方面可以提高水廠(chǎng)對水源水的利用率，另一方面可以降低廢水的排放量，從而對環(huán)境的保護、水資源的節約以及節水型社會(huì )的建設具有重要意義。

　　近年來(lái)，超濾工藝普遍應用于飲用水處理與廢水處理中，但膜污染成為其推廣應用的瓶頸問(wèn)題。平板陶瓷膜較有機膜抗污染程度高，而且易清洗，使用壽命長(cháng)。因此，采用平板陶瓷膜超濾工藝對活性炭濾池反沖洗廢水進(jìn)行處理極具技術(shù)可行性。

　　活性炭濾池反沖洗廢水水質(zhì)特性復雜，想要實(shí)現超濾完全凈化回用，保證生物和化學(xué)安全性以及控制運行過(guò)程中的膜污染，必須要組合一定的預處理工藝。董岳等采用混凝-超濾的方法來(lái)處理活性炭濾池反沖洗水，李平波等采用混凝-粉末活性炭-超濾工藝對濾池反沖洗水進(jìn)行處理，WANGH等采用預氧化減少飲用水再利用過(guò)程中的膜污染問(wèn)題。但少有人采用混凝-臭氧-超濾的方法來(lái)處理活性炭濾池反沖洗廢水，關(guān)注消毒副產(chǎn)物前體物和嗅味物質(zhì)去除效果的研究也較少。因此，本文采用混凝-臭氧-超濾組合工藝，對蘇州某水廠(chǎng)活性炭濾池反沖洗廢水進(jìn)行處理，研究組合工藝對各項指標的凈化效能，以期為水廠(chǎng)反沖洗廢水的處理提供理論依據與技術(shù)支撐。

　　一、材料與方法

　　1.1 試驗水樣

　　蘇州某水廠(chǎng)活性炭濾池共10座，日處理量30萬(wàn)t，反沖洗周期為7d，反沖洗程序為氣沖5min、靜置3min、水沖6min。其中氣沖強度為35~36m3/(m2·h)，水沖強度為17~18m3/(m2·h)。將水廠(chǎng)活性炭濾池反沖洗廢水作為試驗水樣。試驗水樣常規水質(zhì)參數見(jiàn)表1。由表1可以看出，活性炭濾池反沖洗廢水特點(diǎn)為高濁度與高有機物含量并存，且微生物含量也較高。

　　1.2 試驗裝置與流程

　　采用小試試驗進(jìn)行研究，試驗裝置見(jiàn)圖1。

　　試驗流程院淤在反沖洗廢水中不投加任何藥劑與處理，直接經(jīng)過(guò)超濾膜組件進(jìn)行試驗，于在反沖洗廢水中投加15mg/L硫酸鋁，經(jīng)過(guò)混凝沉淀10min后，再由2mg/L臭氧氧化，接觸時(shí)間為20min，最后由蠕動(dòng)泵吸入膜池中進(jìn)行超濾試驗。2個(gè)流程的超濾試驗均在通量為25L/(h·m2)下運行，每30min對膜組件進(jìn)行物理反沖洗1min，反沖洗包括水洗和曝氣，沖洗強度為60L/(h·m2)，氣水比為150：1。當跨膜壓差達到55kPa時(shí)，進(jìn)行化學(xué)清洗。膜組件在200mg/L的NaOH溶液中浸泡10h，之后用清水反沖5min。

　　1.3 超濾膜規格和性能

　　試驗中采用的超濾膜是平板陶瓷膜，過(guò)濾方式為負壓抽吸。平板陶瓷膜的規格和性能見(jiàn)表2。

　　1.4 檢測方法

　　(1)常規指標

　　pH值和濁度分別由pH計和便攜式濁度儀測得，將水樣經(jīng)過(guò)0.45μm膜處理后，CODMn采用高錳酸鉀滴定法，UV254在波長(cháng)254的分光光度計下測定吸光值，DOC由TOC檢測儀檢測，顆粒物濃度使用IBR顆粒計數儀。

　　(2)微生物指標

　　菌落總數參考《水和廢水監測分析方法》最新版測定，因為水樣中細菌濃度過(guò)高，先將水樣按要求稀釋一定倍數，取稀釋后的1mL加入營(yíng)養瓊脂培養，于37℃培養48h后計數形成菌落后計數。大腸菌群采用國家標準檢測三步法。浮游動(dòng)物選取劍水蚤為典型浮游動(dòng)物，采用直接過(guò)濾方法，過(guò)濾后直接計數。

　　(3)消毒副產(chǎn)物生成勢

　　消毒副產(chǎn)物生成勢試驗參考文獻方法，消毒劑選用次氯酸鈉溶液。檢測方法參照USEPA551.1，生成的三氯甲烷、二氯乙腈和二氯乙酰胺經(jīng)過(guò)液液萃取后用氣象色譜-微電子捕捉檢測器進(jìn)行檢測。

　　(4)土嗅素(GSM)和2-甲基異茨醇(MIB)試驗采用氣相色譜法對水樣中的MIB和GSM進(jìn)行分析，分析方法參考文獻方法。

　　(5)超濾膜運行跨膜壓差采用壓力傳感器將超濾運行時(shí)的壓力信號轉化為電信號，電信號由電子記錄儀自動(dòng)記錄，數據用origin處理。

　　二、結果與討論

　　2.1 對濁度和顆粒數的凈化效能

　　超濾工藝過(guò)程中濁度和顆粒數的變化情況見(jiàn)表3和圖2。由表3和圖2可知，無(wú)論超濾膜前是否存在混凝-臭氧氧化的預處理，超濾膜后顆粒數都遠遠少于膜前的顆粒數，出水濁度均小于1NTU，滿(mǎn)足GB5749-2006《生活飲用水衛生標準》。由此可以得出，超濾工藝對反沖洗水中的濁度和顆粒數有很好的去除效果，同時(shí)這也意味著(zhù)過(guò)多的顆粒物容易對超濾膜造成嚴重的堵塞污染，降低膜通量。膜前加入預處理后顆粒數有明顯的降低，尤其是反沖洗水中>15μm的大粒徑顆粒物基本被混凝-臭氧氧化完全去除。因此在活性炭濾池反沖洗廢水中加入預處理可以有效降低顆粒數，從而控制顆粒物對超濾膜造成的膜污染，保障出水濁度達標。

　　超濾過(guò)程中不同粒徑顆粒物所占比例見(jiàn)圖3?；钚蕴繛V池反沖洗廢水直接超濾時(shí)，顆粒數從小粒徑到大粒徑所占比例呈遞減趨勢，且2~5μm所占比例最大為49.44%。當反沖洗廢水在膜前加入混凝-臭氧氧化預處理后，2~5μm粒徑的顆粒物所占比例明顯升高至74.31%，而其他粒徑顆粒物所占比例都有所下降，特別是大粒徑顆粒物減少最明顯，說(shuō)明混凝-臭氧氧化對大顆粒有較好的去除效果并將大顆粒氧化成小顆粒。不論是否加入預處理，超濾膜后水中都是2~5μm粒徑的顆粒物占主體，而且所占比例有所增大，在加入預處理后所占比例最大，為78.4%，說(shuō)明在不同粒徑顆粒物中，2~5μm的顆粒物不是引起膜污染的主要污染物，同時(shí)也說(shuō)明超濾工藝對顆粒數有很好的控制效果，包括對顆粒數總量的降低和對各個(gè)粒徑區間顆粒比例的控制。

　　2.2 對微生物的凈化效能

　　超濾工藝過(guò)程中微生物指標的變化情況見(jiàn)表4。由表4可知，不管膜前是否有預處理，膜后菌落總數均小于1CFU/mL，低于國家飲用水水質(zhì)標準100CFU/mL。說(shuō)明超濾膜對細菌等微生物有很好的的截留去除效果。膜前進(jìn)行混凝處理后細菌總數降低，是因為顆粒物通過(guò)混凝、沉降被去除，同時(shí)將顆粒物上附著(zhù)的細菌也一并去除，這可以減輕超濾膜截留細菌的工作負擔，有助于緩解膜污染，但出水中仍有部分微生物。臭氧投加后，對微生物進(jìn)行了氧化滅活，使膜前反沖洗廢水中的微生物含量進(jìn)一步降低，超濾膜后出水微生物各項指標均為0，保證了出水微生物指標的安全性。同時(shí)，混凝-臭氧預處理降低了超濾膜中微生物生長(cháng)和繁殖的風(fēng)險，從而控制了微生物對超濾膜造成的生物污染，保證了超濾工藝的長(cháng)期正常運行。

　　2.3 對有機物的凈化效能

　　超濾過(guò)程中有機物的變化情況見(jiàn)圖4。由圖4可知，直接進(jìn)行超濾工藝對反沖洗廢水中溶解性有機物的凈化效果不明顯，UV254和DOC的去除率分別僅為3.9%和6.2%，膜后出水的有機物含量仍然較高。膜前加入混凝-臭氧氧化預處理，混凝通過(guò)電性中和、卷掃、吸附架橋等作用，去除了大部分大分子有機物和疏水性有機物，隨后臭氧將剩余的大分子有機物氧化成小分子有機物，兩者共同作用使有機物的含量有了很大程度的降低，UV254和DOC的含量分別下降了68.1%和70.5%，保證了超濾膜后出水的化學(xué)安全性，同時(shí)又使超濾膜截留較少的有機物，膜孔不易被堵塞，從而減輕有機物對膜造成的膜污染。

　　2.4 對消毒副產(chǎn)物前體物的凈化效能

　　超濾工藝過(guò)程中消毒副產(chǎn)物生成勢的變化情況見(jiàn)圖5。由圖5可知，經(jīng)過(guò)直接超濾處理后，反沖洗廢水中的消毒副產(chǎn)物生成勢沒(méi)有明顯變化。三氯甲烷生成勢下降了10.7%，二氯乙腈和二氯乙酰胺生成勢分別下降了6.7%和8.6%。不同的消毒副產(chǎn)物下降程度不同可能是因為三氯甲烷的主要前體物是大分子類(lèi)腐殖質(zhì)，而二氯乙腈和二氯乙酰胺主要前體物是小分子。因此，直接超濾工藝對三氯甲烷前體物的去除比對二氯乙腈和二氯乙酰胺前體物的效果好。然而，直接超濾膜后出水的三氯甲烷生成勢約為162μg/L，遠超GB5749-2006《生活飲用水衛生標準》中的限值60μg/L，對消毒副產(chǎn)物指標凈化不合格。

　　添加混凝-臭氧預處理后，各項消毒副產(chǎn)物生成勢明顯降低。三氯甲烷生成勢降低約74.9%，二氯乙腈生成勢降低43.1%，二氯乙酰胺生成勢降低39.8%。說(shuō)明在混凝-臭氧氧化的作用下，羥基自由基與有機物發(fā)生反應，將消毒副產(chǎn)物前體物的生成潛能降低或是轉變?yōu)榉乔绑w物，對消毒副產(chǎn)物的前體物有很好的凈化效能。因此，經(jīng)預處理后，超濾膜后出水的三氯甲烷生成勢降低到了生活飲用水限值以下，進(jìn)一步保障了膜后出水水質(zhì)，提高水質(zhì)的安全性。

　　2.5 對嗅味物質(zhì)的凈化效能

　　反沖洗廢水中存在大量微生物，其代謝過(guò)程可能會(huì )產(chǎn)生較多的嗅味物質(zhì)，選取2種典型的嗅味物質(zhì)要土嗅素(GSM)和2-甲基異茨醇(MIB)作為超濾過(guò)程對嗅味物質(zhì)凈化效能的評價(jià)指標。超濾過(guò)程中嗅味物質(zhì)的變化情況見(jiàn)圖6。由圖6可知，直接超濾處理工藝對嗅味物質(zhì)的凈化效能相當有限，對GSM和MIB的去除率分別為4.9%和5.3%，ρ(GSM)為16.2ng/L，ρ(MIB)為20.1ng/L，兩者均超過(guò)了人體可感知質(zhì)量濃度10ng/L，說(shuō)明直接超濾處理對于反沖洗廢水中嗅味物質(zhì)的凈化效能較差，影響飲用水的口感。

　　添加混凝-臭氧預處理后，嗅味物質(zhì)的去除效果有了明顯的提升。對GSM的去除率約為44.9%，對MIB的去除率約為52.7%。這是因為臭氧氧化產(chǎn)生的羥基自由基，與2種嗅味物質(zhì)進(jìn)行反應，將其降解，使超濾膜后出水水質(zhì)中的2種嗅味物質(zhì)濃度均降低到人體能感知的限值10ng/L以下。

　　2.6 混凝-臭氧預處理對膜污染的控制

　　直接超濾處理與混凝-臭氧-超濾處理過(guò)程中的跨膜壓差變化情況見(jiàn)圖7。由圖7可知，直接超濾處理過(guò)程中的跨膜壓差增長(cháng)速度更快，在第3天就達到55kPa，需要進(jìn)行化學(xué)清洗。而添加混凝-臭氧預處理后，降低了跨膜壓差的增長(cháng)速度，緩解了膜污染?；瘜W(xué)清洗時(shí)間推遲了1.5d，可以減少長(cháng)期運行中化學(xué)藥劑對超濾膜造成的損害，有利于超濾膜持續穩定運行。

　　三、結論

　　混凝-臭氧-超濾組合工藝一方面對活性炭濾池反沖洗廢水的顆粒物、微生物、有機物、嗅味物質(zhì)等各項指標都有很好的控制與安全凈化的作用，可以解決反沖洗廢水中存在的重點(diǎn)問(wèn)題-高顆粒數與高有機物以及大量微生物的特性，膜后出水水質(zhì)各項指標均達到GB5749-2006《生活飲用水衛生標準》，對廢水回用的節水工作具有重要意義。另一方面，可以有效緩解膜污染，提高通量，從而提高生產(chǎn)效率，帶來(lái)經(jīng)濟效益。

　　直接超濾處理反沖洗廢水可以有效去除顆粒物和細菌等微生物，出水生物安全性提高。但對有機物、消毒副產(chǎn)物前體物和嗅味物質(zhì)的去除率低，出水中三氯甲烷、土嗅素和2-甲基異茨醇依舊超過(guò)飲用水限值。同時(shí)，直接超濾過(guò)程中跨膜壓差增長(cháng)過(guò)快，膜污染嚴重，化學(xué)清洗頻繁，不利于長(cháng)期運行。( >

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