超(chao)(chao)(chao)濾(lv)膜(mo)(mo)(mo)過濾(lv)飲用(yong)水(shui)(shui)(shui)深度凈化工藝(yi)是近(jin)年(nian)發(fa)展起(qi)來(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)種新興工藝(yi)，其(qi)顯著優點(dian)是能(neng)有(you)效(xiao)去(qu)(qu)除(chu)水(shui)(shui)(shui)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)病原菌(如(ru)賈第蟲孢囊(nang)、隱(yin)孢子蟲卵(luan)囊(nang)和(he)(he)大(da)(da)腸桿菌)。超(chao)(chao)(chao)濾(lv)膜(mo)(mo)(mo)對有(you)機(ji)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)去(qu)(qu)除(chu)率取(qu)決于原水(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)質(zhi)(zhi)和(he)(he)膜(mo)(mo)(mo)孔的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)大(da)(da)小，在(zai)較大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)范圍內變化。在(zai)超(chao)(chao)(chao)濾(lv)膜(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)應用(yong)過程中(zhong)(zhong)，最重(zhong)要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)是膜(mo)(mo)(mo)阻塞和(he)(he)膜(mo)(mo)(mo)污染(ran)問(wen)題。水(shui)(shui)(shui)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)有(you)機(ji)物(wu)(wu)、無機(ji)物(wu)(wu)、懸浮固體(ti)顆粒、微(wei)生物(wu)(wu)和(he)(he)膠體(ti)物(wu)(wu)質(zhi)(zhi)等在(zai)膜(mo)(mo)(mo)表面和(he)(he)膜(mo)(mo)(mo)孔內累積將破壞膜(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)運行性(xing)(xing)能(neng)，并極大(da)(da)地(di)縮短膜(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)使(shi)用(yong)壽(shou)命。活性(xing)(xing)炭與超(chao)(chao)(chao)濾(lv)膜(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)組合系(xi)統(tong)克服(fu)了單用(yong)任何一(yi)種處理(li)手段時的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)弱(ruo)點(dian)，如(ru)活性(xing)(xing)炭出(chu)水(shui)(shui)(shui)中(zhong)(zhong)常常含有(you)一(yi)定(ding)量的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)細菌而(er)影(ying)響出(chu)水(shui)(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)水(shui)(shui)(shui)質(zhi)(zhi)，超(chao)(chao)(chao)濾(lv)膜(mo)(mo)(mo)則存在(zai)膜(mo)(mo)(mo)阻塞和(he)(he)膜(mo)(mo)(mo)污染(ran)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)問(wen)題。在(zai)組合系(xi)統(tong)中(zhong)(zhong)，利用(yong)活性(xing)(xing)炭對進水(shui)(shui)(shui)進行必(bi)要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)前處理(li)，如(ru)去(qu)(qu)除(chu)水(shui)(shui)(shui)中(zhong)(zhong)大(da)(da)部分的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)濁度、各種類型的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)有(you)機(ji)化合物(wu)(wu)和(he)(he)色度［1、2］，這些(xie)物(wu)(wu)質(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)去(qu)(qu)除(chu)為后續的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)膜(mo)(mo)(mo)過濾(lv)提供了必(bi)要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)保障，從而(er)緩解了膜(mo)(mo)(mo)阻塞和(he)(he)膜(mo)(mo)(mo)污染(ran)問(wen)題，延長了膜(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)使(shi)用(yong)壽(shou)命。用(yong)膜(mo)(mo)(mo)進行后處理(li)有(you)效(xiao)地(di)解決了出(chu)水(shui)(shui)(shui)中(zhong)(zhong)含有(you)一(yi)定(ding)量細菌的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)問(wen)題，保障了出(chu)水(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)質(zhi)(zhi)。

1  試驗(yan)材(cai)料(liao)及方法(fa)

中試處理工藝流程如(ru)圖1所示，該工藝系統(tong)主(zhu)要由GAC濾罐(guan)和淹沒式UF膜單元(yuan)組成(cheng)。

2  試驗結果(guo)及討論

2.1　對濁度的去除
　　
由于(yu)原水(shui)是北京第三水(shui)廠處理(li)后的(de)出(chu)水(shui)，該(gai)中(zhong)試系(xi)統進水(shui)的(de)濁(zhuo)度相當低，一(yi)般(ban)為0.3～0.8NTU(冬季基本上維持在(zai)0.3 NTU)。經活(huo)性炭吸附和超濾膜過濾后，出(chu)水(shui)的(de)濁(zhuo)度＜0.1 NTU，在(zai)HACH2100P濁(zhuo)度儀的(de)檢(jian)測限(xian)之(zhi)外(見圖2)。

2.2　對有(you)機(ji)物的去除

2.2.1  高錳酸鹽指數
　　
系統對高(gao)錳酸(suan)鹽(yan)指數(shu)的(de)去(qu)除效果(guo)(guo)見圖3～5。活(huo)性(xing)炭(tan)對高(gao)錳酸(suan)鹽(yan)指數(shu)的(de)去(qu)除率為10%～60%，其(qi)(qi)中(zhong)兩個最低(di)點(dian)是由于(yu)(yu)系統出現故(gu)障而停運造(zao)成的(de)。再次(ci)啟動時沒有進行(xing)反沖洗，致使(shi)活(huo)性(xing)炭(tan)表面吸附(fu)的(de)有機物逆向(xiang)析出于(yu)(yu)水中(zhong)，導致出水表現出較高(gao)的(de)高(gao)錳酸(suan)鹽(yan)指數(shu)。在系統正常運行(xing)時，高(gao)錳酸(suan)鹽(yan)指數(shu)的(de)去(qu)除率逐漸趨于(yu)(yu)穩(wen)定(20%左右)，這一結果(guo)(guo)與在其(qi)(qi)他生產工藝中(zhong)的(de)結果(guo)(guo)類似(si)［3、4］。

在該工藝中(zhong)(zhong)選用的(de)(de)活性(xing)(xing)炭是(shi)RCT14×40型，比表面(mian)積為850m2/g。定(ding)量(liang)測定(ding)活性(xing)(xing)炭的(de)(de)孔(kong)(kong)(kong)徑(jing)分(fen)布(bu)為：中(zhong)(zhong)孔(kong)(kong)(kong)容(rong)(rong)積0.053cm3/g，微孔(kong)(kong)(kong)容(rong)(rong)積0.366cm3/g，故(gu)中(zhong)(zhong)孔(kong)(kong)(kong)容(rong)(rong)積比普通ZJ-15型炭(0.04cm3/g)大(da)。在液相吸附(fu)中(zhong)(zhong)發(fa)揮吸附(fu)作(zuo)(zuo)用的(de)(de)主要是(shi)中(zhong)(zhong)孔(kong)(kong)(kong)這種過渡孔(kong)(kong)(kong)，其容(rong)(rong)積的(de)(de)增(zeng)大(da)勢必使RCT14×40型炭對水(shui)中(zhong)(zhong)分(fen)子(zi)(zi)質(zhi)量(liang)處于中(zhong)(zhong)間(jian)值、分(fen)子(zi)(zi)表觀尺寸(cun)居中(zhong)(zhong)的(de)(de)有機(ji)污染(ran)物的(de)(de)吸附(fu)能力增(zeng)強。活性(xing)(xing)炭出水(shui)中(zhong)(zhong)主要含大(da)分(fen)子(zi)(zi)質(zhi)量(liang)和小分(fen)子(zi)(zi)質(zhi)量(liang)的(de)(de)有機(ji)污染(ran)物，而UF膜的(de)(de)孔(kong)(kong)(kong)徑(jing)在0.03～0.1μm，這對大(da)分(fen)子(zi)(zi)質(zhi)量(liang)的(de)(de)有機(ji)污染(ran)物截留作(zuo)(zuo)用較(jiao)強，對小分(fen)子(zi)(zi)質(zhi)量(liang)的(de)(de)有機(ji)污染(ran)物基本上(shang)沒有去(qu)除作(zuo)(zuo)用。所以UF膜對高錳酸鹽(yan)指(zhi)數的(de)(de)去(qu)除率(lv)始(shi)終維(wei)持(chi)較(jiao)低的(de)(de)水(shui)平(ping)，最高也僅有25%，在運行平(ping)穩后基本維(wei)持(chi)在10%左右。

2.2.2 UV254
　　
北京第(di)三(san)水(shui)廠的(de)(de)(de)水(shui)源水(shui)是密云(yun)水(shui)庫的(de)(de)(de)水(shui)，其(qi)水(shui)質的(de)(de)(de)主要特點(dian)是含(han)有(you)一(yi)定量的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)殖(zhi)(zhi)(zhi)酸和(he)富敏酸，溶解(jie)性的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)殖(zhi)(zhi)(zhi)酸和(he)富敏酸的(de)(de)(de)分(fen)子質量分(fen)別為(wei)500～10000 u，這類(lei)物質很難被常規工藝 完全去(qu)除(chu)(對總有(you)機污染(ran)物的(de)(de)(de)去(qu)除(chu)率一(yi)般在30%左(zuo)右［5］，且氯(lv)(lv)化后形成(cheng)各種形式的(de)(de)(de)有(you)機氯(lv)(lv)化物)。對于溶解(jie)性的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)殖(zhi)(zhi)(zhi)酸、富敏酸到目前為(wei)止還沒有(you)專用(yong)的(de)(de)(de)參數來表征(zheng)它(ta)們的(de)(de)(de)濃度。國際(ji)上通用(yong)的(de)(de)(de)手段是用(yong)UV在254 nm處(chu)的(de)(de)(de)吸光(guang)度來確定溶解(jie)性的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)殖(zhi)(zhi)(zhi)酸、富敏酸和(he)相(xiang)應的(de)(de)(de)消毒(du)副(fu)產物的(de)(de)(de)變化情況(kuang)。本研究中(zhong)對UV254的(de)(de)(de)測(ce)定結果如圖6、7所示。



由圖(tu)6、7可(ke)見，活性炭(tan)和UF膜(mo)對(dui)(dui)(dui)UV254的(de)去(qu)(qu)(qu)除(chu)(chu)(chu)(chu)率(lv)平均值分別為20%和40%，UF膜(mo)對(dui)(dui)(dui)UV254的(de)去(qu)(qu)(qu)除(chu)(chu)(chu)(chu)率(lv)遠高(gao)(gao)于對(dui)(dui)(dui)高(gao)(gao)錳(meng)酸鹽(yan)指(zhi)數(shu)(shu)的(de)去(qu)(qu)(qu)除(chu)(chu)(chu)(chu)率(lv)。UF膜(mo)對(dui)(dui)(dui)UV254去(qu)(qu)(qu)除(chu)(chu)(chu)(chu)的(de)有(you)效性和高(gao)(gao)去(qu)(qu)(qu)除(chu)(chu)(chu)(chu)率(lv)在國(guo)外(wai)的(de)研究中也得到了證實，如LoTan 和Gary L.Amy等人的(de)報告中介紹(shao)膜(mo)對(dui)(dui)(dui)于UV254表(biao)(biao)示的(de)腐殖酸總(zong)有(you)機碳有(you)近50%的(de)去(qu)(qu)(qu)除(chu)(chu)(chu)(chu)率(lv)。對(dui)(dui)(dui)高(gao)(gao)錳(meng)酸鹽(yan)指(zhi)數(shu)(shu)與UV254比(bi)值的(de)變(bian)化(hua)關系進行對(dui)(dui)(dui)比(bi)，發現進水為1.9，出水為3.1，表(biao)(biao)明(ming)該(gai)系統對(dui)(dui)(dui)三致物質(zhi)及其前(qian)質(zhi)的(de)去(qu)(qu)(qu)除(chu)(chu)(chu)(chu)與高(gao)(gao)錳(meng)酸鹽(yan)指(zhi)數(shu)(shu)的(de)去(qu)(qu)(qu)除(chu)(chu)(chu)(chu)無正相關性。

2.2.3  GC/MS分析
　　
采用GC/MS分(fen)析測(ce)定了(le)水中有機污染物的分(fen)子量分(fen)布，結(jie)果如圖8～10所示。

原(yuan)水的(de)(de)(de)有(you)(you)機(ji)污(wu) 染物分子(zi)質(zhi)量(liang)在(zai)10 000～500 u之(zhi)間(jian)，共檢出(chu)(chu)(chu)19種(zhong)烷烴、1種(zhong)炔(gui)烴、1種(zhong)烯烴和17種(zhong)酯類(其中苯酸(suan)酯占6種(zhong))；經活(huo)性炭吸(xi)附后約(yue)61.6%的(de)(de)(de)有(you)(you)機(ji)污(wu)染物被(bei)去(qu)除(chu)；經UF膜(mo)(mo)(mo)過(guo)濾(lv)后有(you)(you)26.5%的(de)(de)(de)有(you)(you)機(ji)污(wu)染物被(bei)去(qu)除(chu)；有(you)(you)些(xie)有(you)(you)機(ji)物雖然沒被(bei)100%去(qu)除(chu)(如所(suo)有(you)(you)的(de)(de)(de)苯酸(suan)酯在(zai)活(huo)性炭出(chu)(chu)(chu)水和UF膜(mo)(mo)(mo)出(chu)(chu)(chu)水中均被(bei)檢出(chu)(chu)(chu))，但其濃(nong)度比進水明顯降低；總(zong)譜峰面積從進水的(de)(de)(de)4752919減少到活(huo)性炭出(chu)(chu)(chu)水的(de)(de)(de)1826441和UF膜(mo)(mo)(mo)出(chu)(chu)(chu)水的(de)(de)(de)1342992(如表1所(suo)示)。

2.2.4  大腸(chang)桿(gan)(gan)菌膜對水中病毒(du)(du)和病原微生物的(de)(de)去除主要依(yi) 賴于膜的(de)(de)孔(kong)徑［6～8］。研究表明(ming)，最小的(de)(de)脊(ji)髓灰質炎(yan)病毒(du)(du)的(de)(de)直徑為(wei)28 nm，寬0. 5μm，長(chang)2μm，而一般給水系統中的(de)(de)細(xi)菌大小是脊(ji)髓灰質炎(yan)病毒(du)(du)的(de)(de)幾(ji)倍(bei)(bei)到數百(bai)倍(bei)(bei)，因此用孔(kong)徑為(wei)0.03～0.1μm的(de)(de)超濾膜進行截(jie)留(liu)去除是毫無問題的(de)(de)，研究結(jie)果也證實了(le)這(zhe)一點，即(ji)在整個水廠正常運行期(qi)間出水中始終未檢出大腸(chang)桿(gan)(gan)菌。

3 結論

在(zai)北京燕山石化總(zong)廠飲用水(shui)(shui)(shui)深度(du)(du)凈(jing)化現場進(jin)(jin)行的(de)(de)(de)(de)研究結果表(biao)明，該(gai)系(xi)統能有(you)效(xiao)(xiao)(xiao)地去(qu)(qu)(qu)除(chu)(chu)水(shui)(shui)(shui)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)錳(meng)酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)指數(shu)、UV254和(he)大腸桿菌，尤其是(shi)對(dui)腐(fu)殖(zhi)酸(suan)(suan)和(he)富(fu)敏(min)酸(suan)(suan)以及(ji)相(xiang)(xiang)應的(de)(de)(de)(de)消毒副(fu)產(chan)物(wu)(wu)(wu)(wu)都有(you)較高(gao)(gao)和(he)穩定(ding)的(de)(de)(de)(de)去(qu)(qu)(qu)除(chu)(chu)效(xiao)(xiao)(xiao)果。活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)與UF膜(mo)(mo)(mo)組(zu)(zu)合系(xi)統對(dui)濁度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)去(qu)(qu)(qu)除(chu)(chu)效(xiao)(xiao)(xiao)果顯著。當(dang)進(jin)(jin)水(shui)(shui)(shui)濁度(du)(du)在(zai)0.3～1 NTU變化時，出(chu)(chu)(chu)(chu)水(shui)(shui)(shui)濁度(du)(du)＜0.1 NTU或(huo)經(jing)常(chang)小(xiao)于(yu)儀器的(de)(de)(de)(de)檢測限(xian)。組(zu)(zu)合系(xi)統中(zhong)活(huo)(huo) 性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)對(dui)高(gao)(gao)錳(meng)酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)指數(shu)的(de)(de)(de)(de)去(qu)(qu)(qu)除(chu)(chu)率(lv)(lv)在(zai)20%左(zuo)右(you)，UF膜(mo)(mo)(mo)對(dui)高(gao)(gao)錳(meng)酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)指數(shu)的(de)(de)(de)(de)去(qu)(qu)(qu)除(chu)(chu)率(lv)(lv)在(zai)10%左(zuo)右(you)，并(bing)且受進(jin)(jin)水(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)質的(de)(de)(de)(de)影響比較顯著。組(zu)(zu)合系(xi)統對(dui)UV254的(de)(de)(de)(de)去(qu)(qu)(qu)除(chu)(chu)率(lv)(lv)較高(gao)(gao)，活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)對(dui)UV254的(de)(de)(de)(de)去(qu)(qu)(qu)除(chu)(chu)率(lv)(lv)在(zai)20%左(zuo)右(you)，UF膜(mo)(mo)(mo)對(dui)UV254的(de)(de)(de)(de)去(qu)(qu)(qu)除(chu)(chu)率(lv)(lv)在(zai)40%左(zuo)右(you)。這(zhe)在(zai)一(yi)定(ding)程度(du)(du)上(shang)表(biao)明，膜(mo)(mo)(mo)對(dui)腐(fu)殖(zhi)酸(suan)(suan)、富(fu)敏(min)酸(suan)(suan)和(he)與之(zhi)相(xiang)(xiang)應的(de)(de)(de)(de)消毒副(fu)產(chan)物(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)去(qu)(qu)(qu)除(chu)(chu)率(lv)(lv)較高(gao)(gao)，即膜(mo)(mo)(mo)是(shi)一(yi)種去(qu)(qu)(qu)除(chu)(chu)水(shui)(shui)(shui)中(zhong)三致物(wu)(wu)(wu)(wu)質及(ji)其前質的(de)(de)(de)(de)較有(you)效(xiao)(xiao)(xiao)手段之(zhi)一(yi)，而且這(zhe)一(yi)去(qu)(qu)(qu)除(chu)(chu)率(lv)(lv)與高(gao)(gao)錳(meng)酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)指數(shu)的(de)(de)(de)(de)去(qu)(qu)(qu)除(chu)(chu)率(lv)(lv)呈正相(xiang)(xiang)關(guan)。GC/MS分析結果顯示，經(jing)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)吸附(fu)后約61.6%的(de)(de)(de)(de)有(you)機污染物(wu)(wu)(wu)(wu)被(bei)(bei)去(qu)(qu)(qu)除(chu)(chu)，經(jing)UF膜(mo)(mo)(mo)過濾(lv)后有(you)26.5%的(de)(de)(de)(de)有(you)機污染物(wu)(wu)(wu)(wu)被(bei)(bei)去(qu)(qu)(qu)除(chu)(chu)，對(dui)烷烴(jing)有(you)機污染物(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)去(qu)(qu)(qu)除(chu)(chu)率(lv)(lv)較高(gao)(gao)，有(you)些(xie)有(you)機物(wu)(wu)(wu)(wu)雖(sui)然(ran)沒(mei)被(bei)(bei)1 00%去(qu)(qu)(qu)除(chu)(chu)(如苯酸(suan)(suan)酯在(zai)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)和(he)UF膜(mo)(mo)(mo)出(chu)(chu)(chu)(chu)水(shui)(shui)(shui)中(zhong)均被(bei)(bei)檢出(chu)(chu)(chu)(chu))，但其濃度(du)(du)比進(jin)(jin)水(shui)(shui)(shui)明顯降低，總(zong)譜(pu)峰面積從進(jin)(jin)水(shui)(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)4752919減少到活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)出(chu)(chu)(chu)(chu)水(shui)(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)1826441和(he)UF膜(mo)(mo)(mo)出(chu)(chu)(chu)(chu)水(shui)(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)1342992。選用孔徑(jing)為0.03～0.1μm的(de)(de)(de)(de)超濾(lv)膜(mo)(mo)(mo)，利用截留能完全去(qu)(qu)(qu)除(chu)(chu)水(shui)(shui)(shui)中(zhong)細(xi)菌和(he)致病原生動物(wu)(wu)(wu)(wu)，在(zai)整個水(shui)(shui)(shui)廠正常(chang)運行期間的(de)(de)(de)(de)出(chu)(chu)(chu)(chu)水(shui)(shui)(shui)中(zhong)始終(zhong)未檢出(chu)(chu)(chu)(chu)大腸桿菌。

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